挥发性有机物处理技术研究趋势及展望

摘 要：针对近几年大气环境中挥发性有机物的污染现状及其问题，本文主要介绍了挥发性有机物（VOC）的来源和危害，对目前采用的主要处理技术进行了总结，并展望了VOC主要处理技术的研究趋势，最后对将来VOC的控制和处理提出了建议。

关键词：挥发性有机物；处理技术

挥发性有机物，常用VOC表示，它是Volatile Organic Compound三个词第一个字母的缩写。挥发性有机物一般指沸点在50℃～250℃的化合物，室温下饱和蒸汽压超过0.1mmHg（13.33Pa），在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。按其化学结构的不同，可以进一步分为八类：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。

随着经济的发展，由工业生产、居民生活等人为原因排放的VOC总量在逐年增加，导致光化学烟雾、城市灰霾等复合大气污染问题日益严重，VOC对大气环境质量的影响已引起人们的高度重视。

1、挥发性有机物的来源

常见挥发性有机物，有苯乙烯、丙二醇、甘烷、酚、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛等。它们主要来源于石油化工行业所排放的废气；造纸、油漆涂料、采矿、金属电镀和纺织等行业所排出的有机溶剂；交通工具所排放的废气及其他可能排放有毒有害有机废气的污染源。

2、挥发性有机物的危害

挥发性有机物对人体健康的影响主要是刺激眼睛和呼吸道，使皮肤过敏，使人产生头痛、咽痛与乏力，其中还包含了很多致癌物质。

挥发性有机物的环境危害主要表现在：参与光化学反应，产生臭氧；生成二次有机气溶胶、引发光化学烟雾；加剧平流层臭氧的消耗，增加温室效应。虽然大气中挥发性有机物浓度较低，但其在大气中的化学反应，会显著改变大气物理和化学性质，从而对空气质量产生不利影响。

可见，挥发性有机废气对人类及环境健康造成了极大的危害。因此，为逐步消除我国城市群的重污染天气，改善空气质量，控制挥发性有机物污染势在必行。

3、挥发性有机物处理技术研究趋势

目前，国内外的VOC净化技术主要有吸附法、吸收法、冷凝法、膜回收法、催化燃烧法、等离子体技术、光催化氧化法和生物法等。各种方法的综述及研究趋势如下：

3.1吸附法

吸附法是利用某些具有吸附能力的物质如活性炭、分子筛、硅胶、多孔粘土矿石、高聚物吸附树脂等吸附剂，吸附有害物质而达到消除污染的目的。

吸附法主要的研究趋势包括：（1）新型吸附剂的制备与应用；（2）吸附剂的改性研究；（3）研究更加高效、节能的脱附技术。

3.2吸收法

吸收法是采用溶剂对挥发性有机物进行吸收，再利用有机分子与吸收剂之间物理性质的差异进行分离的污染物控制技术。吸收法净化挥发性有机废气，最常见的是用于净化水溶性有机物。

吸收法主要的研究趋势有：（1）吸收剂的选择与研究；（2）吸收设备的制备与应用；（3）吸收工艺的优化，以提高吸收率。

3.3冷凝法

冷凝法是将废气冷却加压，使其达到过饱和状态而冷凝从气体中分离出来的方法。

冷凝法是去除和回收VOC较好的一种方法，目前主要的研究趋势有：（1）对于低浓度有机物，需要浓缩后，再采用冷凝技术，这对系统的要求较高，需要设计一套稳定的系统；（2）通常冷凝法还需和吸附、吸收等过程联合使用，如何降低成本及获得较高的回收率也是重要的研究方向。

3.4膜回收法

膜回收法是根据混合气体中各组份在压力的推动下透过膜的传递速率不同，从而达到分离目的。

膜回收法具有VOC回收率高、能耗低等优点，目前主要的研究趋势包括：（1）膜材料和膜技术的研究开发；（2）分离集成系统的研究开发；（3）吸附剂的选择优化。

3.5催化燃烧法

催化燃烧法是一种完全催化氧化，是利用催化剂的催化氧化活性降低VOC燃烧过程中的反应活化能，从而将VOC在远低于其正常燃点的温度下与氧气反应，生产对环境和人体没有危害的CO2和H2O，从而达到净化目的。

