VOC廢氣治理方法及優缺點

一、有機廢氣治理技術

工業在生產過程中會生（shēng）產大量對大氣環境有危害的氣體VOC。VOC是指在常溫下飽（bǎo）和蒸氣壓大於70Pa、常壓下沸點在260℃以內的有機化（huà）合物，包括烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫（liú）烴類化（huà）合物。VOCs種類繁多來源廣泛，分布麵廣，治（zhì）理（lǐ）難度大，總體而言，按照（zhào）廢氣處理的方法，有機廢氣（qì）處理的方法主要有兩類：一類（lèi）是回收法，另一類是消除法。回收法主（zhǔ）要有炭吸附、變壓吸附、冷凝法及膜分離技術，回收法是通過物理（lǐ）方法，用溫度、壓（yā）力（lì）、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法（fǎ）來分離VOC的。消除法有（yǒu）熱氧化、催化（huà）燃燒、生物氧化及集成（chéng）技（jì）術；消除法主要是通過化學或生化反應，用熱、催化劑和微生物將有機物轉變成為CO2和H2O。

1.回收技術（shù）

(1)活性炭吸附法

活性炭吸附是目（mù）前最廣泛使用的（de）回收（shōu）技術，其原理是利用吸附劑(粒狀活性（xìng）炭和活性炭纖維（wéi）)的多孔結構，將廢氣中的VOC捕獲。將含VOC的有機廢氣通（tōng）過活性炭床，其中的VOC被吸附劑吸附，廢氣得（dé）到淨化，而排入大氣。當活性炭吸附達到飽和後，對飽和的活（huó）性炭床進行脫附再生；通入水蒸汽加熱炭層，VOC被吹脫放出，並與水蒸汽形成（chéng）蒸汽（qì）混合物，一起離開活性炭吸附床，用冷凝器冷卻蒸汽混合物（wù），使蒸汽冷凝為液（yè）體。若VOC為水溶性的，則用（yòng）精餾將液體混合物提純；若為水不溶性，則用沉析器直接（jiē）回收VOC。因塗料（liào）中（zhōng）所用的“三苯”與水互不相溶，故可以直接回收。活性炭吸附技術主要用於廢氣（qì）中組（zǔ）分比較簡單（dān）、有機物回收利用價值（zhí）較高的情況（kuàng），其廢氣處理設備的尺寸和費用正比於（yú）氣體中（zhōng）VOC的數量，卻（què）相對獨立於廢氣流量（liàng）；因此，活性炭吸附床更傾向於低濃度大氣量，一般用於VOC濃度（dù）小（xiǎo）於5000PPM的情況。適用於噴漆（qī）、印刷和粘合（hé）劑（jì）等溫度不高，濕度不大，排氣量較大的場所，尤其對含鹵化（huà）物的淨化回收（shōu）更（gèng）為有效。

(2)冷（lěng）凝法

冷凝（níng）法是最簡單的回收（shōu）技術，將廢氣冷卻使其溫度低於有機物的露點溫度，使有機物冷凝變成液滴，從廢氣中分離出來，直接回收。但這種情（qíng）況（kuàng）下，離開冷凝（níng）器的（de）排放氣中仍含有相當高濃度（dù）的VOC，不能滿足環境排放標準。要獲得高的（de）回收（shōu）率，係統需要很高的壓（yā）力和很低的（de）溫度，設備費用顯著地增加。冷凝（níng）法主要（yào）用於高沸點和高濃（nóng）度的VOC回收，適用的濃度範圍為>5%(體積)。

(3)膜分離（lí）技術

膜分離係統是一種高效的新型分（fèn）離技術，其流程簡單、回收率高（gāo）、能耗低、無二次（cì）汙染。膜分離技（jì）術的（de）基礎就是（shì）使用對有機物具有選擇滲透性（xìng）的聚合物膜，該膜對有機蒸氣較空氣更易於滲透10-100倍，從而實現有機（jī）物的分離。最簡單的膜分離為單（dān）級膜分離係統，直（zhí）接使壓縮氣體通過（guò）膜表麵（miàn），實現VOC的分離，但單級膜因分離程（chéng）度很（hěn）低，難以達到分離（lí）要求，而多級膜分離係統則會大大增加設備投資。

