VOCs處理工程不能因小失大，多種處理方法詳解

在我國工業(yè)與制造業(yè)發(fā)展的進程中，日益嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境保護問題廣泛受到社會的關(guān)注，為堅決執(zhí)行“堅持人與自然和諧共生，建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計”的發(fā)展戰(zhàn)略。各級政府也把環(huán)境治理和污染控制列為政府的工作重點之一，全國掀起了生態(tài)環(huán)境保護的熱潮。治理揮發(fā)性有機廢氣(簡稱:VOCs)的排放亦成為環(huán)保的一項重大實施工作，為此，有關(guān)部門不惜關(guān)停一些涉污生產(chǎn)企業(yè)。促進生產(chǎn)企業(yè)加大了VOCs達標(biāo)排放的環(huán)保設(shè)施建設(shè)。但目前VOCs達標(biāo)排放處理(簡稱：VOCs處理)的現(xiàn)狀卻仍亂象叢生，這就造成了企業(yè)花錢買“手銬”的悲慘后果。
主要原因是部份VOCs處理在缺乏量化分析、無針對污染物處理方案的前提下，采取天下文章一大抄之法，買幾個設(shè)備組裝一下就完成了VOCs處理，可想而知，其結(jié)果就是非但沒有將有害物質(zhì)進行有效處理，還向大氣中排放了新增的污染物。如廣東VOCs治理普及率較高的某市，在空氣污染（臭氧）檢測中竟然多次超標(biāo)，追溯其主要原因是許多生產(chǎn)企業(yè)的VOCs處理設(shè)備非但未能將污染物消除，卻產(chǎn)生了新的污染物，如“地上魔鬼”的臭氧。
VOCs主要包括碳烴化合物、苯及苯系物、醇類、酮類、酚類、醛類、酯類、胺類、腈類、氰類等有機化合物。源于電子、化工、石油化工、涂料、印刷、涂裝、家具、皮革等行業(yè)生產(chǎn)過程。
VOCs是大氣污染源之一;是引發(fā)灰霾、光化學(xué)煙霧等大氣環(huán)境污染問題的元兇之一;是以PM2.5為特征的區(qū)域性復(fù)合型大氣污染物的元兇之一。VOCs通過呼吸道和皮膚進入人體后，可能給人的呼吸、血液、肝臟等系統(tǒng)和器官造成暫時性和永久性病變，尤其是苯并芘類多環(huán)芳烴能使人體直接致癌，VOCs對人體健康危害極大。
現(xiàn)就部分生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用的VOCs處理技術(shù)及其效果進行相關(guān)的分析：
活性炭吸附法
1.處污原理
活性炭吸附法由于前期投資較低,是目前應(yīng)用最多的VOCs處理辦法，是通過活性炭的自然吸附能力吸附VOCs，當(dāng)吸附飽和后，活性炭脫附再生或交給專業(yè)危廢公司處理。
2.實際應(yīng)用情況
運用活性炭吸附法進行VOCs處理的環(huán)保公司對其設(shè)備的除污參數(shù)，基本上都會提到此類設(shè)備的除污效率達到90%以上，但在實際除污應(yīng)用過程中，除污效率達到90%以上只是理論值。而且在不同的工作環(huán)境下，其除污效率遠比這個理論數(shù)值低。主要原因包括溫度、工作環(huán)境濕度、水霧、酸度、灰塵及被吸附氣體之間的相互作用等。例如我國南方全年濕度較大，氣溫較高，其活性炭實際吸附量不足實驗室的50%。
3.主要問題
使用活性炭吸附法處理VOCs達標(biāo)排放實際運維費用是十分高昂的，同時自然吸、脫附管理難、適用性受多種因素影響，不適合含粉塵、水汽、乳狀物等廢氣處理，難穩(wěn)定環(huán)保達標(biāo)。且大量飽和后的活性炭處理更耗費巨大，該方法僅是將污染物吸附轉(zhuǎn)移，如對飽和后活性炭轉(zhuǎn)移過程無嚴(yán)格把關(guān)跟蹤，則極易造成二次污染。但因前期投資少，企業(yè)自然選用較多，現(xiàn)雖監(jiān)管難（炭箱內(nèi)沒有活性炭，活性炭設(shè)施過于簡陋、幾乎不換炭，活性炭選用與實際設(shè)計不符，使用量過少等），但環(huán)保部門終會有所行動的，存在著巨大環(huán)保風(fēng)險。而且容易造假應(yīng)付環(huán)保管理。（如：炭箱內(nèi)沒有活性炭，活性炭設(shè)施過于簡陋、幾乎不換炭，活性炭實際工程與設(shè)計不符，使用量過少等。）
二、低溫等離子體技術(shù)
1.處污原理
低溫等離子廢氣處理設(shè)備里的介質(zhì)阻擋放電過程中，等離子體內(nèi)部產(chǎn)生富含極高化學(xué)活性的粒子，如電子、離子、臭氧和激發(fā)態(tài)分子等。理論上有機廢氣與這些具有較高能量的活性基團發(fā)生反應(yīng)，部分會被裂解，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等物質(zhì)，從而達到凈化廢氣的目的。
2.實際應(yīng)用情況
國內(nèi)生產(chǎn)的運用低溫等離子體技術(shù)的治污設(shè)備，制造的環(huán)保公司對設(shè)備的除污參數(shù)，基本上都會提到這類設(shè)備的除污效率達到80%以上。大量可用于VOCs處理的低能量等離子體設(shè)備僅可用于治理油煙污染，在實際處理工業(yè)VOCs過程中，這種低溫等離子體技術(shù)設(shè)備對有機廢氣的降解基本無效和會生成污染副產(chǎn)物，其降解效率較低，而VOCs的易燃性令其安全性備受關(guān)注。
3.主要問題
現(xiàn)大量使用的小功率低溫等離子體是過去餐廚行業(yè)用于油煙處理的,其不適合VOCs處理，且生成副產(chǎn)物和大量的臭氧，會拉弧引燃VOCs等問題。

