VOCVOCs s 治理技术治理技术 1.1.基本概述基本概述： 1 1.1 .1 VOCsVOCs 基本概念基本概念： VOCs(volatile organic compounds)挥发性有机物，是指常温下饱和蒸汽 压大于 70Pa、常压下沸点在 260以下的有机化合物，或在 20条件下蒸汽压 大于或者等于 10Pa 具有相应挥发性的全部有机化合物。 1 1.2 .2 VOCsVOCs 分类分类： VOC 按其化学结构，可以进一步分为：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯 类、醛类、酮类和其他化合物。目前已鉴定出的有 300 多种。最常见的有苯、 甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯(TDI)、 二异氰甲苯酯等。 VOCs 有机废气种类繁多，来源广泛，治理难度大，根据部分国外主要环境优 先污染物名录，VOCs 占 80以上。一次性投资和操作费用高，基本上无回收利 用价值。成分复杂的有机废气则更加难以净化、分离和回收。 1.1.3 3 VOCsVOCs 危害：危害： VOCs 由于成分复杂，在环境中会导致复合型污染，诱发雾霾 ，产生光化学 烟雾；且刺激人体呼吸系统、皮肤和眼晴，从而导致血液、神经系统和肝肾脏的 病变，具有致 “三致”作用。 1.1.4 4 VOCsVOCs 来源来源： VOCs 来源广泛，工业源主要污染物包括石化工业和煤炭加工与转化，多包 含烷烃、烯烃、硫醇、硫 醚、多环芳烃等；家具行业主要为乙酸丁酯、乙苯、 间对二甲苯等；包装印刷工业中的苯系物、醇类、脂类和酮类；油类储运和销 售过程，涂料、油墨、胶粘剂、农药等以 VOCs 为原料的生产行业，涂装、印 刷、粘合、工业清洗等含 VOCs 产品的使用过程；生活源包括建筑装饰装修、餐 饮服务和服装干洗等 2. 2. VOCVOCs s 治理技术治理技术： VOCs 污染防治分为两个方面即源头控制和末端治理综合防治方法。 源头控制 可实施的方案很少，无非是采用先进的技术，提高转化，实现高效，集中收集废 气，减少排放等。末端处理技术主要分两大类：回收利用技术和销毁技术。回收 利用技术的基本思路是通过物理的方法，改变温度、压力或采用选择性吸附剂和 选择性渗透膜等， 对排放的 VOCs 进行吸收、 过滤、 分离， 然后进行提纯等处理， 再资源化循环利用，包括冷凝法、吸收法、吸附法、膜分离法；销毁技术处理的 基本思路是通过燃烧等化学反应或生化反应，用热、光、催化剂或微生物等，把 排放的 VOCs 分解转化为为其他无毒无害的物质， 包括热力焚烧法、 催化燃烧法、 生物降解法、光催化降解法、等离子体技术。 VOC 主流处理技术如下框图示： 2.2.1 1 吸附法吸附法 吸附法是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有害污染的目的。 吸附效果取决于吸附剂性质（比表面积、孔径与孔隙等） 、气相污染物种类 和吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素。吸附剂要具有密集的细孔结构， 内表面积大，吸附性能好，化学性质稳定，耐酸碱，耐水，耐高温高压，不易 破碎，对空气阻力小。常用的吸附剂主要有活性炭（颗粒状和纤维状） 、活性氧 化铝、硅胶、人工沸石等。 吸附法的运行机理是利用吸附质表面分子官能团具有极大的表面能， 其微孔 相对孔壁分子共同作用形成强大的分子场，形成较大的范德华力来捕捉、截流、 过滤 VOCS 气体分子，再经过改变温度、压力，或用置换物置换等方式进行脱附 再生， 再经过冷凝或吸收回收挥发性有机化合物的方法。 