(4)變（biàn）壓吸附技術

該技術利用吸附劑在一定（dìng）壓力下，先吸附有機物。當吸附劑吸附飽和後，進行吸附劑的再生。再生不是利用蒸汽，而是通過壓力變換來（lái）將有機物脫附。當壓力降低時，有機物從吸附劑表麵脫附放出。其特點是無（wú）汙染物，回收（shōu）效率高，可以回收反應性有機物。但是（shì）該技術操作費用較高，吸附需要加壓，脫附需要減壓，環保中應用較少。

回收技術的適用範圍

粒狀活性炭主要用於脂肪（fáng）和芳香族碳氫化合物、大部分含氯溶劑、常用醇類、部分酮（tóng）類和酯（zhǐ）類等的回收。常（cháng）見的有：苯、甲苯（běn）、二甲苯、己烷、庚烷、甲基乙基酮、丙酮、四氯化（huà）碳、醋酸乙酯等，活性炭纖維吸附則（zé）可回收苯（běn）乙烯和丙烯（xī）晴等反應性單體，但（dàn）費用較粒狀活性炭吸附要（yào）高的多。吸附法已（yǐ）廣泛用在噴漆行業的“三苯”、 醋酸（suān）乙酯、製鞋行業的“三苯”，印刷行業的甲苯、醋酸乙酯、電子行業（yè）的二氯甲烷和三氯乙烷的（de）回收。活性炭吸附法要求廢氣中的VOC不能超過5000PPM，並且濕度不能>50%；當濃（nóng）度>5000PPM時，則需在吸附前稀釋，對部分酮、醛、酯等含活性的物質不適用，該類VOC會與活性炭或在活性炭表麵發生反應，堵塞（sāi）炭孔，使活性炭失活。

冷凝法對高沸點的有機（jī）物效（xiào）果較好，對中等和高揮發的有機物回收效果不好（hǎo），該法適合VOC濃度>5%的情況，回收率不高（gāo）。而大部分廢氣中（zhōng）均存在水分，溫度低於0℃時（shí）會結冰（bīng），降（jiàng）低係統（tǒng）的可靠性，故很少單（dān）獨使用。

膜分離方法適合於處理較濃的物流，隨（suí）著（zhe）新高（gāo）效膜（mó）的出（chū）現（xiàn）和係統造價的降低，它會成為一種重要的回收手段。

2.消除技（jì）術

(1)熱氧（yǎng）化

熱氧化係統就是（shì）火焰氧化器，通（tōng）過燃燒來消除有機物的，其操作溫度高達700℃-1000℃。這樣（yàng）不可避（bì）免地具有高的燃料費用，為降低燃料費用（yòng），需要回收離開氧化器的排放氣中的熱量。回收熱量（liàng）有兩（liǎng）種方式，傳統的間壁式（shì）換熱和新的非穩態（tài）蓄熱換熱技術。

間壁式熱氧化是用列管或板式間壁換熱器來捕獲淨化排放氣（qì）的熱量，它（tā）可以回（huí）收40%-70%的熱能，並用（yòng）回收的熱量來預熱進入氧（yǎng）化係統的有機廢氣。預熱後的（de）廢（fèi）氣再通過火焰來達到氧化溫度，進行淨化，間壁換（huàn）熱的缺點是熱回收效率不高。

蓄（xù）熱式熱氧化(簡稱RTO)回收熱量采用一種（zhǒng）新的非穩態熱傳遞（dì）方式。主要原理是：有機廢氣和淨化後的排放氣交替循環，通過多次不斷（duàn）地改變流向，來最大限度地捕（bǔ）獲（huò）熱量，蓄熱係統提供了（le）極高的熱能（néng）回（huí）收。