催化燃烧法的研究趋势有以下几点：（1）制备更加优秀的催化剂，特别是更经济的非贵金属催化剂，使催化温度下降，催化效果提高，提高催化剂的抗中毒能力并延长其使用寿命，降低催化剂成本；（2）催化剂载体的研究，寻找或制备更加高效的催化剂载体，最大限度地发挥催化剂的性能；（3）开展多相催化燃烧的研究，采取其他措施强化催化燃烧反应，提高催化效率。

3.6等离子体技术

等离子体处理VOC的机理是在放电反应中产生的活性粒子（如高能电子、臭氧、自由基等）的作用下，发生一系列的物理化学反应，使有害的VOC转化成无害的物质（如CO2、和H2O）。

等离子体技术的研究方向主要集中在：（1）开发能够同时处理多种污染物的等离子体技术；（2）与催化以及其他技术相结合，提高能量利用率和处理效率。

3.7光催化氧化法

光催化氧化法是利用某种催化剂将有机污染物浓集在一种固体吸附剂上，然后用紫外线对它们进行光催化氧化。

光催化氧化技术的发展趋势有以下几点：（1）高效催化剂的研究；（2）对催化用光源进行研究；（3）多相光催化及副产物无害化的研究。

3.8生物法

生物法处理技术主要针对低浓度、大风量可生物降解的有机废气治理，生物净化技术就是通过微生物的代谢活动，将废气中的VOC转化为简单的无机物及细胞组成物质的过程。

生物法净化技术的研究趋势为：（1）加强对复杂混合VOC的研究；（2）重视对不同填料的性能研究；（3）与其他处理技术相结合，提高净化效率；（4）通过传统技术和现代生物技术获得高效降解VOC的微生物菌种。

4、建议与展望

首先，要充分认识挥发性有机物的有害性。随着国家经济的快速发展，工业源排放的挥发性有机物总量逐年增加。挥发性有机物给人类和环境带来的影响已经越来越大，必须加大宣传普及力度，提高居民、企业对挥发性有机物污染危害以及防治挥发性有机物必要性、重要性的认识。另外，可以充分发挥新闻媒体和网络的舆论引导和监督作用，普及挥发性有机物污染防治知识，努力形成有利于污染治理的舆论氛围。

其次，对于我国而言，VOC的控制正处于起步阶段，可控的幅度较大，当前虽然制定了相关的排放标准和控制措施，但是具体落实仍存在很多问题，因此，建议监管部门加大监督执法力度，完善监管方法。比如可以加强对喷漆、石化、制鞋、涂料、印刷、电子等排放挥发性有机污染物重点行业的监管，制定不同重点行业的挥发性有机物排放控制措施，推行低挥发性有机物排放的生产技术，鼓励生产水性、低毒或低挥发性有机物排放的产品。在经济较发达的省市，还可以尝试开展挥发性有机物排放监测监控，建立挥发性有机物监测方法和监控体系，研究能切实改善挥发性有机物排放的调控与管理措施。

第三，在末端治理方面，由于VOC的成份复杂，各种污染物的特性不同，而且受投资运行费用和适用范围的影响，现在还没有哪种控制方法能够做到既经济高效又有广泛的适用性，很多方法还处于实验室研究阶段。治理VOC应综合利用现有的技术和工艺，取长补短，降低成本，提高去除效率并减少二次污染。

5、结语

随着相关质量及行业标准的颁布与实施，开发高效、低成本，适于工业及家庭广泛应用的VOC处理技术迫在眉睫。因此，在已有研究成果的基础上应加强以下几方面的研究：

（1）VOC在反应器中的各种反应及其影响因素的研究。

（2）VOC净化技术主要有吸附法、吸收法、冷凝法、膜回收法、催化燃烧法、等离子体技术、光催化氧化法和生物法等。推广这些净化技术应用的同时能够研究更多有效的方法。

（3）加强对实际VOC、废气、混合废气的净化研究。

（4）改进与完善现有技术，积极研发新技术。