VOC廢氣治理方法及優缺點（diǎn）

一、有機廢氣治理技術

工業在生產過程中會生產大量對大氣環境有危（wēi）害的氣體（tǐ）VOC。VOC是指在常溫下（xià）飽和蒸氣壓大於70Pa、常壓下沸點（diǎn）在260℃以（yǐ）內的有機化合（hé）物，包括烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴及硫烴類化合物。VOCs種類繁多來源廣（guǎng）泛，分布麵廣，治理難度大，總體而言，按照廢氣處理的方法，有機廢氣處理的方法主（zhǔ）要有兩類：一類是回收法，另一類是消（xiāo）除法。回收（shōu）法主要有炭吸附、變壓吸附、冷（lěng）凝法及膜分離技術，回收法是通過物理（lǐ）方（fāng）法，用溫度、壓力、選擇性（xìng）吸附劑和選擇性滲透（tòu）膜等方法來分（fèn）離VOC的。消除法有熱氧化、催化燃燒、生物氧化及（jí）集成技術；消除（chú）法主要是通（tōng）過（guò）化學或生化反應，用熱、催化劑和微（wēi）生物將有機物（wù）轉變成為CO2和H2O。

1.回收技術

(1)活性炭吸附法

活性炭吸附（fù）是目前最廣泛（fàn）使用的回（huí）收技術，其原（yuán）理是利用吸附劑(粒狀活性炭和（hé）活性炭纖維（wéi）)的多孔結構（gòu），將廢氣（qì）中的VOC捕獲。將含VOC的有機廢氣通過活性炭床，其（qí）中的VOC被吸附劑吸附，廢氣得到淨化，而排入大氣。當活性（xìng）炭吸附達到飽和後，對飽和的（de）活性炭（tàn）床（chuáng）進行脫附再生；通入水蒸汽加熱炭層（céng），VOC被（bèi）吹脫放出，並與（yǔ）水蒸汽形成蒸汽混合物，一（yī）起離開活性炭吸附床，用冷凝器冷卻（què）蒸汽混合物，使蒸汽（qì）冷凝為液體。若VOC為水溶性的，則用精餾將液（yè）體混合物提純；若為水不溶性，則用沉析器直接（jiē）回收VOC。因（yīn）塗料中所用的“三苯”與水互不相溶，故可以直接（jiē）回（huí）收。活性炭吸附技術（shù）主要用於廢（fèi）氣中組（zǔ）分比較簡單（dān）、有機物回收利用價值較高的情況，其廢氣處理設備的尺寸和費用正比於氣體中VOC的數量，卻相對獨立於廢氣流量；因此，活性炭（tàn）吸附床更傾向於低濃（nóng）度大氣量，一般用於VOC濃度小於5000PPM的情（qíng）況。適用於噴漆（qī）、印刷和粘合劑等溫度（dù）不高，濕度不大（dà），排氣（qì）量較大的場所，尤其對含鹵化物的（de）淨化回收更為（wéi）有（yǒu）效。

(2)冷凝（níng）法

冷凝法是最簡單的回收技術，將廢氣冷卻（què）使其（qí）溫度低於有機物的露點溫度（dù），使有（yǒu）機物（wù）冷凝變成液滴，從廢氣中分離（lí）出來，直接回收。但（dàn）這種情況下，離開冷凝器的排放氣中仍含有（yǒu）相當高濃度的VOC，不能滿足環境排放標準。要獲得高的回收率，係統需要很高的壓力和很低的溫度，設備費用顯著地增加。冷（lěng）凝法主要用於高沸點和高濃度的VOC回收，適用的濃度範圍為（wéi）>5%(體積)。

(3)膜分離技術

膜分離係（xì）統是一種高效的新型分離技術，其流程簡單、回收率高、能耗低、無二次汙（wū）染。膜分離技術的基礎就是使用對有機物具有選擇滲透（tòu）性的聚合物膜，該膜（mó）對有機蒸氣（qì）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級膜分離（lí）係統，直接使壓縮氣體通過膜表（biǎo）麵，實現VOC的分離，但單級膜因分離程度很低，難以達到分離要求，而多（duō）級膜（mó）分離係統則會大大增加設備投資。

