关于挥发性有机物治理技术的研究_李巍.pdf

皮革技术-13-关于挥发性有机物治理技术的研究李 巍，杨 静（中圣环境科技发展有限公司，陕西 西安，710065）摘要：在我国工业领域发展速度逐渐加快的形势下，排放到大气环境中的挥发性有机物也越来越多。在我国大气污染问题越来越严重、甚至已经对城市的生存环境产生威胁的过程中，越来越多的人开始意识到开展挥发性有机物治理工作的重要性。基于此，本文重点针对挥发性有机物治理技术进行了详细地分析，旨在提高我国挥发性有机物的治理水平，为人类与自然的和谐发展提供保障。关键词：挥发性；有机物；治理；技术中图分类号：TS5 文献标志码：A DOI：10.20025/ki.CN10-1679.2023-02-04Research on the Treatment Technology of Volatile Organic CompoundsLi Wei,Yang Jing(Zhongsheng Environmental Technology Development Co.,Ltd.,Xian 710065,China)Abstract:In the development of Chinas industrial development,the volatile organic compounds emitted into the atmospheric environment is more and more.In the process of Chinas air pollution problem becoming more and more serious,and even posing a threat to the urban living environment,more and more people begin to realize the importance of volatile organic compounds treatment work.Based on this,this paper focuses on the detailed analysis of volatile organic compounds treatment technology,aiming to improve the treatment level of volatile organic compounds in China,and provide a guarantee for the harmonious development of human beings and nature.Key words:volatile;organic matter;governance;technology分析我国近几年来雾霾天气与PM2.5频繁出现的原因，与大气环境中挥发性有机物的含量过高有着直接关系。挥发性有机物不仅会破坏臭氧层，还会形成光化学烟雾，对人类的身心健康造成危害。所以相关企业必须要采取针对性措施，对大气环境中的挥发性有机物进行有效治理。但是，不同挥发性有机物治理技术有着不同的优势和劣势，只有准确理解挥发性有机物的定义，明确挥发性有机物的来源与危害，并结合挥发性有机物的实际情况，选择合适的治理技术，才能够达到预期的治理效果。1挥发性有机物的来源挥发性有机物主要来源于天然源和人为源。例如，在自然环境中，某些植物在生长过程中就会产生一部分挥发性有机物，并伴随自然灾害的出现，这就是挥发性有机物的天然源。另外，在人类日常生产生活中，石油化工、包装印刷、涂料装饰等行业在生产加工过程中，也会产生各种各样的挥发性有机物，例如醛类、醇类或者烃类等。在日常生活中，刚刚装修完的房子也会释放出一定量的有毒气体。只有采用针对性的废气处理方法，将室内挥发性有机物的浓度降到国家标准范围内，确保其不会对人体健康造成伤害，才能够正式入住1，这些都属于挥发性有机物的人为源。