挥发性有机废气净化技术研究进展

曾林辉，钟业辛

（宜春市上高生态环境保护综合执法大队，江西 宜春 336400）

含酮类、醛类、烃类的挥发性有机废气很容易引发大气污染问题，为有效处理排放行业众多、种类繁多的挥发性有机废气，近年来各类挥发性有机废气净化技术不断涌现。为合理应用相关技术，正是本文研究的目标所在。

1 挥发性有机废气净化技术研究现状分析

结合挥发性有机废气净化技术研究现状可以发现，这类技术可细分为源头消减类技术、过程控制技术、末端治理技术。源头消减技术指的是通过降低有害原料使用量实现挥发性有机废气排放的源头控制，但受到经济因素和生产工艺限制，这类技术的难度较大；过程控制技术主要依托泄漏检测、遥感监测等技术监测挥发性有机废气在生产过程中的排放情况，如基于泄漏检测与修复计划的挥发性有机废气监测拥有60～80%的减排效率；末端治理技术指的是基于现有治理技术开展挥发性有机废气净化，常见技术包括吸收技术、膜分离技术、冷凝技术、吸附技术、燃烧技术、生物处理技术、低温等离子体技术等，这类技术在挥发性有机废气净化的适用流量、适用浓度、去除率、投资成本、运行费用、二次污染层面均具备显著差异，笔者将在下文中对这类挥发性有机废气净化技术的研究进展开展深入探讨。

2 挥发性有机废气净化技术研究进展

2.1 吸收技术

基于吸收剂中挥发性有机废气存在的不同溶解度，吸收技术可实现废气的分离净化，水型复合吸收剂、矿物油类吸收剂、离子液体吸收剂、高沸点有机溶剂均属于常用的吸收剂，吸收技术具备能耗低、吸收效率高、工艺成熟等优势，在多数挥发性有机废气处理中均能够发挥理想效果[1]。结合相关研究可以发现，水型复合吸收剂具备无二次污染、挥发损失少、成本低、吸收效果稍低特点，矿物油类吸收剂具备极易挥发、组分复杂、吸收容量高、成本高、二次污染严重等特点，离子液体吸收剂具备挥发性低、溶解性好、热稳定性强、无二次污染、离子导电性出色等特点，高沸点有机溶剂具备难度大、成本高、吸收效率高等特点。在近年来的相关研究中，微乳液和离子液体受到了国内外学界的高度重视，围绕助表面活性剂N－甲基吡咯烷酮、十二烷基咪唑双氰胺盐的相关研究因此大量涌现，这类吸收剂在挥发性有机废气净化中有着较为出色表现。

2.2 膜分离技术

基于膜的选择透过性，膜分离技术可通过挥发性有机废气各组分透过膜存在的不同传质速率实现分离，膜基吸收法、气体膜分离法、蒸汽渗透法均属于典型的膜分离技术。以典型的膜油气回收装置为例，膜分离技术的应用可实现装车1－己烯尾气的回收，具体流程如图1所示。

图1 膜分离技术流程示意图

围绕上图进行分析可以发现，经压缩机的1－乙烯蒸气/氮气会进入吸收塔中部，与液态1－己烯（塔顶喷淋）对流吸收，底部1－己烯液体富集后经回流泵进入储槽，少量未能吸收的混合气分离由顶部的膜分离器完成，最终可直接排空氮气，1－乙烯则会自动返回压缩机[2]。结合近年来业界围绕膜分离技术开展的研究可以发现，高渗透性、高选择性、耐腐蚀、耐磨、热稳定好的新型膜材料属于研究重点，交联聚偏氟乙烯/聚二甲基硅氧烷复合膜便属于其中典型，该新型膜材料在N2/VOC二元混合气体中对VOC的选择性和渗透性较好。

2.3 冷凝与吸附技术

基于有机物在不同温度下存在不同饱和度的原理，冷凝技术可通过降低温度或提高压力等方式实现挥发性有机废气净化，冷却介质一般选择冷盐水、NH3、H2O等物质。冷凝技术对设备要求较高但存在工艺简单特性，在少量高浓度挥发性有机废气净化中有着出色表现；吸附技术能够通过选择性吸附挥发性有机废气完成净化，分子筛、活性炭、高分子吸附材料、疏水硅胶均属于常用的吸附剂。分子筛吸附剂具备水热稳定性强、微孔结构均匀、优先吸附不饱和分子与极性分子等特性，活性炭吸附剂具备比表面积极大、孔容较大、成本较低等特点，高分子吸附材料具备微孔结构有序、孔径可调节、对三氯乙烯等吸附能力较强特性，疏水硅胶吸附剂具备机械强度高、表面活性高、比表面积大、安全性能好等特性。