(4)變壓吸（xī）附技術

該技術利用吸（xī）附劑在一定壓力下，先吸附有機物。當吸附劑吸附飽和後，進行吸附劑的再生（shēng）。再（zài）生不是利用蒸汽，而是通過壓力變（biàn）換來將有機物脫附。當壓力降低時，有（yǒu）機物從吸附劑表麵脫附（fù）放出。其特點是無汙染物，回收效率高，可以回收反應性有機物。但（dàn）是該技術（shù）操作費用較高，吸附需要加（jiā）壓，脫附（fù）需要減壓，環保中應（yīng）用較少。

回收技術的適用範圍

粒狀活性炭主要（yào）用於脂肪和芳香族碳（tàn）氫化合物、大部分含氯溶劑、常用（yòng）醇類、部分酮類和酯類等的回收。常見的有：苯、甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、甲基乙基酮、丙酮（tóng）、四氯（lǜ）化碳、醋酸乙酯等，活（huó）性炭纖維吸附則可回收苯乙烯（xī）和丙烯晴等反應性單體，但費用較粒（lì）狀活（huó）性炭吸附要高的多。吸附法已廣泛用在（zài）噴漆行業的“三苯”、 醋酸乙酯、製（zhì）鞋行業的“三苯”，印刷行業的甲苯、醋酸乙（yǐ）酯、電子行業的二氯甲烷和三氯乙烷的回收（shōu）。活性炭吸附（fù）法要（yào）求廢氣中的VOC不能超過5000PPM，並且濕度（dù）不能>50%；當濃度>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（huò）在活性炭表麵發生反應，堵（dǔ）塞炭孔，使活（huó）性炭失活。

冷凝法對高沸點（diǎn）的有機物效果較好，對（duì）中等和高揮發的有機物回收效果不好，該法適合VOC濃度>5%的情況，回收率不高。而大部分廢氣中均存在水分（fèn），溫度低於0℃時會結冰，降低係統的（de）可（kě）靠性，故很少單獨使用。

膜分離方法適合於處理較濃的物流，隨著新（xīn）高（gāo）效膜（mó）的出現和係統造（zào）價的降低，它會成為一種重要的回收手段。

2.消除技術

(1)熱氧化

熱氧化係統就是火焰氧化（huà）器，通過燃燒來消除有機物的，其操作溫度高達700℃-1000℃。這（zhè）樣不可避免地具有高的燃料（liào）費用，為（wéi）降低（dī）燃料費用，需要回（huí）收離（lí）開氧化器的排放氣中的（de）熱（rè）量。回（huí）收熱（rè）量有兩種方（fāng）式（shì），傳統的間壁式換熱和新的非穩態蓄熱換熱技術。

間壁式熱氧（yǎng）化是（shì）用列管或板式間壁換熱器來捕獲淨化排放氣的熱量，它可以回收40%-70%的熱能，並（bìng）用回收的熱量來預熱進入氧化係統的有機廢氣。預熱後的廢氣再（zài）通過火焰來達到氧化溫度，進行淨化，間壁換熱的（de）缺（quē）點是熱回收（shōu）效率不高。

蓄熱式熱氧化(簡稱RTO)回收熱量采用一種新的非穩態熱傳遞方式。主要原理是：有機廢氣（qì）和淨化後的排放氣交替循環，通過多次不斷地改變流向，來最（zuì）大（dà）限（xiàn）度地捕獲熱量，蓄（xù）熱係統提供了極高的（de）熱能回（huí）收。