经专业领域的研究和估算发现，在世界范围内，自然环境会向大气环境中排放11.5亿吨的挥发性有机物，远远超过人为源的排放。但是，在我国工业化发展进程不断推进的形势下，人为源排放的挥发性有机物含量越来越多。在这种情况下，只有采取针对性的治理措施和预防措施，才能够尽可能地减少人为源排放的挥发性有机物的数量，避免其对人类的身心健康产生危害。2挥发性有机物的危害2.1光化学反应当挥发性有机物受到阳光照射后，就会与大气中的氮氧化物发生光化学反应，形成含有臭氧、醛类或者过氧硝基酰等物质的光化学烟雾。光化学烟雾的存在，不仅会对大气环境产生二次污染，还会刺激人的眼睛和呼吸系统，从而威胁人体健康。同时，也会对农作物的健康生长产生影响，使其出现发育不良或者死亡等现象。2.2对人体神经系统和肝功能产生影响大多数挥发性有机物都带有一定的毒性，并伴有恶臭气味。如果大气环境中的挥发性有机物浓度突然升高，那么就有可能使人体出现中毒症状，并面临死亡威胁。首先，苯类化合物会对人体的中枢神经系统产生难以逆转的伤害，对人体的血液和造血器官产生危害，使人在出现神经系统障碍后，患上败血症。其次，在氧化作用下，苯类化合物还有可能在人体内生成苯酚。苯酚的存在，不仅会伤害人体的肝功能，还会影响人 第一作者简介：李巍（1982-），男，本科，工程师，研究方向：大气污染防治.皮革技术-14-体骨骼的生长发育，是人类罹患再生障碍性贫血等疾病的主要元凶之一。最后，如果大气环境中的苯类物质浓度过高，还有可能使人类出现急性中毒症状，甚至失去生命。2.3诱发火灾和爆炸事故绝大多数挥发性有机物都具有易燃易爆的特性，如果排放时的浓度过高，就有可能引发火灾事故和爆炸事故。例如，汽油、苯、酒精等物质的闪点都在28 以下。所谓闪点，其实就是可燃气体发出的蒸汽与空气中混合物、火源接触后能够闪燃的最低温度2。尤其是苯，与空气混合的爆炸极限仅有1.5%9.5%，如果排放浓度过高，就很容易引发火灾事故，威胁周围人们的生命健康安全。2.4破坏臭氧层臭氧层在大气环境中的平流层，海拔高度约为1050 km，平流层以下是对流层，绝大多数挥发性有机物在大气环境中的对流层会被成功氧化转换或干、湿沉降，无法进入平流层。但是，某些特殊有机物，例如含有氟、氯或溴等元素的卤代化合物，就会从对流层进入平流层，并对臭氧层产生破坏。3挥发性有机物治理技术3.1吸附法应用吸附法治理挥发性有机物的原理，是气体混合物在选择吸附剂方面存在着明显的差异，可以利用这一特殊的物理方式或者化学方式，对复合污染物气体进行分离和提纯处理，其原理如图1所示。吸附法在挥发性有机物治理中的优势，是可以对某些价值较高的挥发性有机物进行回收，因为吸附法使用的吸附材料是以经过氧化处理后的活性炭为主，而活性炭对于挥发性有机物吸附能力的高低，直接受到工作环境温度与湿度的影响，处理效率相对较高。但是，吸附法的应用也存在着明显的弊端。例如，在选择使用吸附法时，必须要对工作环境的温度、湿度等因素进行严格控制。与此同时，还要及时更换吸附剂，否则将会因为吸附饱和而影响挥发性有机物的治理效果。近年来，研究人员一直在研究吸附法的改进方法，例如加设吸附脱水装置或催化燃烧处理环节等，希望可以借此降低有机物吸附剂的更换频率，减少二次污染的可能。图1吸附法的应用原理3.2吸收法应用吸收法治理挥发性有机物的原理是挥发性有机物可以溶于油类物质。利用这一技术，只需要选择合适的吸收剂，就可以最大限度地吸收挥发性有机物，并挖掘吸收后挥发性有机物的二次利用价值，产生相应的经济价值。这种治理技术与其他吸收法的应用一样，面临着吸收剂选择困难的问题，所以，研究人员一直在研究采取何种技术优化措施，才能够降低挥发性有机物的治理成本，提高挥发性有机物的治理效率，减少挥发性有机物的危害3。例如，在特殊条件下，将水作为吸收剂，虽然可以降低挥发性有机物的吸收效率，但是与其他吸收剂相比，成本却非常低廉，产生的危害性也较小。另外，扩大气液接触面积也可以效提高挥发性有机物的吸收效果。