渌与 ｛｝圭 ２０１４年第５期（总第１０４期） ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴ１０Ｎ ２０１４年５月 关于ＶＯＣ废气处理技术的相关思考 王治民・，孙建薇 （１．天津市环境工程评估中心，天津３００１９１；２．天津市咏庆环境工程技术咨询有限公司，天津３００３８４） 摘要： 叙述了ＶＯＣ及其危害，结合自身的理论知识和Ｘ－．作实际，探讨了ＶＯＣ废气处理技术。指出。必须重视ＶＯＣ 的处理，通过研发废气处理新技术，降低有机废气对环境的危害。 关键词：有机废气；处理技术；大气污染 中图分类号：Ｘ７０１ 文献标识码： Ａ 文章编号： ２０９５—０８０２一（２０１４）０５—００９７—０３ Ｒｅｌｅｖａｎｔ Ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ＶＯＣ Ｇａｓ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＷＡＮＧ Ｚｈｉ—ｍｉｎ１．ＳＵＮ Ｊｉａｎ－ｗｅｉ （１．Ｔｉａｎｊｉｎ Ａｐｐｒａｉｓａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１ ９１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｙｏｎｇｑｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ＶＯＣ ａｎｄ ｉｔｓ ｈａｚａｒｄｓ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ＶＯＣ ｇａｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｗｏｒｋ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｗｅ ｍｕｓｔ ｐａｙ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ＶＯＣ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐ ｎｅｗ ｗａｓｔｅ ｇａｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｈａｚａｒｄｓ ｏｆ ＶＯＣ ｇａｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＶＯＣ ｇａｓ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ０引言 不仅会对大气环境造成严重污染，而且人体呼人被污 染的气体后，对人体健康产生危害。比如苯，它常常 众所周知，工业生产过程中会产生大量对大气环 被当作一种溶剂来使用，作为溶剂挥发到大气环境 境有危害的有机气体。当前，中国的大气环境已受到 中，不仅可以被人体的皮肤所吸收，而且还可通过呼 严重污染，北方许多地区出现了严重雾霾天气。在这 吸系统进入人体内部，造成慢性或急性中毒，不过人 种情况下，必须加大有机废气处理技术的研发力度，通 体的大部分中毒均是由于呼人有毒气体造成的１２１。 过提高废气处理技术来降低其对大气环境的危害。本文 苯类化合物不仅会对人体的中枢神经造成一定的 从ＶＯＣ气体的危害人手，分析了其相关处理技术。 损害，而且还可能造成神经系统的障碍，进入人体后 还会危害血液和造血器官，如果情况比较严重，甚至 １ ＶＯＣ及其危害概述 会有出血症状或患上败血症。氧化作用下，苯在生物 １．