VOC的有機廢氣進入RTO係統，首先（xiān）進入耐火蓄熱床層1(該床層已被前一個循環的淨化氣加熱)，廢氣從床層1吸收熱能使溫度升（shēng）高，然後進入氧化室（shì）；VOC在氧化室內被氧化成CO2和H2O，廢氣得到淨（jìng）化；氧化後的高溫淨化（huà）氣體離開（kāi）燃燒（shāo）室，進入（rù）另一個（gè）冷的蓄熱床層2，該床從淨化排放氣中吸收熱量（liàng），並儲（chǔ）存起來(用（yòng）來預熱（rè）下一個循環的進入（rù）係統的有機廢氣)，並使淨化排放氣體的溫度降低。此過程進行（háng）到一定時間，氣體（tǐ）流動方向被逆轉、有機廢氣從床層 2進入係統。此循環不斷地吸收和放出熱量，作為熱阱的蓄熱床也不斷地以進口（kǒu）和出口的操作方式改變，產生（shēng）了高效熱能回收（shōu），熱回收（shōu）率可高達95%，VOC的消除率可達到99%。

(2)催化（huà）燃燒（shāo）

催化（huà）燃燒（shāo）是一種（zhǒng）類（lèi）似熱氧（yǎng）化的方式來處理VOC的，它淨化有機物是用鉑、鈀等貴金屬催化劑及（jí）過渡金屬氧化物催化劑來代替火焰（yàn），操（cāo）作溫（wēn）度較熱氧化低一半，通常為 250℃-500℃。由於溫度（dù）降低，允許使用標準材（cái）料來代替昂貴的特殊材料，大大地降低設備費用和（hé）操作費用。與熱氧化相似，係統仍可分為間（jiān）壁式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，該換熱器在降（jiàng）低排放氣溫度的同時，也預熱含VOC的有機廢氣，其（qí）熱回收達60%—75%。該類氧化器早已用（yòng）於（yú）工業過程。

蓄熱催化燃（rán）燒(簡（jiǎn）稱為RCO)是一種新的催（cuī）化技術。它具有RTO高效回收（shōu）能量的特點和催化反應的低溫操作及能量有效性的優點，將催化劑置於蓄（xù）熱（rè）材料的頂部，來使淨化達到最優，其（qí）熱回收率高達95%-98%。

RCO係統性能的關（guān）鍵是使用專用的（de）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係統溫度的一半，既降低了燃料消耗，又降低了設（shè）備造價。現在，國內已經開始使用（yòng）RCO技術進行有機廢氣的消除處理，很（hěn）多RTO設備已開始（shǐ）轉變成RCO，這樣可（kě）以削減操作（zuò）費用達33%-75%，並增（zēng）加排放氣流量達20%-40%。

(3)集成技術(活性炭吸附+催化氧化)

對於大流量、低濃度的有機廢氣，單一使用上述方（fāng）法處理（lǐ）費用太高，不經濟。利用炭吸（xī）附具有處理低濃度和大氣（qì）量的優勢，先用活性炭捕獲廢氣（qì）中的有機物，然後用小得多（duō）流量的熱空氣來脫附，這樣可使（shǐ）VOC富集10—15倍，大大地減少了處理廢氣的體積，使後處理設備的規模（mó）也大幅度地降低（dī）。把濃縮後的氣體送（sòng）到（dào）催化燃燒 裝置中，利用（yòng）催化燃燒適（shì）於（yú）處理較高濃度的特（tè）點來消（xiāo）除VOC。催化燃燒放出的熱（rè）量可（kě）以（yǐ）通過間（jiān）壁換（huàn）熱器（qì），來預熱進入炭吸附床（chuáng）的脫附氣，降低係統的能量需要量。該技術利（lì）用活性炭吸附處理低（dī）濃度和大氣量的（de）持點，又利用催化（huà）床處理適中氣量、高濃度的優勢，形成一種（zhǒng）非常有效的集成技術。國內也已開始利用此技術，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（lǐ）。