VOC的有機廢氣進入RTO係（xì）統，首先進入耐火蓄熱床層1(該床層已被前一個循環（huán）的（de）淨化氣加熱)，廢氣（qì）從床層1吸收熱能使溫度升高，然後進入氧化室；VOC在氧化室內被氧化成CO2和H2O，廢氣得到淨化；氧化後的高（gāo）溫淨化氣體離開（kāi）燃（rán）燒室，進入另（lìng）一個冷的蓄熱床層2，該床從淨化排放（fàng）氣中吸收熱量，並儲存起來(用（yòng）來（lái）預熱下一個循環的進入係（xì）統的有機廢氣)，並使淨化排放（fàng）氣體的（de）溫度降低。此過程進（jìn）行到一定時間（jiān），氣體流動方向被逆轉、有機（jī）廢氣從床層 2進入係統。此循環不斷地吸收（shōu）和放出熱（rè）量，作為熱阱的蓄（xù）熱床（chuáng）也不斷地以進口和出口的（de）操作方式改變，產生了高（gāo）效熱能回收，熱回收率可高達95%，VOC的消除率（lǜ）可達到99%。

(2)催化燃燒

催化燃燒是一種類似熱（rè）氧化的方式來處（chù）理VOC的，它淨化有機物是用鉑、鈀等貴金（jīn）屬催化劑及過渡金屬（shǔ）氧化物（wù）催化劑來代替火焰，操作溫度較熱氧化低一半，通常為 250℃-500℃。由於溫度降低，允（yǔn）許使（shǐ）用標準材料來代替昂貴的特殊材料，大大地（dì）降低設備（bèi）費（fèi）用和操作費用。與熱氧化相似，係統仍（réng）可分為間壁式（shì）和蓄熱式兩類熱量回收方式。

間壁式催化燃燒是在催化床後設一個換熱器（qì），該換熱器（qì）在降低（dī）排放氣溫度的同時（shí），也預熱含VOC的有機廢氣，其熱回收達60%—75%。該類氧化器早（zǎo）已用於工（gōng）業過程。

蓄（xù）熱催化燃燒(簡（jiǎn）稱為RCO)是一種新的催化技術。它（tā）具有RTO高效回收能量的（de）特點和催化反應（yīng）的低溫操作及能量有效性的優點，將催化劑置於蓄熱材料的頂部，來使淨化（huà）達到最優，其熱回收率高達95%-98%。

RCO係統性能的（de）關鍵是使用專用的催化劑，浸漬在鞍狀或是蜂窩狀陶瓷上的貴金屬或過渡金屬催化劑，允許氧化發生在RTO係統溫度的一（yī）半，既（jì）降低了燃料消耗，又降低了設（shè）備造價。現在，國內已經開始使用RCO技術進行有機廢氣的消（xiāo）除處理，很多RTO設（shè）備已開始轉變成RCO，這樣可以削減操作費用達33%-75%，並（bìng）增加排放氣流量達20%-40%。

(3)集成技術(活性炭吸附+催化氧化)

對（duì）於大流量、低濃度的有機廢氣，單一使用（yòng）上（shàng）述方法處理費（fèi）用太（tài）高，不經濟。利用炭吸附具有處理低濃度和大氣量的（de）優勢，先（xiān）用活性炭捕獲廢氣（qì）中（zhōng）的有機物，然後用小得多流量的熱空（kōng）氣來脫附，這樣可使VOC富集10—15倍，大大地減少（shǎo）了處理廢氣的體積，使後處理設（shè）備的規模也（yě）大幅度地降低。把濃縮後的氣體送（sòng）到催化燃燒（shāo） 裝（zhuāng）置中，利（lì）用催化燃燒適於處理較高濃度的特點來消除VOC。催（cuī）化燃燒放出的熱量可以通過間壁換熱器，來預熱進入炭（tàn）吸附床的脫附氣，降低係統（tǒng）的（de）能量需要量。該技術利用活（huó）性炭吸附處（chù）理低濃（nóng）度（dù）和大氣量的持點，又利用催化床處理適中（zhōng）氣量、高濃度的優勢，形成一種非常有（yǒu）效的集成技術。國內也已開始利用（yòng）此技術，用於噴漆、印刷和製鞋等排放大氣量、低濃度有機廢氣行業的治理。

