VOCs气体处理技术分析及比选

关艳艳 李俊 曲媛媛 李明辉

【摘 要】本文主要分析了几种常见的VOCs处理技术，通过对各项技术的优缺点分析，找到不同工况下技术组合的方式，以期为后续工作中相关问题的解决提供帮助。

【关键词】VOCs;处理技术;方案比选

Abstract：This paper analyzes several common VOCs processing technologies. Through the analysis of the advantages and disadvantages of each technology to find the way of technology combination under different working conditions，in order to provide help for the solution of related problems in the follow-up work.

Key words：VOCs;treatment technology;scheme comparison

一、概述

VOC 是挥发性有机化合物的称谓，广泛来源于石油化工、有机化工、表面涂装、包装印刷、机动车、涂料生产、制药、溶剂使用等生产制造活动当中，其对自然环境和人体的危害已日益引起人们的关注。

由于VOC产生的环节多、种类多样、成分及来源极为复杂，单一治理措施无法有效进行控制，因此市场上各项处理工艺应运而生。本文对目前市场上存在的各种主流处理工艺进行分析对比，以期为解决实际问题提供帮助。

二、VOC治理路线

从大的方向来看，VOC治理路线分为源头治理与末端治理。所谓源头治理，既是生产工艺源头上减少VOC的产生，这就需要对企业的生产工艺进行改进，总结如下：

1、采用清洁生产工艺，注重生产全过程的物料回收，充分实现原料的再回收与再利用，防止和减少污染物的产生;

2、寻求替代原材料，在生产过程中采用低VOCs含量的原料;

3、改进生产工艺，采用先进的工艺技术，减少VOCs排放量。

末端治理路线又分为回收利用技术和销毁技术[1]，目前大致包含以下几种技术：

三、各种工艺的分析

1、冷凝法

冷凝法是将VOC废气降温至露点以下凝结成液体后加以回收。该工艺适用于单一组分、高浓度、并且有回收价值的VOC气体。

该工艺处理成本较高，操作难度大，净化效率较低，废气浓度在5000ppm以上时，处理效率介于50-85%之间，浓度大于1%时，回收效率可达到90%以上。

单一冷凝法往往不能满足达标排放的要求，通常需要搭配其他控制工艺进行处理，如燃烧法、吸附法等。

2、吸收法

吸收法是用液体吸收剂对VOC气体进行吸收，适用于高水溶性的VOC气体。

该工艺需要采用喷淋塔并加载填料使用，其工艺优点是可以同时去除其他气态污染物，投资成本低，传质效率高，对酸性气体的处理效果尤为明显。缺点是运行和维护费用较高，后续产生的废水会存在二次污染问题，当废气中颗粒物浓度过高时容易导致喷淋塔堵塞，如果废气当中有多种组分，混合吸收后难以进行分离。

3、吸附法

吸附法是利用固态吸附材料对VOC气体进行吸附，常用吸附材料为活性炭和沸石。

吸附法对废气的吸附效率较高，吸附材料对废气具有选择性吸附的特点，但同时具有吸附饱和容量，需要对吸附材料进行定期更换，饱和后的吸附材料需要进行再次处理，容易产生危废。

4、膜分离法

随着膜材料技术的不断发展，膜技術也应用到气体分离当中。膜分离法是利用膜材料对气体进行机械分离，将大分子VOC气体拦截。

膜分离法主要应用于浓度在1000mg/m3以上的VOC气体回收处理[2]，回收率能够达致90%～99.9%。膜分离法最大的优点运化效果好，无二次污染物，回收的VOC无须后续处理，可以与其他工艺进行集成。缺点是膜材料成本高，稳定性较差，膜通量小[3]。

5、生物法

生物法是采用生物滤床或洗涤塔的形式，利用微生物对VOC气体进行降解。

该技术优点是投资费用少，运行费用低。缺点是运行不稳定，处理效率低，受温度、pH和营养物质的影响，降解速度慢，占地面积大，在北方环境冬季不易运行，其运行操作条件不易控制。

6、UV光催化氧化法

该方法是利用紫外光及TiO2光催化板对有机物进行降解。TiO2光催化板受高能紫外线照射，表面产生跃迁形成电子（e-），将氧气解离出氧自由基（·O），将水分子氧化成（·OH）自由基，这两种自由基具有氧化性，可以破坏大部分有机物质。

该工艺优点是占地小，投资少，紫外光源属于冷光源，运行安全，即开即用，便于管理。缺点是去除效率低，通常只有40%，不易达标，灯管寿命一般在半年至一年，需要定期更换，运行费用高，能耗高。

由于氧自由基极易与氧分子结合形成臭氧，采用UV光催化氧化法会产生大量的臭氧，若直接排放会对大气环境造成不利影响，因此还需要往往还需要配合吸附法进行吸附处理。

7、低温等离子法

该方法是利用高能放电产生低温等离子体，在反应区内产生大量活性物质，如离子、电子、激发态原子及自由基等，通过这些活性物质将废气分解为小分子物质。

该方法对去除油烟和恶臭具有明显作用，可用于净化空气;由于属于连续放电工艺，存在爆炸的风险，目前已有地方环境管理部门叫停该工艺;处理效率较低，仅适用于低浓度、大风量的VOC废气。

8、燃烧法

燃烧法是将有害气体在高温条件下热裂解，转化为二氧化碳和水的过程。燃烧法适用于所有可燃废气的处理，不但能够彻底分解污染物质，还可以回收热能。根据燃烧的方式，可以分为直接燃烧法（TO）、催化燃烧法（CO）、蓄热式燃烧（RTO）、蓄热式催化燃烧（RCO）。

燃烧法是所有处理工艺中处理效率最高的方式，适用于中高浓度废气。

四、总结

各项单一技术均适用于特定工况范围，而实际生产中的VOC废气往往来源广泛、成分复杂。为此，需要切实根据实际情况进行工艺选择，同时应该进行多种工艺的组合应用，而不仅限于某种单一技术。

根据以上工艺分析，我们总结了不同浓度下的几种工艺组合：

针对低浓度废气，可采用吸附浓缩+RTO燃烧工艺、吸附浓缩+CO燃烧工艺、吸附浓缩+冷凝回收工艺、光催化氧化+吸附工艺。

针对中高浓度废气，可采用蓄热式RTO工艺。

针对高浓度废气，采用冷凝回收+RTO工艺。

参考文献：

[1]吴雨，俞阜东，施佳瑾. VOC废气治理工程技术方案分析[J]. 中国新技术新产品，2019（9）：104-105

[2]陈锐章. VOC处理技术综述[J].环境与发展，2018（7）：98-100

[3]吕华芳. VOC的成因及治理措施[J].环境与发展，2018（9）：29-31

（作者单位：1.烟台市环保工程咨询设计院有限公司;2.烟台中能环境科技有限公司）