幾種揮發性有機污染物控制措施適用范圍比較研究

肖亦 黃志民

（1泰興市環境監測站 江蘇泰興 225400 2泰興市環境科學研究所 江蘇泰興 225400）

幾種揮發性有機污染物控制措施適用范圍比較研究

肖亦1黃志民2

（1泰興市環境監測站 江蘇泰興 225400 2泰興市環境科學研究所 江蘇泰興 225400）

介紹了幾種典型行業揮發性有機污染物（VOCs）的產污環節和組分特征，對目前常用的幾種VOCs治理技術、適用范圍及優缺點進行比較分析，并從加強VOCs常規監測、健全政策法規、建立VOCs總量控制和技術評估體系、發展VOCs控制新技術及公眾參與監督管理等方面對我國VOCs控制提出建議。

揮發性有機物（VOCs）；污染，排放特征；控制技術

1 前言

揮發性有機物（volatile organic compounds，VOCs）是一類有機化合物的統稱，世界衛生組織（WHO，1989）對揮發性有機物（VOCs）的定義：熔點低于室溫而沸點在50℃～260℃間的揮發性有機化合物的總稱[1]。近年來，我國大部分城市大氣環境污染呈現復合型污染趨勢，傳統的煤煙型污染、汽車尾氣污染與二次污染相互疊加，部分城市不僅PM2.5和PM10超標，O3污染也日益凸顯。2014年我國74城市平均達標天數比例為66%，京津冀區域達標天數比例平均僅為42.8%[2]。有研究表明，VOCs是導致O3和PM2.5濃度超標前驅物質，因此，控制VOCs排放是推動我國環境空氣質量持續改善和保護人民身體健康亟需開展的工作。

2 典型行業VOCs來源及排放特征

VOCs主要包括低沸點的烴類、鹵代烴類、醇類、酮類、醛類、醚類、酸類和胺類等。應該重點控制在石油化工、制藥、包裝印刷、裝備制造、家具制造、汽車制造、交通運輸、電子制造等行業排放廢氣中揮發性有機物。工業源是我國最主要的VOCs排放源，不同行業VOCs排放情況、排放特征以及成分譜都有很大差異。幾種典型行業VOCs的來源及排放特征見表1。

表1 幾種典型行業VOCs的來源及排放特征[3-8]

3 VOCs的危害

VOCs一般具有較強的刺激性和毒性，大部分氣味特殊且具有惡臭，部分VOCS已經被列為致癌物，其中隨著VOCs濃度增加，苯、甲苯及甲醛等會導致人體頭痛、惡心、昏迷抽搐等癥狀，還會對人體的肝腎臟大腦和神經系統造成傷害。VOCs除自身產生的危害外，還是O3和有機氣溶膠(SOA)形成的重要前驅物質[1]。SOA中含有的多環芳烴、多氯聯苯及含氯有機物具有致癌致畸和致突變性，而且會導致大氣光化學煙霧、酸沉降。

4 控制與處理技術

國內外揮發性有機物的處理技術主要有兩類：一是回收類法，主要有吸附法、吸收法、冷凝法和膜分離法等；二是消除類法，主要有燃燒法、生物法、低溫等離子法和催化氧化法等。各行業應根據達標排放要求，選擇單一或聯合法處理VOCs廢氣。

4.1 吸附法

吸附法是通過吸附材料吸附廢氣中的VOCs，以達到凈化廢氣的目的。適用于低濃度高通過量VOCs的分離和去除，是目前使用最為廣泛的VOCs分離和去除法，該法已在制鞋、噴漆、印刷、電子行業得到廣泛應用。常用吸附劑有活性炭（顆粒狀和纖維狀）、活性氧化鋁、硅膠、人工沸石等。目前在采用吸附法治理有機廢氣中，以活性炭吸附效率最高，應用最為廣泛。缺點是不適于處理高濃度有機氣體，吸附劑吸附容量有限，需定期再生，宜與其他方法聯合使用，如采用液體吸附和活性炭吸附法聯合處理高濃度苯乙烯廢氣，采用吸附法和催化燃燒法聯合處理丙酮廢氣等。