１ ＶＯＣ概述 体内可氧化成苯酚，从而造成肝功能异常，对骨骼的 挥发性的有机化合物，简称为ＶＯＣ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒ— 生长发育十分不利，诱发再生障碍性贫血。如果苯蒸 ｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）），在工业生产中，通常作为溶剂来 汽浓度过高，生物可能因急性中毒而死亡。因此， 使用，使用之后便散发到大气中。现阶段，其应用比 ＡＣＧＩＨ把苯列为潜在致癌物质。卤代烃类化合物会引 较广泛的领域包括石油化工、印刷、人造革及电子元 发神经症候群和血小板的减少、肝脾肿大等不良状 器件、烤漆和医药等［１］。 况。而且很有可能致癌。所以，必须控制ＶＯＣ的排放， １．２ ＶＯＣ危害概述 这不仅是对环境负责，也是对我们的生命健康负责。 从化学物质的性质来看，在工业生产等领域，一 ２ ＶＯＣ废气处理技术 般用作溶剂的主要包括脂肪族化合物、卤代烃和芳香 族化合物等。这些有机溶剂如果挥发到大气环境中， 当前，ＶＯＣ废气处理技术主要包括热破坏法、变 压吸附分离与净化技术、吸附法和氧化处理方法等。 收稿日期：２０１４—０３—２５ ２．１热破坏法 第一作者简介：王治民，１９８３年生，男，山东聊城人，２００８年 热破坏法是指直接和辅助燃烧有机气体，也就是 毕业于河北工业大学环境管理专业，工程师。 ＶＯＣ，或利用合适的催化剂加快ＶＯＣ的化学反应， ・９７・ ２０１４年第５期 考圣ｉｉＩ与 舌砉 ２０１４年５月 最终达到降低有机物浓度，使其不再具有危害性的一 中，气体的压力会出现一定的变化，通过这种压力变 化来处理有机废气［６１。 种处理方法［３１。 ＰＳＡ技术主要应用的是物理法，通过物理法来实 热破坏法对于浓度较低的有机废气处理效果比较 好，因此，在处理低浓度废气中得到了广泛应用。这 现有机废气的净化，使用材料主要是沸石分子筛。沸 种方法主要分为两种，即直接火焰燃烧和催化燃烧。 石分子筛，在吸附选择性和吸附量两方面有一定优 直接火焰燃烧对有机废气的热处理效率相对较高，一 势。在一定温度和压力下，这种沸石分子筛可以吸附 般情况下可达到９９％。而催化燃烧指的是在催化床层 有机废气中的有机成分，然后把剩余气体输送到下个 的作用下，加快有机废气的化学反应速度。这种方法 环节中。在吸附有机废气后，通过一定工序将其转 比直接燃烧用时更少，但是如果离开催化剂辅助，则 化，保持并提高吸附剂的再生能力，进而可让吸附剂 无法发挥作用。现阶段，可作为催化剂使用的大都是 再次投入使用，然后重复上步骤工序，循环反复，直 金属、金属盐。这两种催化剂的催化效果虽说比较 好，技术也已经相当成熟，但是其价格却比较高，所 以处理成本也就比较高。近年来，催化剂研制多集中 在非贵金属催化剂方向，取得了比较大的进展。 此外，在催化有机废气过程中，还需要有催化剂 的载体，其起着提高催化活性和稳定性的重要作用。 当前，多以陶瓷作为催化剂载体，但在未来的催化剂 研究当中，应加快研发高效活性催化剂及其载体。 ２．２吸附法 有机废气中的吸附法主要适用于低浓度、高通量 有机废气。现阶段，这种有机废气的处理方法已经相 当成熟，能量消耗比较小，但是处理效率却非常高， 而且可以彻底净化有害有机废气『４】。实践证明，这种 处理方法值得推广应用。 但是这种方法也存在一定缺陷，它需要的设备体 积比较庞大，而且工艺流程比较复杂；如果废气中有 大量杂质，则容易导致工作人员中毒。所以，使用此 方法处理废气的关键在于吸附剂。当前，采用吸附法 处理有机废气，多使用活性炭，主要是因为活性炭细 孔结构比较好，吸附性比较强。 此外，经过氧化铁或臭氧处理，活性炭的吸附性 能将会更好，有机废气的处理将会更加安全和有效。 ２．３生物处理法 从处理的基本原理上讲，采用生物处理方法处理 有机废气，是使用微生物的生理过程把有机废气中的 有害物质转化为简单的无机物，比如ＣＯ：、Ｈ ０和其 它简单无机物等。这是一种无害的有机废气处理方式嘲。 一般情况下，一个完整的生物处理有机废气过程 包括３个基本步骤：ａ１有机废气中的有机污染物首先 与水接触，在水中可以迅速溶解；ｂ）在液膜中溶解的 有机物，在液态浓度低的情况下，可以逐步扩散到生 物膜中，进而被附着在生物膜上的微生物吸收；ｃ）被 微生物吸收的有机废气，在其自身生理代谢过程中， 将会被降解，最终转化为对环境没有损害的化合物质。 ２．４变压吸附分离与净化技术 ， 变压吸附分离与净化技术是利用气体组分可吸附 在固体材料上的特性，在有机废气与分离净化装置 ・９８・ 到有机废气得到净化。 近年来，该技术开始在工业生产中应用，对于气 体分离有良好效果。该技术的主要优势有：能源消耗 少、成本比较低、工序操作自动化及分离净化后混合 物纯度比较高、环境污染小等。使用该技术对于回收 和处理有 定价值的气体效果良好，市场发展前景广 阔，成为未来有机废气处理技术的发展方向。 ２．５氧化法 对于有毒、有害，而且不需要回收的ＶＯＣ，热氧 化法是最适合的处理技术和方法。氧化法的基本原 理：ＶＯＣ与０ 发生氧化反应，生成ＣＯ 和Ｈ２０，化 学方程式如下： ｎＣ Ｈ ０：＋ｂ Ｏｚ－－－＋ｃ ＣＯ２＋ｄＨ２０ 从化学反应方程式上看，该氧化反应和化学上的 燃烧过程相类似，但其由于ＶＯＣ浓度比较低，在化 学反应中不会产生肉眼可见的火焰。一般情况下，氧 化法通过两种方法可确保氧化反应的顺利进行：ａ）加 热。使含有ＶＯＣ的有机废气达到反应温度；ｂ）使用 催化剂。如果温度比较低，则氧化反应可在催化剂表 面进行 。所以，有机废气处理的氧化法分为以下两 种方法： ａ）催化氧化法。现阶段，催化氧化法使用的催化 剂有两种，即贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金 属催化剂主要包括Ｐｔ、Ｐｄ等，它们以细颗粒形式依 附在催化剂载体上，而催化剂载体通常是金属或陶瓷 蜂窝，或散装填料；非贵金属催化剂主要是由过渡元 素金属氧化物，比如ＭｎＯ：，与粘合剂经过一定比例 混合，然后制成的催化剂。为有效防止催化剂中毒后 丧失催化活性，在处理前必须彻底清除可使催化剂中 毒的物质，比如Ｐｂ、Ｚｎ和№等。如果有机废气中的 催化剂毒物、遮盖质无法清除，则不可使用这种催化 氧化法处理ＶＯＣ； ｂ）热氧化法。热氧化法当前分为三种：热力燃烧 式、间壁式、蓄热式。三种方法的主要区别在于热量 回收方式。这三种方法均能催化法结合，降低化学反 应的反应温度。 热力燃烧式热氧化器，一般情况下是指气体焚烧 ２０１４年第５期 王治民，等：关于ＶＯＣ废气处理技术的相关思考 ２０１４年５月 炉。这种气体焚烧炉由助燃剂、混合区和燃烧室三部 理化学作用过程。有机废气转移到吸收剂中后，采用 分组成。其中，助燃剂，比如天然气、石油等，是辅助 解析方法把吸收剂中有害分子去除掉，然后回收，实 燃料，在燃烧过程中，焚烧炉内产生的热混合区可对 现吸收剂的重复使用和利用。ＶＯＣ废气预热，预热后便可为有机废气的处理提供足 从作用原理的角度划分，此方法可分为化学方法 和物理方法。物理方法是指利用物质之间相溶的原 够空间、时间，最终实现有机废气的无害化处理。 在供氧充足条件下，氧化反应的反应程度——ｖＯＣ 理，把水看作吸收剂，把有机废气中的有害分子去除 去除率——主要取决于“三Ｔ条件”：反应温度（Ｔｅｍ— 掉，但是对于不溶于水的废气，比如苯，则只能通过 ｐｅｒａｔ）、时间（Ｔｉｍｅ）、湍流混合情况（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）。 