吸附技术具备净化效率高、工艺成熟等特点，在低浓度挥发性有机废气净化中有着出色表现，一般用于油气回收。

2.4 燃烧技术

燃烧技术同样可用于挥发性有机废气净化，该技术可细分为直接燃烧技术、蓄热式燃烧技术、催化燃烧技术。直接燃烧技术指的是直接将挥发性有机废气作为燃料，能够在1 100 ℃的条件下得到H20和CO2产物，该技术具备运行费用低、设备简单、易产生二次污染、热效率低等特性，适用于回收价值不大、高燃烧热值的高浓度挥发性有机废气处理，但由于技术本身的安全隐患和能耗较高，近年来该技术的应用逐渐减少[3]；蓄热式燃烧技术指的是应用蓄热材料和热交换技术处理挥发性有机废气，以此得到H20和CO2产物，该技术在包装印刷、石油化工等领域的应用较为广泛，如基于涂装过程产生的苯等挥发性有机废气可通过RTO三床式蓄热式热力氧化器在800 ℃条件下进行净化处理。如上海宝钢包装公司由此实现了苯、甲苯等挥发性有机废气的净化，相较于催化燃烧炉和直燃式燃烧炉，该企业实现了每年降低能源成本200余万元；催化燃烧技术能够通过利用催化剂实现反应速率提升和反应温度控制，该技术可基于200～400 ℃条件实现挥发性有机废气净化，挥发性有机废气能够得到彻底分解，具备无二次污染、效率高的特性，但同时催化燃烧技术存在较高的废气要求且催化剂易出现失活问题。催化剂性能直接关系挥发性有机废气净化效果，贵金属催化剂属于现阶段应用较为广泛的催化剂，如Pt－Pd催化剂，但由于这类催化剂存在较差的耐毒性、耐热性且成本较高，贵金属催化剂替代品的研究近年来也受到广泛重视，钙钛矿型氧化物复合物、复合过渡金属氧化物等属于这类研究的重点。

2.5 生物处理技术

生物处理技术可细分为生物洗涤法、生物滴滤法、生物过滤法。生物洗涤法采用比表面积大、多孔的惰性材料，具备较为稳定的整体操作、过程容易控制、中等投资等优势，但同时存在运行费用较高、设备复杂等不足。生物滴滤法采用合成填料或天然惰性填料，如泡沫、聚氨酯、树脂、陶瓷等，具备运行费用低、中等投资等优势，但同时存在易产生废水、操作要求高等不足。生物过滤法采用泥炭、堆肥、土壤等有机填料，具备运行和投资成本低、操作简单、低压降等优势，但同时存在床层易堵塞、填料pH值及湿度控制难度较高等不足。生物洗涤法、生物滴滤法、生物过滤法的去除率分别为60～98%、90～99%、90～95%。生物处理技术多用于低浓度挥发性有机废气的净化，所用菌种与填料、反应器工艺条件、废气成分均会影响净化效果。为提升生物处理技术实用性，近年来的相关研究主要聚焦用于化学稳定性强和结构较为复杂挥发性有机废气降解菌种的培养，培养周期短、分解能力高的高适应能力菌种的培养和筛选属于研究热点。

2.6 低温等离子体技术

除上述技术外，低温等离子体技术同样属于典型的挥发性有机废气净化技术，基于高压电场中介质放电对挥发性有机废气进行大量高能电子轰击，发生电离解离、激发等物理化学反应的挥发性有机废气可转化为H2O和CO2。低温等离子体技术具备处理效率高、可生成高活性低温等离子等优势[4]，但同时具备较为苛刻的均匀低温等离子产生条件、较高能耗等不足，结合业界围绕低温等离子体技术的相关研究和实践能够发现，现阶段的低温等离子体技术适用于低浓度挥发性有机废气净化处理。低温等离子体技术主要采用辉光放电、介质阻挡放电、电晕放电、射频放电等放电方式，相关研究多基于介质阻挡放电和电晕放电开展，由此结合催化剂技术或吸附技术即可对挥发性有机废气流量及初始浓度、放电方式等因素对处理效果带来的影响进行研究。如基于脉冲等离子体源发生电晕放电，围绕苯乙烯，在10 L/min流量、0.035%质量分数，以及27.4 J/L的能量密度、8.5 kV的电压下，低温等离子体技术可取得98.6%的挥发性有机废气去除率，该技术的实用性可见一斑。

3 结论

综上所述，挥发性有机废气净化技术具备广阔发展前景。在此基础上，本文涉及的吸收技术、膜分离技术、冷凝技术、吸附技术、燃烧技术、生物处理技术、低温等离子体技术等内容，则直观展示了挥发性有机废气净化技术的研究现状和应用要点。为更好开展挥发性有机废气净化处理，必须设法进一步降低挥发性有机废气净化的运行和投资成本，以此寻求稳定、高效、经济、简单的挥发性有机废气净化技术。