因為等離子體技術(shù)在短時間內(nèi)對包括芳香類化合物的有機廢氣處理效率是很低的，主要是生成中間產(chǎn)物。如采用大功率等離子體在穩(wěn)定的有機廢氣中，也要在一定的時間內(nèi)才有處理效果。而對于工產(chǎn)源源不斷高速排出的VOCs廢氣，其處理效率很低并會次生很多中間副產(chǎn)物，導(dǎo)致VOCs成分更復(fù)雜(這些副產(chǎn)物的危害性可能更大)、同時設(shè)備運行時會產(chǎn)生大量無用臭氧。且有機廢氣絕大部分是易燃、易爆的化合物。等離子體運行時的拉弧極易引爆VOCs，天津爆炸事件已令社會對其的安全性質(zhì)疑，故該技術(shù)在各地被禁用已日逐增加。

三、光催化氧化
1.處污原理
光催化廢氣處理設(shè)備的技術(shù)是利用特種紫外線波段，在催化劑的作用下，將氧氣催化生成臭氧和羥基自由基及負(fù)氧離子，再將VOCs分子氧化還原的一種處理方式。
2.實際應(yīng)用情況
大部份應(yīng)用于VOCs處理的UV光催化處理設(shè)備是引用過去除臭殺菌的技術(shù)原理，通常采用雙波長紫外光管，將能量主要用于轉(zhuǎn)換臭氧，用普通二氧化鈦材料作為催化劑，雖除污效率號稱達到80%以上。實際現(xiàn)在使用的UV光催化處理VOCs設(shè)備的效率均較低，在無計算技術(shù)的控制下，會大量生成臭氧和中間副產(chǎn)物。
3.主要問題
在UV光催化氧化技術(shù)應(yīng)用中，包括UV管的波長、光催化材料、反應(yīng)時間、相對濕度、灰塵顆粒物等都是處理VOCs成敗的瓶頸要素。目前普遍認(rèn)為光催化氧化法能夠?qū)OCs完全降解生成無毒無害的CO2和H2O等，但是在使用中由于反應(yīng)時間太短，揮發(fā)性有機物在光催化氧化反應(yīng)會生成酮、醛等更惡毒的中間產(chǎn)物和大量的臭氧。