化学方法清除，也就是通过有机废气与溶剂发生化学 这“三Ｔ条件”是相互联系的，在一定范围内，一个 反应，然后予以去除。 条件的改善可使另外两个条件降低。热力燃烧式热氧 ２．７冷凝回收法 化器的缺点在于：辅助燃料价格高，导致装置操作费 在不同温度下，有机物质的饱和度不同，冷凝回 用比较高。 收法便是利用有机物这一特点来发挥作用，通过降低 间壁式热氧化器指的是在热氧化装置中，加入间 或提高系统压力，把处于蒸汽环境中的有机物质通过 壁式热交换器，进而把燃烧室排出气体的热量传送给 冷凝方式提取出来。冷凝提取后，有机废气便可得到 氧化装置进口处温度比较低的气体，预热完成后便可 比较高的净化。其缺点是操作难度比较大，在常温下 促成氧化反应。现阶段，间壁式热交换器的热回收率 也不容易用冷却水来完成，需要给冷凝水降温，所以 最高可达８５％，因此大幅降低了辅助燃料的消耗。一 需要较多费用。这种处理方法主要适用于浓度高且温 般情况下，间壁式热交换器有三种形式：管式、壳式 度比较低的有机废气处理。 和板式。由于热氧化温度必须控制在８００℃一１ ０００ ｏＣ 有机废气处理除上述处理方法之外，还包括高温 范围内，因此，间壁式热交换必须由不锈钢或合金材 及触媒燃烧法、活性炭吸附法、臭氧分解法和电化学 料制成。所以间壁式热交换器的造价相当高，而这也 氧化法等。这些方法均适用于有机废气处理，但具体 是其缺点所在。此外，材料的热应力也很难消除，这 采用何种方法，则取决于废气浓度、设备装置和环境 是间壁式热交换的另外一个缺点。 温度等条件。此外，还需要考虑操作人员的操作水平。 蓄热式热氧化器，简称为ＲＴＯ，在热氧化装置中 ３结语 计人蓄热式热交换器，在完成ＶＯＣ预热后便可进行 氧化反应。现阶段，蓄热式热氧化器的热回收率已经 当前，中国的工业发展进入到了一个新阶段，环 达到了９５％，且其占用空间比较小，辅助燃料的消耗 境问题的日益突出影响到了人们的正常工作和生活， 也比较少。由于当前的蓄热材料可使用陶瓷填料，其 环境问题越来越受到人们的关注。所以在这种形势 可处理腐蚀性或含有颗粒物的ＶＯＣ气体。 下，必须控制工业等生产领域有害气体的排放，减少 现阶段，ＲＴＯ装置分为旋转式和阀门切换式两 其对大气环境的污染。在本文中，笔者结合自身的工 种，其中，阀门切换式是最常见的一种，由２个或多 作实际，主要探讨了ＶＯＣ废气处理的相关技术，主 个陶瓷填充床组成，通过切换阀门来达到改变气流方 要包括冷凝处理法、氧化处理法、液体吸附法、生物 向的目的，详见图１。 处理法和吸附法等。 参考文献： ［１］ 王 云，刘 海．汽车涂装有机废气处理新技术［Ｊ］．汽车工 业（生产现场），２０１２（２１）：２３－２４． 囱 周祥海．ＶＯＣ的回收与处理技术简介ＥＪ］．石油化工环境保 护，２０１２（３）：１２１－１２２． 孙甜甜．浅析有机废气处理技术［Ｊ］．科技论坛，２０１３（９）：１４８— １４９． 陆俊。沈静．有机废气处理技术分析［Ｊ］．基础科学，２０１３ （１２）：２１—２３． 彭雅丽．有机废气处理技术研究进展［Ｊ］．河北工业科技，２０１３ 图１ 两床式ＲＴＯ及其工作原理示意图 （７）：３３－３４． ２．６液体吸收法 陈志星，闰友平，邹永斌，等．二苯甲废气净化处理技术的研 液体吸收法指的是通过吸收剂与有机废气接触， 究［Ｊ］．广东４，ｇＳ－，２０１３（４ｏ）：５５—５６． 把有机废气中的有害分子转移到吸收剂中，从而实现 陈昌智．有机废气处理技术分析［Ｊ］．化学化工技术，２００９（２１）： ２１４—２１５． 分离有机废气的目的。这种处理方法是一种典型的物 （责任编辑：高志凤） ・９９・