4.2 吸收法

吸收法也稱為洗滌法，常采用低揮發或者不揮發液體為吸收劑，通過吸收裝置利用廢氣中各種組分在吸收劑中溶解度或者化學反應特征差異，使廢氣中有害組分被吸收劑吸收，從而達到凈化廢氣的目的。吸收法適用于廢氣流量大、濃度較高、溫度低和壓力較高的VOCs的處理。主要用于煤化工、噴漆、金屬清洗等行業。但由于多數有機廢氣水溶性不好，應用不太普遍，目前吸收有機氣體的吸收劑主要是油類物質，如煤焦油深加工廢氣普遍采用洗油噴淋洗滌工藝去除，將煤氣中的苯系物、酚類、瀝青煙、苯并[a]芘和非甲烷總烴等物質溶于洗油中，處理效率在90%以上。優點是設備和操作簡單，吸收劑價格便宜，投資和運行費用低，但是需要定期更換吸收劑，同時設備易受腐蝕。

4.3 冷凝法

冷凝法利用物質在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓的特點，采用降低溫度、提高系統壓力或者既降低溫度又增加系統壓力的方法，使處于蒸汽狀態的污染物冷凝并與廢氣分離的過程。冷凝法用于高濃度揮發性有機物的廢氣回收和處理，可作為降低廢氣負荷的前處理方法，與吸附法、燃燒法等其他方法聯合使用，回收有價值的有機物。VOCs體積分數在0.5%以上時優先采用冷凝法處理。優點是工藝流程簡單，回收物質純度較高，適用于回收氣量小、濃度高的有機蒸汽。

4.4 膜分離法

膜分離法是指采用半透性的聚合膜從廢氣中將有機廢氣分離出來的一種方法，其工藝通常由壓縮冷凝和膜分離等操作組成，它具有流程簡單、能耗小、無二次污染等特點，適用于高濃度VOCs的分離與回收，VOCs體積分數在0.1%上時優先采用膜分離法處理，并采取防治膜堵塞的措施。

4.5 燃燒法

燃燒方法是將有害氣體、蒸汽、液體或者煙塵轉化為無害物質的過程。燃燒法適用于處理可燃、在高溫下可分解和在目前技術條件下還不能回收的VOCS的處理，燃燒法應回收反應熱量，提高經濟效益，并重點避免二次污染。如廢氣中含硫、氮、鹵素等成分時，燃燒產物應該按照相關標準進行處理處置，如催化燃燒后的催化劑。目前，催化燃燒技術已廣泛地應用于金屬印刷、漆包線、煉焦、油漆、化工等多種行業。但是使用這種方法將有機污染物氧化成了二氧化碳和水，不能回收到有用物質，燃燒時放出大量的熱，排氣溫度很高，應注意回收能量。主要有以下三種方式：

4.5.1 直接燃燒法

直接燃燒法就是直接火焰燃燒，它是把廢氣中可燃的有害組分當成是燃料直接燃燒。該方法只適用于凈化含有可燃有害組分濃度較高的廢氣，或用于凈化有害組分燃燒時熱值較高的廢氣。對于濃度值較高的廢氣可以混合空氣后燃燒，如果濃度低于燃燒下限，可以加入助燃劑如天然氣等維持燃燒。直接燃燒的溫度一般需要在1100℃左右，溫度較高，不適宜處理低濃度的廢氣。

4.5.2 熱力燃燒

在熱力燃燒系統中，廢氣中可燃有機組分含量一般很低，廢氣濃度不足以直接燃燒，需補加其他燃料助燃，將廢氣溫度提高到熱力燃燒所需要的溫度，使其中的氣態污染物氧化分解成二氧化碳和水等。熱力燃燒所需的溫度通常在540℃～820℃，較直接燃燒法溫度低，可用于可燃有機物質含量較低的廢氣凈化處理。

4.5.3 催化燃燒

催化燃燒是一種典型的氣-固相催化反應，實質是活性氧參與深度氧化，催化劑起到降低活化能的作用，同時使VOCs富集于催化劑表面，激發VOCs在較低的起燃溫度（＜500℃）發生無焰燃燒，使得VOCs中可燃物質氧化分解成二氧化碳和水，同時釋放出大量熱量，其去除率可達95%。催化燃燒法適用于氣態和氣溶膠污染物的治理，且進入催化燃燒裝置的有機物的濃度應低于爆炸極限下限的25%。分為常規燃燒和蓄熱催化燃燒，適合絕大部分可燃有機物的治理，缺點是不適合含有鹵素、苯系物有機物的焚燒處理，可能會產生二惡英，含塵粒和霧滴的廢氣會使催化劑中毒。常用催化劑為鉑、鈀等貴金屬催化劑、過渡金屬氧化物催化劑和過渡族元素鈷、稀土等非金屬催化劑。催化燃燒為無焰燃燒，安全性好、燃燒溫度低，目前該法已成為我國VOCs治理的主流和發展方向。