近年來工業(yè)城鎮(zhèn)造成臭氧超標(biāo)的其中因素就是濫用等離子體和產(chǎn)臭氧的UV光催化氧化設(shè)備。由于這兩類設(shè)備都是試圖通過將空氣中的氧轉(zhuǎn)變成臭氧后通過化學(xué)反應(yīng)消解工業(yè)廢氣的技術(shù)，但因反應(yīng)條件的制約，使產(chǎn)生的臭氧轉(zhuǎn)換成自由基和負(fù)氧離子的效率極低，同時因反應(yīng)時間過短，導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生的大部分臭氧未能實現(xiàn)對VOCs處理而直接排放。
四、生物處理法
1.處污原理
利用微生物對廢氣中的污染物進行消化代謝，實質(zhì)上是一種生化分解過程，它通過附著在介質(zhì)上的活性微生物來吸收有機廢氣，將污染物轉(zhuǎn)化為無害的水、二氧化碳及其它無機鹽類。
2.實際應(yīng)用情況
以污染物為微生物的食物來源，生物處理法包括：碳氫氧組成的各類有機物、簡單有機硫化物、有機氮化物、硫化氫及氨氣等無機類。要求小氣量、低濃度、排氣連續(xù)、廢氣處理容器大，雖處理過程比較環(huán)保, 但運維復(fù)雜、生物補養(yǎng)繁瑣等原因，使生物處理法形同虛設(shè)，因其監(jiān)管難，故仍比比皆是。
3.主要問題
適用性較差：僅適用于特定的污染物，且生物細菌易死亡，對易溶物和易降解污染物進行處理時，會受到一定的限制；生物因新陳代謝易堵塞；生物法所用填料的比表面積、孔隙率等直接影響反應(yīng)器的生物量以及整個填充床的壓降及填充床是否易堵塞問題；難實現(xiàn)自動控制；難以提高對各運行參數(shù)的控制能力，維護費用高和難管控故障；菌種培育困難：難篩選出高效降解各種VOCs氣體的優(yōu)勢菌種；反應(yīng)場地約束：反應(yīng)裝置占地面積大、反應(yīng)時間較長。故生物法在應(yīng)用中不乏擺設(shè)的情況。
五、燃燒法
1.處污原理
燃燒法分為蓄熱式燃燒技術(shù)（RTO）和催化燃燒技術(shù)（RCO）。其原理是通過直接燃燒或者添加催化劑進行低溫燃燒，利用“燒”將有機廢氣徹底降解為水和二氧化碳。
2.實際應(yīng)用
燃燒法作為目前處理效率和效果相對理想的工藝，雖然它的價格相對昂貴且運行費用不低，但已被大部分專家和部分地市環(huán)境主管部門認(rèn)可，甚至制定為主要治理工藝。
3.存在的主要問題
因蓄熱燃燒（RTO）方式的燃燒室內(nèi)溫度一般不低于750度，甚至高達1000度，因此，會產(chǎn)生燃料型氮氧化物。氮氧化物按生成機理的不同分為三類：熱力型、快速型和燃料型，其中燃料型占60%_95%。在生成燃料型NOx過程中，首先是含有氮的有機化合物或空氣中的氮氣經(jīng)過熱裂解產(chǎn)生N，CN，HCN和等中間產(chǎn)物基團，然后再氧化成NOx。經(jīng)粗算，一套20萬m3/h處理量的蓄熱燃燒設(shè)備，其氮氧化物排放量約等于一臺35t/h的燃煤流化床鍋爐。

在有機廢氣的催化燃燒（RCO）工藝中，由于采用自來水作為水噴淋進行預(yù)處理，水中的氯離子及有機物質(zhì)自帶的氯離子在催化燃燒室內(nèi)（200~500度）極易生成二噁英。而VOCs處理設(shè)備上均無高溫高溫裝置用于促使二噁英的分解，因此，氣體在燃燒過程中產(chǎn)生的二噁英將直接排放至到大氣。
為什么VOCs的處理會難以達標(biāo)呢?
主要是人才緊缺！因為我國有機化學(xué)的分支學(xué)科發(fā)展不平衡，特別是有機化學(xué)與其他學(xué)科的交叉和滲透不夠，并且我國有機化學(xué)的研究隊伍規(guī)模普遍較小，且相關(guān)的分支學(xué)科沒有很好的發(fā)展，因而對整個學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了影響，并有萎縮的趨勢。在缺乏政策導(dǎo)向、缺乏評價體系下，造成了有機化學(xué)的研究工作沒人去做，也不愿意去做。有機化學(xué)本身相對“枯燥”，就業(yè)艱難，導(dǎo)致很多本、碩、博學(xué)生都不愿意選擇這個學(xué)科，特別是一些非熱門的領(lǐng)域:如有機光化學(xué)、自由基化學(xué)、元素有機化學(xué)等。其次，是過于急功逐利，對VOCs的治理缺乏科學(xué)的研究、機理分析,只想找個什么設(shè)備就實現(xiàn)，其結(jié)果可想而知。VOCs處理的創(chuàng)新成敗已上升到經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境共存的問題, 同時也將關(guān)聯(lián)著我國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的安全。
難道VOCs的處理真的“無計可施”嗎？
其實不然，國內(nèi)已有前衛(wèi)的環(huán)保企業(yè)正聯(lián)合國內(nèi)外專家學(xué)者將有機化學(xué)研究的理論應(yīng)用到可持續(xù)的綠色發(fā)展中，其中成果就有把有機化學(xué)與環(huán)?？茖W(xué)進行交叉滲透，在全社會關(guān)注的有機廢氣處理中通過“小分子活化惰性化學(xué)鍵的有機化學(xué)反應(yīng)機理”、“有機化學(xué)原子經(jīng)濟性的高效率、高選擇性合成方法學(xué)中的不對稱催化反應(yīng)機理”、“有機化學(xué)的自由基化學(xué)反應(yīng)機理”、“綠色有機化學(xué)反應(yīng)及過程化學(xué)反應(yīng)機理的研究”、“計算化學(xué)機理的研究”等理論應(yīng)用到VOCs處理設(shè)備上，實現(xiàn)了從根本上把VOCs處理設(shè)備推向節(jié)能、可靠、便宜、人工智能的高度上來，為《中國制造2025》提交了一份合格的鋪墊報告。
VOCs處理的研發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)新必須順應(yīng)“發(fā)展是第一要務(wù)，人才是第一資源，創(chuàng)新是第一動力。”的時代發(fā)展步伐!
來源：廣東環(huán)保產(chǎn)業(yè)