用吸附质吸附回收 VOC， VOCs污染控制技术 回收技术销毁技术 吸附技术吸收技术冷凝技术膜技术燃烧技术光催化降解生物降解技术 等离子体技术 吸附浓缩 催化燃烧技术 直接燃烧催化燃烧 以脱附和回收方法的不同，有湿式吸附回收法和干式吸附回收法。湿式吸附回收 法的脱附方法为水蒸汽脱附，回收方法为冷凝回收，重力分离；干式吸附回收法 的脱附方法为真空脱附，回收方法为高浓度吸附质选择性吸收回收。 吸附法在 VOCs 的处理过程中应用极为广泛，主要用于低浓度、高流量有机 废气(如含碳氢化合物废气)的净化。吸附法的优点在于去除效率高、能耗低、工 艺成熟、脱附后溶剂可回收。缺点在于是设备庞大，流程复杂，投资后运行费用 较高且有二次污染产生，当废气中有胶粒物质或其他杂质时，吸附剂易中毒。 吸附法与其它净化方法的集成技术治理众多行业的有机废气，在国内得到了 推广应用。如采用液体吸附和活性炭吸附法联合处理高浓度可回收苯乙烯废气； 采用吸附法和催化燃烧法联合处理丙酮废气等。 吸附法与其它净化方法联用后不 仅避免了两种方法各自的缺点，而且具有吸附效率高，无二次污染等特点。 2.22.2 吸收法吸收法 吸收技术主要是由废气和洗涤液接触，以液体溶剂作为吸收剂，使废气中的 有害成分被液体吸收，从而达到净化的目的，其吸收过程是根据有机物相似相溶 原理，常采用沸点较高、蒸气压较低的柴油、煤油作为溶剂，使 VOC 从气相转 移到液相中，然后对吸收液进行解吸处理，回收其中的 VOC，同时使溶剂得以再 生。该法不仅能消除气态污染物，还能回收一些有用的物质，可用来处理气体流 量一般为 300015 000 m3/h、浓度为 0.05%0.5%（体积分数）的 VOC，去除 率可达到 95%98%。此方法适用于髙水溶性 VOCs，不适用于低浓度气体，此方 法技术成熟，可去除气态颗粒物，对酸性气体能够高效去除，且投资成本低占地 空间小，但存在后续废水处理问题。目前，很少采用吸收法治理废气，主要原因 是无合适的吸收剂可以选择。 该法的优点在于对处理大风量、常温、低浓度有机废气比较有效且费用低， 而且能将污染物转化为有用产品。但溶剂吸收法仍有不足之处，由于吸收剂后处 理投资大，对有机成分选择性大，易出现二次污染。因而在处理 VOC 时需要选择 多种不同溶剂分别进行吸收，较大增加了成本与技术复杂性。另外，有机物在吸 收剂中的溶解度、有机废气的浓度、吸收器的结构形式，如填料塔、喷淋塔，液 气比、 温度等操作参数等均为吸收法的影响因素，任何一项发生改变将或多或少 影响到吸收法效用。 2.3 2.3 冷凝法冷凝法 冷凝法是利用气态污染物在不同温度及压力下具有不同饱和蒸汽压。 在降低 温度或增加大气力条件下，使某些污染物凝结出来，以达到净化或回收的目的。 所需设备和操作条件比较简单，回收物质纯度高，但净化程度不高，耗能较高， 对低浓度废气的净化更是如此。冷凝法适用于处理高浓度有机废气，特别是组分 单纯的气体的回收。 2.4 2.4 膜分离膜分离法法 膜分离是利用天然或人工合成的膜材料分离污染物的过程。原理是气体分 子在膜的表面溶解产生浓度梯度，因为不同气体分子通过致密膜的溶解-扩散速 度有所不同，使气体分子由膜内向膜另一侧扩散，最后从膜的另一侧表面解吸， 最终达到分离目的。该法是一种新型的高效分离方法，适合处理高浓度的有机废 气。 有机废气首先进行冷凝回收，余下的进入膜分离后排放。该技术的优点是 投资少、见效快、流程简单、回收率高、能耗低、无二次污染 ，缺点是膜国产 率低， 价格昂贵， 而且膜寿命短； 膜分离装置要求稳流、 稳压气体， 操作要求高。 膜分离有机蒸气回收系统是通过溶解-扩散机理来实现分离的。分离膜由涂 层和支撑层组成的复合膜，涂层一般具有高选择性，也决定了分离性能，支撑层 对膜的性能也有重要影响。