4.6 生物法

生物法的凈化原理是以生物膜為有效吸附表面，以活菌體為生物反應中心的吸附-生化反應過程。適用于處理在常溫、低濃度、生物降解性好的VOCs，對其他方法難處理的含硫、氮、苯酚和氰等廢氣可以采用特定微生物氧化分解的生物法。VOCs體積分數在0.1%以下時優先采用生物法，但含氯較多的廢氣不應采用生物降解。

另外，VOCs控制技術還有低溫等離子體法、催化氧化法和變壓吸附法等，此類工藝適用于處理流量大、濃度低的各類揮發性有機物廢氣處理。

5 建議

美國、歐洲等發達國家在20世紀90年代就制定了VOCs減排控制目標及對策，我國港臺地區目前也制定了較為系統的污染控制政策體系，并取得了一定成效。對于我國而言，VOCs的控制正處于起步階段，2012年底，環境保護部與財政部、發改委聯合發布《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》中，正式提出2015年全面開展揮發性有機物防治工作。2013年9月，國務院發布《關于印發大氣污染防治行動計劃》的通知，明確要求加強工業企業大氣污染綜合治理，推進各行業VOCs污染治理。然而大陸地區除北京和廣州等發達地區較為重視VOCs污染治理外，其他地區對于VOCs控制方面的工作仍不夠重視，針對我國諸如VOCs的政策法規的制定相對滯后，國家層面上的標準尚不完善、基礎數據匱乏，排放狀況不清等問題，提出如下建議。

5.1 各級環境監測部門應將VOCs納入空氣質量常規監測范疇，典型VOCs污染行業建立在線監測網絡并與環保部門聯網，各級地方政府及環境主管部門及時準確了解VOCs排放種類、濃度和控制狀況等方面的詳細數據和信息，確保VOCs污染治理措施的科學性和有效性。

5.2 健全我國的VOCS排放標準體系，建立統一的監測規范、分析方法、排放量核算方法；開展國家級典型行業VOCs排放源清單、排放因子、成分圖譜等基礎研究計算工作；建立基于環境質量標準的VOCs總量控制和技術評估方法，制定適應行業特點的VOCs控制技術和管理方法體系，特別是在重污染條件下應急控制方案及快速評估技術。

5.3 國家和地方政府均應加大科研投入，發展新技術在VOCS處理中的應用，同時推廣國內外應用較為成熟的VOCs污染防治技術設備。

5.4 加強對機動車尾氣排放VOCs的控制，加強車用燃料品種管理，促進老舊車更新淘汰，限時完成加油站、儲油庫、油罐車、原油成品油碼頭的油氣回收治理。

5.5 各地方政府應以國家現有的污染防治政策為依據，結合地方VOCS污染特征、工業布局等實際情況制定污染防治方案，并輔以經濟獎懲措施，注重措施的可行性。同時號召公眾積極參與，構建政府、企業及公眾三方共同監督管理機制。

[1]馬超,薛志鋼,李樹文，等.VOCs排放、污染以及控制對策[J].環境工程技術學報,2012(3):103-109.

[2]環境保護部發布2014年重點區域和74個城市空氣質量狀況,環保部網站http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/qt/201502/t20150202_295333.htm.

[3]王海林,張國寧,聶磊,等.我國工業VOCs減排控制與管理對策研究[J].環境科學,2011,32（12）:3462-3467.

[4]王海林,聶磊,李靖,等.重點行業揮發性有機物排放特征與評估分析[J].科學通報,2012,19：1739-1746.

[5]何華飛,王浙明,許明珠,等.制藥行業VOCs排放特征及控制對策研究[J].中國環境科學,2012,32(12)：2271-2277.

[6]席勁瑛,武俊良,胡洪營,等.工業VOCs排放源廢氣排放特征調查與分析[J].中國環境科學,2010,30(11):1558-1562.

[7]陳穎.我國工業源VOCs行業排放特征及來趨勢研究[D].武漢:華南理工大學,2011.

[8]江梅,張國寧,鄒蘭,等.有機溶劑使用行業VOCs排放控制標準體系的構建[J].環境工程技術學報,2011(3):221-225.

肖亦（1981—），男，江蘇泰興人，碩士，工程師，主要從事環境影響評價、環境監理、環保技術咨詢等工作。