挥发性有机物污染控制技术探讨

2022-09-12

一、挥发性有机物 (VOCs) 概述

所谓挥发性有机物 (VOCs) 指的是, 沸点50~260℃、室温下饱和蒸汽压大于133.132k Pa的有机化合物, 主要包括烃类、卤代烃、芳香烃以及多环芳香烃等[1]。

1. VOCs的主要来源

石油化工、制药工业以及印刷工业等在日常运营中均会排放一定量的工业废气, 其中含有不同种类不同比例的VOCs。这也是VOCs的主要来源。除此之外, 室内装修、日化用品以及燃烧不完全等也会产生该类物质。工业废气排放造成空气中VOCs的浓度超过正常值而给人体带来伤害。相关报道指出, 空气中已经确定的VOC目前已超过二十种[2]。

2. VOCs的主要危害

VOCs的主要危害可归结为两大方面:1) 大部分VOCs具有较大毒性, 超过某个浓度之后, 将会对人体系统 (如呼吸系统等) 施加负面刺激, 引发中毒, 甚至致癌。2) VOCs将会对大气臭氧层施加破坏, 如形成光化学烟雾, 使大气环境酸性化发展。

3. 国内VOCs的污染现状

基于我国现阶段的VOCs污染问题, 相关专家和学者展开了深入研究, 并指出:VOCs浓度的高低及种类的多少在很大程度上取决于工业废气排放的控制工作。自二十世纪八十年代以来, 越来越多的国家开始重视VOCs污染治理问题, 并投入大量的人力、物力和财力。我国继1996《大气污染物综合排放标准》 (GB16297-1996) 规定了14种VOCs的最高允许排放浓度、最高允许排放速度以及无组织排放限值之后, 一系列相关标准相继建立, 为国内VOCs的控制工作提供了有力的保障。一些省、市环境监测站相继建立了环境监测中心, 一些高等院校以及科研院所也开始了关于VOCs污染控制方面的试验研究。

二、工业VOCs污染控制技术

1. 焚烧法

在工业废气以及工艺尾气的处理工作中, 焚烧法较为常用, 尤其擅长处理那些组分较为复杂的且浓度较高的VOC气体。目前, 已经应用于实践的炉型主要有三种, 一是直接焚烧炉, 二是对流换热式焚烧炉, 三是蓄热式焚烧炉。需参考待处理气体的组分等诸多物理和化学性质来选用适宜的炉型以及焚烧参数。焚烧法主要应用于制漆工业废气处理以及制药工业废气处理等

2. 吸附法

在消除低浓度VOCs污染中, 吸附法较为常用, 且表现出了理想的应用效果。VOCs的去除效果是否理想在很大程度上由吸附剂的类型、VOCs的性质以及操作条件等因素决定。现阶段, 活性炭空气净化器已经获得广泛应用, 其净化层厚度最大可达1126cm[4], 去除率可超过90%。待实现吸附平衡之后, 借助热空气对吸附剂上的VOCs进行脱附处理, 并将其带出吸附器, 然后借助冷凝等途径进行回收以及提纯。吸附法主要应用于化工厂废气处理、轻工废气处理、医药废气处理等。

3. 冷凝法

VOCs的某些组分仍旧具有使用价值, 可通过冷凝法进行回收, 从而实现对资源的反复利用, 避免浪费。其原理是, 气态污染物所对应的蒸汽压存在一定的差异, 对温度以及压力进行相应调节能够让不同有机物发生过饱和作用而凝结析出, 从而使其得到净化以及回收[5]。在具体应用中, 这一方法通常不单独使用, 而是和吸附法或者焚烧法联合应用, 从而最大程度节省运行成本。冷凝法主要应用于制药及化工行业, 印刷企业较少采用。

4. 膜分离法

膜分离法属于一种较为先进的分离方法, 具有诸多优点, 不仅流程简单, 而且能耗较小, 同时还具有无二次污染的特点。自上世纪八十年代后期, 膜分离技术开始在VOCs回收领域获得广泛应用, 如脂肪以及芳香族碳氢化合物等。膜分离技术的原理是, VOCs中的不同组分在压力作用下透过膜的传质速率存在一定的差异, 利用该差异可实现对不同组分的分离。现阶段, 气体膜分离技术较为成熟, 并在以天然气的分离提纯为代表的诸多领域获得良好应用。

5. 低温等离子技术

所谓低温等离子技术指的是, 利用电场所具有的加速作用, 提供具有活泼化学性质的高能电子, 当高能电子平均能量大于目标治理物分子所对应的化学键能时, 分子键将会因此断裂, 从而起到有效消除气态污染物的良好效果。低温等离子技术已经成为当下的一个研究热点。

将低温等离子技术同催化科学有机地结合到一起, 形成所谓的低温等离子催化技术, 能够获得更为优异的催化效果。Futamura等以对人体有害的大气污染物 (HAP) 为研究对象, 采用低温等离子技术对金属氧化物所具有的催化活性展开了深入研究, 在不使用Mn O2催化剂的条件下, 苯的摩尔转化率为30%, 而添加一定的Mn O2催化剂之后, 苯的转化率明显提升, 能够达到甚至超过94%, 效果为原来的3倍多。低温等离子技术主要应用于电子厂废气处理等。

结束语

受工业排放、室内装修以及不完全燃烧等诸多因素的影响, 空气的挥发性有机物污染问题日趋严重, 将会给人们的健康安全带来严重威胁。工业排放的VOCs控制问题一直是社会各界普遍关注的焦点, 并结合VOCs性质 (如浓度等) 设计了焚烧、吸附、冷凝以及膜分离法等诸多有效方法, 以实现对该类VOCs的有效处理以及回收, 然而上述方法一般不适用于室内低浓度VOCs的去除。光催化氧化法应运而生, 在阳光照射下便能够完成光催化反应, 自净效果非常理想, 因而在室内空气净化领域展现出了良好的应用价值以及发展前景。

摘要：随着社会经济的不断发展, 人们对空气环境提出了更高要求。挥发性有机物种类多且危害大, 将会给空气带来严重污染。有鉴于此, 本文基于国内外挥发性有机物污染控制技术的应用进行相关探讨, 主要包括焚烧法、吸附法、冷凝法、膜分离法以及光催化氧化法等。以期为业内人士提供一些有益的参考。

关键词：挥发性有机物污染,控制技术,空气环境