膜技术常用于具有较高回收价值的 VOCs,如处理卤化 碳氢化合物，且无二次污染。 2.52.5 燃烧燃烧法法 燃烧法分为直接燃烧法、催化燃烧法和浓缩燃烧法。其破坏机理是氧化、热 裂解和热分解，从而达到治理 VOCs 的目的。直接燃烧法是对高浓度有机废气， 用燃油或燃气作为辅助燃料，在高温下直接分解为无害物质。多数情况下，有机 物浓度较低，不足以在没有辅助燃料时燃烧。此方法投资小，操作方便，占地面 积少，适用于小风量及高浓度的废气，对安全技术和操作要求较高，另外可以回 收利用热能，气体净化彻底。催化燃烧法是指在燃烧设备中，有机废气先被预热 后，通过催化床层的作用，在较低的温度下和较短的时间内完成化学反应过程。 催化燃烧起燃温度低，大部分有机物和 CO 在 200400 即可完成反应，故辅 助燃料消耗少，而且大量地减少了氮化物的产生，适用于较多场合。但燃烧法有 燃烧爆炸危险，热力燃烧需消耗燃料，不能回收溶剂。而热催化氧化法中不允许 废气中含有影响催化剂寿命和处理效率的尘粒和雾滴， 也不允许有使催化剂中毒 的物质，以防催化剂中毒，因此采用催化燃烧技术处理有机废气必须对废气作前 处理。 为了提高热利用效率，降低设备的运行费用，近年来发展了蓄热式热力焚烧 技术和蓄热式催化燃烧技术。这两项技术换热效率高，可以在 VOCs 较低浓度下 使用。 2.2.6 6 生物降解生物降解法法 生物处理技术应用于有机废气的净化处理是近几年才开始的， 是一项新兴的 技术。常见的生物处理工艺包括生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法、膜生物 反应器和转盘式生物过滤反应器法。 生物法是利用微生物对废气中的污染物进行消化代谢， 将污染物转化为无害 的水、 二氧化碳及其他无机盐。 生物法要求外界条件较高， 包括温湿度、 pH 等 ， 对有机物的降解需要一定时间，适合处理低浓度有机废气。但生物方法有其自身 的优点，包括投资较小设备简单，无二次污染的优点。废气生物处理技术主要有 生物滤池 、生物洗涤塔和生物滴滤池三种。 2.7 2.7 低温等离子体低温等离子体法法 低温等离子体净化技术作为一种新型的废气治理技术得到了越来越多的关注。 等离子体由电子、离子、自由基和中性粒子组成，在外加电场作用下，利用介质 使大量电子激发出来并反复轰击废气的气体分子，去激活、电离、裂解废气中的 各种成分，产生复杂的物理化学反应，使复杂大分子污染物转变为一些小分子的 安全物质(如二氧化碳和水)， 或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质， 从而降解污染物。 2.8 2.8 紫外紫外光解法：光解法： 利用高能臭氧 UV 紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因 游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧。臭氧对有机物 具有极强的氧化作用。气体利用排风设备输入到本净化设备后，净化设备运用高 能 UV 紫外线光束及臭氧对气体进行协同分解氧化反应，使气体降解转化成低分 子化合物、水和二氧化碳，再通过排风管道排出室外。 2.9 2.9 转轮转轮处理技术处理技术 目前，随着汽车涂装工艺的发展，在汽车涂装喷漆过程中水洗后有机废气的 处理，很多发达国家采用了“活性炭吸附+费是浓缩转轮系统+TNV 焚烧”综合处 理 VOC 技术的方法。 汽车涂装 VOC 处理中的沸石转轮处理技术利用费是低温吸附、高温脱富的特 性对有机废气进行浓缩。 浓缩后的废气最终通过废气焚烧炉、 RTO 等处理后排放， 由于浓缩后的废气量仅有待处理废气的十分之一一下，从而大大降低了能耗，沸 石转轮使用寿命较长，最长可达 10 年。