消除（chú）技術的使（shǐ）用範圍

(1)熱氧化熱氧化係統在700℃-1000℃下操作，適（shì）於流量為2000-50000m3/h，VOC濃度為100-2000PPM的情況。

間壁（bì）式較蓄熱式的優點是，用簡單的金（jīn）屬（shǔ）換熱（rè）器來捕獲熱量，僅在幾分（fèn）鍾即達（dá）到所需的操作條件，最適於循環操作。

蓄熱（rè）熱氧化具有非常高的氧化溫（wēn）度，可以處理難以熱分解的有機物，該係統98%-99%的VOC消（xiāo）除率是很常見的。熱回（huí）收效率為85%-95%。僅（jǐn）需少量（liàng）或（huò）不需燃料即可（kě）運行，特別是對具有（yǒu）相對低VOC含量的（de）氣體，它們比間壁熱氧化費用更低。

熱氧化的缺點是：①在高溫燃燒中產生了NOx，它也為危險排（pái）放物，需要進一步治理；②較慢的熱反應；③不能滿意地處理（lǐ）鹵化物，必需（xū）加後處理裝置洗滌（dí）塔，來處理酸性氣體；④進氣濃度不（bú）能（néng）>25%LEL；⑤高的設備投資（zī）費用。

(2)催化氧化

催化（huà）氧化是在比熱氧化低的溫度下進行，通常為250℃-500℃，其處（chù）理能力為2000-20000m3/h，適於VOC濃度為100-2000 PPM，其消除效率高達95%以上。低的操作溫度結合間壁換熱（rè）器，可以降低啟動所需（xū）的燃料（liào）。

催化燃燒較熱氧化有幾個（gè）優點：①反應溫度較熱氧化低一半（bàn），節省了（le）燃料;②停留時間短，降低了設備尺寸;③由於燃料減少（shǎo），生成的（de）CO也少，CO和VOC一（yī）起被 轉換;④較熱氧化係統需更少的啟動和冷卻時間;⑤低的操作溫（wēn）度，排除了NOx的生成（chéng）;⑥因溫度降低，允許使用標準材料來代替昂貴的特殊（shū）材料，RCO係統的 整個機械壽命將增加。

催化氧化（huà）也有不足：①催化劑易（yì）被（bèi）重金屬或（huò）顆粒覆（fù）蓋而失活;②處理鹵化物和硫化物時，會產生酸性氣體，需用洗滌塔進一步處理;③廢催化劑如不能循環使用，也要處理;④進氣濃度不能>25%。

(3)集成技術(活性炭吸附+催化燃燒（shāo）)

活性炭吸附進行VOC回收已廣泛用於噴漆、印刷和電子工（gōng）業等行業（yè），消除率可達90%-95%，但對低濃度廢氣，從經濟上考慮，回收不經濟，故（gù）采用消除技術。

集成技術（shù）的優點就是用較低的費用來處（chù）理低濃度、大氣量的廢氣（qì），通過濃縮廢氣，降低了需處理廢氣的體積，用（yòng）較小體積的催化燃燒（shāo）氧（yǎng）化器來處理大（dà）流量的廢氣，降低設（shè）備費用和操（cāo）作費用。

該法也有不足，此（cǐ）技術（shù）均不適合（hé）廢氣中含有高活性、易反應的VOC和相對濕度大於（yú）50%的（de）情況，對含鹵化合物的廢氣（qì）仍需使用後處理設備。

由此可（kě）見，上述各種（zhǒng）方法各有其優缺點和適（shì）用（yòng）對象，現對其中幾種常用方法（fǎ）的優缺點匯總比較如下。

熱力（lì）燃燒法TO優（yōu）點和缺點（diǎn）

優點：①淨化（huà）效率高；②可淨化各種有機廢氣，不需要預（yù）處理，不穩定因素少，可靠（kào）性高；③在（zài）廢氣濃度高、設計合理的條件（jiàn）下，可回用熱能。

缺點：①處理溫度高，能耗大（dà）；② 存在二次汙染；③燃燒裝置、燃燒室、熱回收裝置造價高，維修（xiū）較（jiào）難；④處（chù）理大流量（liàng）、低濃度（dù）廢氣能耗過大，運行費用高。

