VOCs脱除技术及工业应用情况综述

王碧钰孙国鼐*

摘要：社会经济的发展和工业化生产的扩大，带来了日益严重的挥发性有机物（VOCs）排放，不但造成严重的环境污染，还威胁着人们的健康。本文综述了VOCs的主要来源与典型成分，概括当前VOCs治理中较为实用的几种方法。并且针对广泛应用的工业源VOCs吸附脱除技术进行深入探讨，阐述其常用吸附剂、再生技术与吸附装置，概括分析其发展前景，以期为成本可控、高效持久的VOCs治理方法研究提供有益参考。

关键词：挥发性有机物（VOCs）；空气污染；工业源。

1VOCs的定义与来源

挥发性有机化合物（VolatileOrganicCompounds,VOCs）是指常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸气压大于或者等于10Pa，具有相应挥发性的全部有机化合物。据世界卫生组织（WHO，1989）的定义，挥发性有机物（VOCs）是指沸点在50-200℃、室温下饱和蒸气压超过133.32Pa的一系列易挥发性化合物，主要成分为烃类、卤代烃、氧烃和氮烃等[1]。

VOCs的来源十分广泛，除了植物挥发和自然源外，人为源包括各种工业源、农业源、交通源和生活源等。随着工业的迅速发展，建筑物结构发生的较大变化，使得新型建材、保温材料及室内装潢材料被广泛使用；同时各种化妆品、除臭剂、杀虫剂和品种繁多的洗涤剂也开始大量应用于家庭。它们有的可直接挥发出有机化合物，有的可在长期降解过程中释放出低分子化合物，由此造成室内空气污染[2]。工业固定源挥发性有机物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。工业源VOCs排放最多的行业包括装备制造业涂装、炼油与石化、化学化工、包装印刷、半导体及电子设备制造、医药化工、塑料/橡胶制品生产、人造革、人造板、服装干洗等。其中，装备制造业涂装涵盖所有涉及到涂装工艺的行业。VOCs成分复杂，其所表现出的毒性、刺激性、致癌作用和具有的特殊气味能导致人体呈现种种不适反应，并对人体健康造成较大影响[3]。从环境保护意义上来说，挥发性和参与光化学反应是其两个最重要的特点。

2主要的VOCs污染控制技术

2.1回收技术

VOCs控制的回收技术主要可分为吸收法、吸附法、冷凝法、以及膜分离法[4]。其中，吸收法是以液体容积作为吸收剂，是废气中的有害成分被液体吸收，从而达到净化的目的。吸收法脱除VOCs技术成熟，设计以及操作经验都相对丰富，适用性强，但是有些容积对有机成分的选择性较大，且容易出现二次污染。此外，吸附法也被广泛应用于低浓度、高通量的VOCs处理。利用某些具有吸附能力的物质，如活性炭、硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝等吸附有害成分而达到消除污染的目的。该方法的优点是去除效率高，能耗低，且工艺成熟。但缺点也在于设备庞大，流程较为复杂且设备投资较高。

2.2消除技术

常用的VOCs的消除技术包括热破坏法、等离子体法、生物法和光催化氧化法等。热破坏法是目前应用比较广泛的VOCs处理方法，可分为直接燃烧法、催化燃烧法、和浓缩燃烧法。其机理可概括为通过破坏性的氧化、热解和分解，达到VOCs的脱除。其中催化燃烧技术被认为是绿色清洁的技术，技术实施过程中无二次污染，且能耗较低，燃烧产生的热量可以循环利用，工艺也相对简单可靠，但关键问题在于提高催化剂的活性、稳定性以及适用性，并且降低催化剂的成本。

3工业VOCs治理的常用技术

目前工业应用的VOCs处理技术，以吸附法为主[5]。吸附过程是一个浓缩过程，气态污染物通过吸附作用被浓缩到吸附剂表面上后再进行后续处理。吸附法主要适用于低浓度气态污染物的净化，对于高浓度的有机气体，通常需要首先经过冷凝等工艺将浓度降低后再进行吸附净化。吸附法的关键技术是吸附剂、吸附设备和工艺、再生介质、后处理工艺等的确定。

3.1活性炭类吸附剂

活性炭材料是最为常用的吸附剂，由于活性炭吸附的广泛适用性，使其可用于大部分有机物的吸附净化。和颗粒活性炭相比，蜂窝状活性炭床层气流阻力低，动力学性能好，适用于低浓度、大风量有机废气的治理，目前在我国的有机废气治理领域得到了大规模的应用。在使用活性炭材料时，通常采用高温水蒸气再生，当使用热气流再生时，活性炭材料的安全性差，容易发生着火现象。

3.2吸附剂的再生技术

在有机废气治理中，吸附剂再生通常采用低压水蒸气置换再生、热气流吹扫再生和降压解吸再生。低压水蒸气置换再生是利用高温水蒸气将吸附剂中的吸附物置换出来，再生后产生的高浓度混合物进行冷凝分离以回收溶剂，同时需要对产生的废水进行处理，避免二次污染。热气流（空气或烟气）吹扫再生是利用高温气流对吸附剂表面进行吹扫将被吸附物解吸出来，解吸后产生的高浓度废气可以采用冷凝分离回收溶剂，也可以采用催化燃烧和高温焚烧进行处理。降压脱附再生是依靠真空泵所产生的负压将吸附剂中的吸附物解吸出来，产生的高浓度有机物通常采用低温冷凝和液体吸收等方法进行溶剂回收。

3.3常用吸附设备

常用吸附设备主要包括固定床、移动床（包括转轮吸附装置）和流化床吸附装置。在有机废气治理方面，目前主要使用的是固定床和分子筛转轮吸附装置。传统意义上的移动床和流化床吸附装置在有机废气的治理中实际应用较少。

4结束语

VOCs对环境和人体健康都有严重的危害，已经成为了除颗粒物污染以外的第二大污染物，其治理技术的开发和应用已经迫在眉睫。随着经济建设的发展，我国对VOCs废气的治理经历了近30多年的消化吸收和自主创新过程。近年来在基础研究、工艺设计和工程治理方面都有了长足进步，出现了一批以燃烧法、低温等离子体法、光催化氧化法为代表的新型处理技术，然而单独运用某项处理技术效果有限，还需要继续深入研究。在众多VOCs控制技术中，笔者认为吸附还是最有效和最经济的技术，因此开发更为优越的吸附材料和吸附、再生工艺，对于实际工业中控制VOCs污染具有重大意义。

参考文献

[1]郑杰,张建刚.挥发性有机物(VOCs)吸附回收技术进展[J].商品与质量,2016(37).

[2]沈学优,罗晓璐,朱利中.空气中挥发性有机化合物的研究进展[J].浙江大学学报(理学版),2001,28(5):547-556.

[3]RamanathanK,DeblerVL,KosuskoM,etal.Evaluationofcontrolstrategiesforvolatileorganiccompoundsinindoorair[J].EnvironmentalProgress&SustainableEnergy,1988,7(4):230-235.

[4]王晓丽,吴功德,张海云,等.VOCs脱除技术的研究进展[J].广东化工,2014,41(16):106-107.

[5]栾志强,郝郑平,王喜芹.工业固定源VOCs治理技术分析评估[J].环境科学,2011,32(12):3476-3486.