浅谈VOCs的来源及其处理技术

1 前言

挥发性有机物 （volatile organic compounds，VOCs）是指在标准状态下饱和蒸气压较高（标准状态下大于13.33Pa）、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物，主要包括脂肪族和芳香族的各种烷烃、烯烃、含氧烃和卤代烃等，如苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、甲醛、乙酸乙酯等。VOCs一般具有较强的刺激性和毒性，部分具有致畸、致癌、致突变作用，相当一部分有恶臭、易燃易爆等特性，在生产和运输过程中存在很大的安全隐患[1]。VOCs中有些化学活性很强，是引起光化学烟雾的因子之一[2]。卤代烃类VOCs可破坏臭氧层，会引起温室效应等全球性环境问题[3]。

本文在查阅已有挥发性有机污染物相关污染治理技术规范和文献的基础上，介绍挥发性有机污染物的主要污染源，并针对工业污染源介绍主要的污染处理技术。

2 VOCs主要污染源分析

VOCs排放源主要包括自然源和人为源，其中自然源主要为植被排放、森林火灾、野生动物排放和湿地厌氧过程等；人为源主要包括生活源、移动源和工业源。

生活源排放对象主要包括建筑装饰、油烟排放、垃圾焚烧、秸秆焚烧、服装干洗等。移动源是指汽车、轮船、飞机等各种交通运输工具的排放。工业源排放所涉及的行业众多，具有排放强度大、浓度高、污染物种类多、持续时间长等特点，对局部空气质量的影响显著。研究结果表明，工业源排放量占整个人为源的比重最高达55.5%，工业源中的重点工业行业包括石油炼制和储运、化工、溶剂使用（包括表面涂装）等。

3 工業源VOCs处理技术

工业源VOCs处理技术主要有吸收、吸附、冷凝、膜分离、燃烧、生物法、低温等离子体破坏和光催化氧化技术等，在进行VOCs处理技术选择时，应综合考虑VOCs气体特性（VOCs浓度、流量、温湿度、颗粒物含量）、VOCs处理技术的技术经济性能、排放标准等因素[4]。本文主要介绍应用较为广泛的吸收法、吸附法、燃烧法和生物法。

3.1 吸收法

吸收法是采用低挥发或不挥发液体为吸收剂，利用废气中各种组分在吸收剂中溶解度或化学反应特性的差异，使废气中的有害组分被吸收剂吸收，从而达到净化废气的目的。此法处理效率高，适用范围大，但要消耗大量的吸收剂，吸收产物后处理费用大，且易造成二次污染。

吸收法可以分为物理吸收和化学吸收。VOCs的吸收通常为物理吸收，根据有机物相似相溶原理，常采用沸点较高、蒸汽压较低的柴油、煤油作为溶剂。对一些水溶性较高的化合物，也可以使用水作为吸收剂。

3.2 吸附法

吸附法是利用各种固体吸附剂（如活性炭、活性炭纤维、分子筛等）对排放废气中的污染物进行吸附净化的方法。吸附法设备简单、适用范围广、净化效率高，主要包括固定床吸附技术、移动床（含转轮）吸附技术、流化床吸附技术和变压吸附技术等。目前，国内主要采用固定床吸附技术，吸附剂通常为颗粒活性炭和活性炭纤维。

吸附浓缩-催化燃烧技术是将吸附和催化燃烧相结合的一种集成技术，将大风量、低浓度的有机废气经过吸附/脱附过程转换成小风量、高浓度的有机废气，然后经过催化燃烧净化。

3.3 燃烧法

燃烧法是将废气置于过量的空气中燃烧，生成CO2和H2O的方法。此法应用范围较广，但缺点是不能回收废气中一些有用的物质，所以主要用于没有回收价值废气的净化。燃烧法主要有直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧三种方法。

直接燃烧是在高温下把VOCs直接当燃料燃烧的方法，适用于去除高浓度有机废气或者热值较高有机气体。热力燃烧主要适用于处理低浓度有机废气，需要添加辅助燃料（如天然气），运行费用较高。催化燃烧是一种无火焰燃烧，即在较低温度下，VOCs在固体催化剂表面发生催化氧化，生成CO2和H2O的技术。目前，催化燃烧技术已相对成熟，现已广泛应用于化工、喷漆、绝缘材料等行业产生的废气净化，尤其适用于处理废气温度较高或有机物浓度较高的废气。常用的催化燃烧技术有蓄热式催化燃烧技术和预热式催化燃烧技术。