RTO優點和缺點

優點：①具（jù）有TO的各項優點，但（dàn）對複雜的有機（jī）廢氣需要預處理；②能耗遠（yuǎn）低於TO，可處理大氣量低濃度廢氣。

缺（quē）點：①處理溫度比TO低，但仍較高，因而仍有（yǒu）少（shǎo）量二次汙染；②造價較高；③占地（dì）麵積大。

催化（huà）燃燒法CO優點（diǎn）和缺（quē）點

優點：①淨化效率高，無二次（cì）汙染；②能耗較低，在相同條件下約（yuē）比TO低50%，因而運行費（fèi）用低。

缺點：①用電能預（yù）熱時，不能處（chù）理低（dī）濃度廢（fèi）氣；②催化劑成本高，且有使用壽命限製；③複雜廢氣需預處理。

RCO優點和缺點

優點：①淨化效率高，無二次（cì）汙染；②在各種燃燒法中能耗（hào）最低，廢氣濃度在1-1.5g/m3時即能無耗運行；③能處（chù）理各種有機廢氣（qì）。

缺點：① 整體式占地麵積小，但維修困難；②分體式占地麵積大；③ 整體式不宜用於高濃度(4g/m3)，否則催化（huà）床會超溫；④複雜廢氣需預處理。

吸附法優點和缺點

優點：①可（kě）淨化大流量低濃度廢氣；②對單一品種廢氣（qì）可回收溶劑；③運（yùn）行費用較（jiào）低。

缺點：①吸附劑需補充和再生；②對溫度較高廢氣需先行冷卻；③複（fù）雜廢氣需預處理；④管理不便；⑤ 存在二（èr）次汙染；⑥安全性差。

吸收法優點和缺點

優點：①對親水性溶劑蒸汽用水作吸附劑時，設備費用（yòng）低，運行（háng）費低，安全；②可用油、酯等吸收苯類廢氣，淨化率高；適用於大流量低濃（nóng）度廢氣。

缺點：① 用（yòng）水作吸附劑時，需要對產生的廢水進行處（chù）理；②吸收、脫吸（xī）控製（zhì）管理複雜。

(二)低濃度、大風量有機廢氣的治理（lǐ）技術

在使用有機溶劑的行業中，像汽車（chē）塗裝、印刷等工業排放的有機廢氣，其特點是（shì）有機溶劑濃（nóng）度低、風量大，若采用上述（shù）方法都將（jiāng）使用龐大的（de）設備，耗用高。目前世界上對這類低濃度、大風量的有機廢氣，主要采用下麵幾種方法進行治理。

(1) 蜂窩輪式濃縮（suō）係統（tǒng）

該係統采用蜂窩輪，連續不斷地將低濃度、大風量的排氣中的有（yǒu）機溶劑吸附、分離。然後，再用小風（fēng）量的熱風脫附得到高濃度、小風量的含有機溶（róng）劑氣體。濃（nóng）縮後的氣體再與（yǔ）小型的催化燃燒或活性炭回收裝置組合，構成經濟的處理係（xì）統。該係統的關鍵部件是一圓筒形吸附輪，其是由活性炭或疏水性沸石加工成波（bō）紋（wén）狀，再卷製形成蜂窩構造。整個蜂窩輪分（fèn）為吸附區和再（zài）生區，工作中以非常低的速度連續（xù）轉動，含（hán）有機溶劑的廢氣（qì）通過吸附區（qū）時有機溶劑被吸附，淨化氣體排出。輪子吸附的有機溶劑，隨著（zhe）輪的轉動被送到再生區，由120-140℃的熱（rè）風加熱脫附，隨熱風排出。由於脫附風量遠小於吸（xī）附風（fēng）量，因此脫附後氣體中的有機溶劑濃度可以增加10-20倍。脫附後的排氣（qì）隻要用吸附風量十幾分之一的裝置就可以進行處理了。該係統（tǒng）體積小，費用低，在國外已成為（wéi）治理（lǐ）低濃度、大風量有機廢（fèi）氣的主要方法，並得到廣泛應用（yòng）。但其引進價格昂貴，在我國市場推廣經濟上難以承受。國（guó）內有的研究單位取其淨化工藝的優點，將主要設備進行改造使之適用我國。如（rú）研究（jiū）采取了以數個填充（chōng）了蜂窩狀（zhuàng）活性炭的固定吸附濃縮裝置，取（qǔ）代（dài）蜂窩輪濃縮裝置的辦法， 通過數個固定床之間（jiān）的吸附，脫附過程切換，完成蜂窩輪轉動所起的作用（yòng）。因這種方法沒（méi）有轉動部件，不（bú）存在動密封問題，所（suǒ）以設備製造（zào）簡單，維修方便，價格便宜並發（fā）揮了原（yuán）工藝中濃縮作用的優點。