3.3冷凝法不同气体具有不同的饱和度。而冷凝法，就是一种利用专门的气体冷却回收装置，对不同类型的挥发性有机气体进行液化回收的方法。例如，如果在工业生产过程中排放的废气中存在的挥发性有机物凝固点很低，就可以利用增大压力的方法提高气体的冷凝效率和冷凝质量。根据接触形式的不同，冷凝法主要分为两种：一种是表面冷凝法，即直接将废气与冷却液进行间壁式接触或者列管式接触；另一种是接触冷凝法，指的是利用喷淋塔的接触来保证废气与冷却液的充分接触4，其中，接触冷凝法的运行成本更高。虽然这种挥发性有机物治理技术仅适用于小空间的挥发性有机物处理，但是对于工作人员操作技能的要求却非常苛刻，而且需要花费一定的成本，才能保证处理环境的低温性与高压性。针对冷凝法的研究，目前主要集中在降低能耗方面。3.4膜分离法如果应用膜分离法对挥发性有机物进行处理，那么受到高分子膜的影响，含有多种不同气体成分的混合气体就会被逐步地溶解而扩散。这也是化学领域中对气体进行分离提纯的主要原理，其原理如图2所示。例如，蒸汽渗透，其实就是利用高分子膜，直接对有机物蒸汽进行分离。与其他治理技术相比，膜分离法的应用优势是操作难度偏低、对环境的污染程度偏小，而且可以对挥发性有机气体进行高效回收。但是，高分子膜的反复使用与更换会产生较高成本。所以，研究人员一直在研究如何才能生产出具有较强耐受性的高分子膜。加油机压缩机净化气排空回收液态汽油回收油气油罐冷却水上水冷却水回水挥发油气压缩机 冷凝器分离器原分离器空气过滤器回收汽油工厂空气油罐真空泵空气鼓风机净化空气换热器反应器电加热器图2膜分离法的应用原理3.5生物处理法微生物具有一定的吸收处理作用，利用微生物的这一特性，可以对挥发性有机物中的某些物质进行分离和提纯，这就 皮革技术-15-是生物处理法的应用原理，如图3所示。与其他治理技术相比，这种治理技术的应用具有较强的可操作性，且不容易出现二次污染问题。但是，由于微生物对于生存环境具有较高的敏感性，所以研究人员一直致力于提高治理过程的实用性。另外，填料和菌种对于生物处理法的应用效果与应用质量有着直接影响。所以，找到适合的、处理能力强的填料或菌种，也是研究人员一直努力的方向。图3生物处理法的应用原理3.6低温等离子法如果挥发性有机物的处理任务比较多，那么还可以利用低温等离子法进行处理。只是在应用这种处理方法时，要重点考虑吸附性能、等离子体介电常数等因素，并且这种治理方法的应用过程，还会受到污染物气体中杂质的影响。近年来，随着我国科学技术的不断进步，研究人员已经找出了限定和控制各种反应环境、反应条件的方法。所以，低温等离子法的应用范围与应用准确度得到了明显提高。需要注意的是，要加强对低温等离子法的应用，研究人员还需要继续寻找性能更加稳定、吸附能力更强的催化剂，需要继续研究并生产出功能更加完善的反应设备5。只有这样，才能够将低温等离子法的应用优势充分发挥出来，从而保证挥发性有机物的治理效果。3.7光催化降解法利用光能和催化剂也可以对挥发性有机物进行治理，通过化学反应彻底去除挥发性有机物。图4为光催化降解法的应用原理。需要注意的是，光催化降解法的应用需要满足两个条件，第一是要有足够的光能，可以在适合的温度和湿度环境中进行氧化还原反应。第二是要正确选择催化剂，确保催化剂在化学反应过程中具有较高的催化活性。与其他治理技术相比，应用光催化降解法可以在短时间内进行大规模挥发性有机物的处理。但是最终的治理效果却容易受到催化剂的种类、外界环境温度、湿度、光照条件等因素的影响。如果加强对这些因素的控制，保证最终的挥发性有机物处理效果，就会产生较高的成本。近年来，研究人员针对这种治理技术的研究，一直集中在维持催化剂的催化活性，提高紫外光源照射速度等方面。紫外光最终产物（CO2和水）在紫外光的照射下污染物分解污染物吸附在光催化剂表面Catalyst(TiO2)Reactor Wall图4光催化降解法的应用原理3.8高温焚烧技术在高温条件下，也可以对挥发性有机物进行氧化分解，达到治理目的。只是，这