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摘要：随着环保要求的越来越高，对VOCs处理工艺的研究越来越受到关注。随着经济社会不断发展，工业生产会产生大量的挥发性有机化合物(VOCs)，VOCs不经过有效处理排放到大气中，会产生严重的环境问题，影响人们的健康。文章对VOCs处理技术进行分析,并对处理技术前景进行展望。
关键词:VOCs;处理技术;前景
引言
VOCs也就是挥发性有机物，它指的是一类常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点不高于260℃的有机化合物。从环境学的角度来讲VOCs指的就是能够造成环境污染的气态有机物。VOCs排放源之广，且其对人体健康以及环境生态都有着不可小看的影响。当人类长期暴露在挥发性有机物污染的环境中，可能会导致慢性中毒。挥发性有机物对人类呼吸系统、血液、神经系统、肝肾脏等都会造成损害，对皮肤、眼睛有刺激作用。同时，其有“三致”作用，特别是苯系物最为突出。对环境而言，挥发性有机物会和大气中的二氧化氮反应生成臭氧，可形成光化学烟雾，且VOCs物种较强的光化学反应活性，也是大气中二次气溶胶的重要前体物。因此，对于VOCs排放控制迫在眉睫。不仅关系到环境问题，也是对于人类健康具有重要意义的工作。
1、VOCs处理
目前，VOCs的处理大致有两大类别，一是前端控制技术，二是末端的处理措施。目前而言，主流的VOCs的处理主要是通过末端的处理技术对其进行控制。而末端技术主要包括回收技术和销毁技术。回收技术主要包括一些以物理方法为基础的吸附、吸收、冷凝以及膜分离等技术对VOCs进行回收处理，一般适用于一些回收有用的VOCs气体的处理。销毁技术则是为一些化学或者生化反应为基础，将VOCs进行破坏分解成为CO2和水分子或者一些无毒或毒性较小的小分子化合物。主要的技术包括催化燃烧、高温焚烧、生物法、等离子体以及光催化技术等。
1.1催化燃烧技术
催化燃烧技术具有燃烧温度低(通常小于400℃)，净化效率高，副产物(如NOx和二噁英)生成量少，对低浓度(<1000ppm)VOCs也有催化氧化效果等优点。相对于单一金属催化剂，复合金属氧化物催化剂能发挥协同效应，大大提升催化性能。现在主要使用负载型催化剂，因为催化剂的催化性能不仅取决于纳米金属离子的活性成分，还取决于负载材料，负载材料通过影响催化剂表面活性组分的分散度，从而影响催化剂活性。分子筛(如ZSM-5、MCM-41和SBA-15)是常见的负载材料之一，为了解决传统分子筛孔径小和强烈阻碍传质的难题，合成出了具有快速传质性能的介孔分子筛。阳离子会影响介孔分子筛的催化燃烧性能，制备出不同阳离子负载的Pt-R/Meso-AZSM-5(A=H+，Na+，K+，和Cs+)催化剂，其中Pt-R/Meso-KZSM-5在175℃下催化燃烧甲苯的去除率达到98%，而且这种催化剂很稳定，可以忽略水和二氧化碳对其的抑制作用。
1.2高温焚烧技术
高温焚烧技术则偏重于浓度较高以及成分较复杂的挥发性有机物的处理。目前，被广泛运用的主要有三种炉型：一是回收式热力焚烧系统，二是蓄热式焚烧炉，三是直接焚烧炉。但是在实际的选择过程中，则需要根据处理废气的物理化学等相关性质来选用合适的炉型以及设计合理的参数。
回收式热力焚烧系统主要是通过高温作用将挥发性有机物氧化分解为二氧化碳和水。该系统的运行成本较高。蓄热式废气处理炉（RTO）适用于大风量、低浓度，适用于有机废气浓度在100ppm－20000ppm之间，一般的反应温度为800－900℃，废气浓度450ppm以上是，该装置不需要添加辅助燃料，因此其操作费用较低。对于整体系统来说，操作简单，安全性也很高。直接焚烧炉使用高温氧化技术来破坏废气中有机物的结构，使其转化成二氧化碳和水排至大气中，一般使用于低废气流量，高浓度（5000ppm）热值的废气。直接焚烧炉的设备体积小，占地面积较小，处置成本较低，处理效果也较好。但也存在会产生氮氧化物的二次污染的缺点。
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1.3生物处理技术