(2)液（yè）體吸收法

該法是通過有機廢（fèi）氣與液體吸收（shōu）劑接觸，使其中的有機溶劑被吸收劑所吸收，再經解吸，將有（yǒu）機溶劑除去或回收，井使吸收劑獲得再生重複利用。由於（yú）工藝中可選用比吸附，催化（huà）燃燒裝置處理氣體（tǐ）能力大數倍的（de）塔式吸收設備，因而設備（bèi）的體（tǐ）積可（kě）做得小很多，設備費也低。但很難找到理想吸收劑，原因是有機溶劑一般都屬非極性物質，它們與極（jí）性的水分子之間將產（chǎn）生互相排（pái）斥（chì）作用而難以溶解，而對有（yǒu）機溶劑（jì）溶解度較（jiào）大的油類或芳烴萃取（qǔ）劑，一般價格較高，有些還有（yǒu）異味。同時由於液（yè）體吸收尚存在（zài）諸多問題有待解決，使其應（yīng）用（yòng）受到限製。

(3)生物處理（lǐ）法

生物脫臭從20世紀40—50年代開始就在（zài）德國和美國開（kāi）發（fā）成功。在日本也在1970年左右開始進行土壤脫臭法和活性汙泥脫臭法的研究，並已開發出各種裝置， 得到實際應用（yòng）。

該方法是（shì）由微生物將有機溶劑分解（jiě）。因耗能非常（cháng）低，運轉費也很便宜而受到人們重視。其缺點是對各種有機溶劑具（jù）有選擇性，使其應用領域受到限製。目前，已在汙水處理廠、飼（sì）料（liào）加工廠、垃圾場等場所（suǒ），用（yòng）於硫化氫、低分子醛類、乙（yǐ）醇及有機（jī）酸等極（jí）性物質的（de）脫臭。用於彩色膠（jiāo）卷（juàn）乳劑塗布幹燥（zào）過程中產生的甲醇、乙酸乙（yǐ）酯的治理也取得很好效（xiào）果。該方法與其它方法相比，占地麵積大是其另—缺點。

（3）光催（cuī）化氧化技術（UV光解技術）

利用高能UV紫外線光束分解空氣中的氧分（fèn）子產生遊離氧（即活性氧），因遊離氧所攜（xié）帶正負電子不平衡所以（yǐ）需與氧分子結合，進而（ér）產生臭氧，臭氧具有很強的氧化性，通過臭氧對有機廢氣、惡臭（chòu）氣（qì）體進行協同光解氧化作用，使有機廢氣、惡（è）臭氣體物質降解轉化成低分子化（huà）合物、水和二（èr）氧化碳。光催化氧化反應同活性炭吸附、催化燃燒法等技術相比，具有經濟潛（qián）力。治理低濃度（dù）、大風量有機廢氣，無論采用（yòng）哪種方法，耗（hào）用資金都較高。光催化技術處理（lǐ）效率高，效率可達到95%以上，適應性強，可適應中低濃（nóng）度，大氣量，不同惡臭氣體物質的（de）脫臭（chòu）淨化（huà）處理；產品性能穩定，運行穩定可靠，每天可24小時（shí）連續工作；運行（háng）成本低本，設備耗能低，無需專人管理與維護，隻需作定期檢查。