3.4 生物法

生物法是利用微生物将废气中有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质的过程。该法具有投资少、运行费用低、无二次污染等优点，主要适合于处理低浓度、大气量且宜生物降解的气体。生物处理技术按照微生物的存在方式和水分、营养物质添加方式的不同，可分为生物洗涤法、生物过滤法和生物滴滤法三类[5]。

生物洗涤法是利用由微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理废气，适合于吸收可溶性气态物。生物洗涤法的反应装置多由一个吸收塔和一个再生池构成，生物洗涤液（循环液）自吸收塔顶部喷淋而下，废气中的有机物和氧在这个过程中传入液相，吸收了有机污染物的洗涤液再进入再生反应器（活性污泥池）中，洗涤液中的有机物被再生反应器中的微生物降解，从而达到再生的目的。生物洗涤法中气、液相的接触方法，除采用液相喷淋，还可以采用气相鼓泡。一般而言，若气相阻力较大可用喷淋法；反之，液相阻力较大时则用鼓泡法。由于生物洗涤法的循环洗涤液需采用活性污泥法来再生，所以在通常情况下，循环洗涤液主要是水，因此该方法只适用于水溶性较好的VOCs，如乙醇、乙醚等，对于难溶的VOCs，该方法则不适用。

生物过滤法原理为：挥发性有机气体首先经过预处理（包括去除颗粒物和调温调湿），具有一定湿度的有机废气经气体分布器进入生物滤塔，从气相转移到生物层，进而被氧化分解，微生物所需的营养物质由介质自身供给或者外部加入。生物过滤法主要依靠微生物的作用来去除气体中的污染物，微生物的活性决定了反应器的性能。

在三种处理设施中，生物滴滤器由于具有阻力较小、空隙率高，使用寿命长、反应条件易于控制、抗冲击负荷等特点，越来越受到重视。该方法是依靠生长在惰性载体上的微生物来处理污染物质的系统。由于载体的存在，微生物的生物量增大，气液接触效率高，可以达到高效去除的目的。同时，滤料层的空隙较大，允许有比生物滤床更多的微生物量生长而不致出现填料堵塞的情况，从而可以承受更大的污染负荷，即使中断较长时间的营养物质供给，系统仍保持很高的去除率。由于生物滴滤塔通常由不含生物质的惰性填料构成，其顶部设有喷淋装置用以控制填料层的湿度，同时还能通过向喷淋液中加入营养盐和缓冲物质创造适宜微生物生长繁殖的环境，因此具有净化效率高、操作弹性较强等特点，适合处理污染负荷相对较高的非亲水性VOCs污染物，也适合处理卤代烃类降解过程产酸的污染物。

4 结语

目前，随着经济的发展和人们对生活环境质量要求的提高，我国对VOCs的排放及治理越来越重视，也陆续出台了相关的污染物控制标准，并大力扶持环保产业的发展。建议国家和地方环保部门加快VOCs相关环境标准的制定工作的同时，加强对VOCs治理设施的日常监督管理，确保污染物达标排放。

参考文献：

[1]张云，李彦锋.环境中VOCs的污染现状及处理技术研究进展[J].化工环保，2009，29（5）：411-415.

[2]Shao M， Zhang Y H， Zeng L M， et al. Ground-level ozone in the Pearl River Delta and the roles of VOC and NOx in its production[J]. Journal of Environmental Management， 2009， 290（1）： 512-518.

[3]吳祖良，谢德援，陆豪等.挥发性有机物处理新技术的研究[J].环境工程，2012（3）： 76-80.

[4]席劲瑛，武俊良，胡洪营等.工业VOCs气体处理技术应用状况调查分析[J].中国环境科学 2012，32（11）：1955-1960.

[5]吕阳，吕炳南，刘京等.生物技术在挥发性有机化合物处理中的应用研究[J].环境保护科学，第34卷，第3期.