生物法反应过程和氧化法相似，是利用微生物在好氧条件下将有机物氧化为CO2和H2O来破坏消除VOCs。这是一种价廉有效的处理方法，设备简单，常用于处理低浓度VOCs气体，但对温度、pH值、水分含量、气流速度等运行条件的要求比较严格。如果氧化不完全，可能产生比VOCs毒性更强的副产物。生物法主要用于处理低浓度的
VOCs，处理效率取决于生物活性及操作条件的控制，对不同的有机物其降解效率在40%~98%。生物法虽然运行成本很低，但是效率偏低不稳定，处理设备与占地面积也大，微生物有选择性，运行条件较苛刻。
1.4低温等离子体技术
低温等离子体技术是指在外加电场作用下，通过高压脉冲放电在
常温下产生大量的高能电子、离子和自由基等活性粒子，进而与VOCs分子作用而电离、离解或激发VOCs分子发生一系列的复杂的等离子体物理和化学反应，使VOCs降解为CO2和H2O。目前，低温等离子体技术按放电形式可分为电子束照射法、介质阻挡放电法和脉冲电晕放电法等技术。
采用脉冲电晕放电等离子体技术，选取苯为代表物质进行实验研究，结果表明，在电压为140kV时，混合电晕对苯的去除率达到82.73%。采用脉冲放电等离子体处理三氯乙烯气体，结果表明，在电压为42kV、气体停留时间为15s、三氯乙烯初始浓度为1350mg／m3的条件下，降解率接近100%。采用线-筒式电晕反应器处理VOCs废气，结果表明，对初始浓度为1334mg／m3的模拟甲苯废气的去除率可以达到75%；在反应器内壁涂覆一层Ca(OH)2。作为吸收剂，对初始浓度为1090mg／m3的三氯乙烯废气的降解率为99.5%。
1.5光催化技术
近几年，光催化技术成为VOCs治理的研究热点。光催化技术是利用具有光催化活性的半导体催化剂与VOCs分子接触，在光照条件下光催化剂产生电子空穴对，光致空穴具有很强的氧化性，能将其表面吸附的OH-和H2O分子氧化成OH·，利用OH·强氧化性将VOCs降解为CO2、H2O和无机小分子物质。光催化技术的核心是光催化剂。目前常用的光催化剂分为两类，一类是TiO2基光催化剂，主要是指纯iO2和改性的TiO2。另一类是非TiO2体系，比如ZnO、CdS和WO3等。
将粒径为20.7nm的Tio2作为催化剂，研究了光催化氧化降解甲苯的效果，结果表明，在甲苯初始浓度为200mg／m3、体系的相对湿度为45%、反应温度为20~50℃、反应时间为60min的条件下，甲苯的去除率达76%以上。自制环形推流式光催化反应器，以Tio2薄膜为催化剂，对三氯甲烷和三氯乙烯进行了光催化氧化的研究，结果表明，两种污染物的去除率在70%--80%之间。
2前景展望
(1)现有技术的完善成熟
像低温等离子技术，光催化氧化技术以及TO/RTO、CO/RCO等技术，都是比较好的处理技术，但是目前来说技术还不够成熟完善，在实际的应用效果中并没有发挥出理论所认为的效果。
(2)新技术的开发
面对日益频发的大气环境污染问题，对于挥发性有机物的治理已经到了刻不容缓的地步。目前存在的技术并不能全部解决所有的挥发性有机物污染问题，因此开发新的处理技术也是非常有必要的。
(3)配套技术的开发
VOCs的治理是一个系统工程，因此对于配套的收集、检测和浓缩技术的开发也是一个非常重要的研究方向。
3结束语
VOCs废气对环境和人类均有较大的危害，并具有危害范围广、毒性明显等特点，已引起人们的广泛关注。随着工业化程度的不断提高，VOCs的污染有进一步扩大的趋势，因此，深入研究其污染治理技术，对于控制和治理VOCs废气的污染具有重要的意义。由于各种VOCs废气的特点各异，应该采取有针对性的处理方法，以期降低治理成本、避免二次污染，同时，研究开发联合协同处理工艺也将是一个重要方向。
参考文献:
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[4]低温等离子体催化治理气态污染物的研究进展[J]. 孙小亮,蔡忠林,胡真.环境科技.2009(03)
论文作者:罗清雄
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/14
标签：技术论文; 废气论文; 催化剂论文; 有机物论文; 挥发性论文; 等离子体论文; 氯乙烯论文; 《防护工程》2018年第23期论文;