消（xiāo）除技（jì）術的使用範圍

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

間壁（bì）式較蓄熱式的優點是，用簡單的（de）金屬換熱器來捕獲熱量，僅（jǐn）在幾分鍾即（jí）達到所需的操作條件，最適於循環操作。

蓄（xù）熱熱氧化具有非（fēi）常高的（de）氧化溫度，可（kě）以處理難以熱分解的有機物（wù），該係統98%-99%的VOC消除率是很常見的。熱回收效（xiào）率為85%-95%。僅需少量或不需燃料即可運行，特別是對具（jù）有相對低（dī）VOC含量的氣體，它們比間壁熱氧化費用更低（dī）。

熱氧化的缺點是：①在高溫燃燒中產生了NOx，它也為危險排放物，需要進一步治理；②較慢（màn）的熱反應；③不能滿意（yì）地處理鹵化物，必需加後處理裝置洗滌塔，來（lái）處理酸（suān）性氣體；④進氣濃度不能>25%LEL；⑤高的設備投資費用。

(2)催化氧化

催化氧化是在比熱氧化低（dī）的溫度下（xià）進行，通常為250℃-500℃，其處理能力為2000-20000m3/h，適於VOC濃（nóng）度為100-2000 PPM，其消除效率（lǜ）高達95%以上。低的操作溫（wēn）度結合間（jiān）壁換熱器，可以降低啟動所需的燃料。

催化燃燒較熱氧化有幾個優（yōu）點（diǎn）：①反應溫度較熱氧化（huà）低一（yī）半，節省了燃料;②停留時間短，降低了設備尺寸;③由於燃料減少，生成的CO也少，CO和VOC一起被 轉換;④較熱氧化係統需更少的啟動和冷卻時（shí）間;⑤低的操作溫度，排（pái）除了NOx的生成;⑥因溫度降低，允許（xǔ）使用標準材料（liào）來代替昂貴的特殊材料（liào），RCO係統（tǒng）的 整個機械壽命將（jiāng）增加。

催化氧化也有不足：①催化劑易被重（chóng）金屬或顆粒覆蓋而失活;②處理鹵化物（wù）和硫化物時，會產生酸性氣體，需用洗（xǐ）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（qì）濃度不能>25%。

(3)集成技術(活性炭吸附+催化（huà）燃燒)

活性炭吸附進（jìn）行VOC回收已廣泛用於噴漆、印刷和電子工業等行業，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（diǎn）就是（shì）用較低的費用來處理低濃度、大氣量的廢氣，通過濃縮廢氣，降低了需處理廢氣的體積，用較小體積的催化燃燒氧化器來處理大流量的廢氣，降低設備費用和（hé）操作費用。

該法也有不足，此技（jì）術均不適合廢氣（qì）中含有高活性、易反應的VOC和相對濕度大於50%的情況，對含鹵化合物（wù）的廢氣仍需使用後（hòu）處理設備。

由此可見，上述各種方法各有其優缺點和適用對象，現對其中幾種常用方法的優缺點匯總比較如下。

熱力燃（rán）燒（shāo）法TO優點（diǎn）和缺點

優點：①淨化效率高；②可淨化各（gè）種有機廢氣，不需要預（yù）處理，不穩定因素少，可靠性（xìng）高；③在（zài）廢氣濃度高、設計合理的條件下，可回用熱能。

缺點：①處理溫度高，能（néng）耗大；② 存在二次汙染；③燃燒（shāo）裝置、燃燒室、熱回收裝（zhuāng）置造價高，維修較難；④處理大流量、低濃度廢氣能耗過大，運行費用高。

RTO優點和缺點

優點：①具有TO的各項（xiàng）優點，但對複雜的有機廢氣需要預處理；②能耗遠低於TO，可（kě）處理大氣量低濃度廢氣。

缺點：①處理溫度比TO低，但仍（réng）較高，因而仍有少量二次汙染；②造價較（jiào）高；③占地麵積大。

催化燃（rán）燒法CO優點和缺點

優點：①淨化效率高，無二次汙染；②能（néng）耗較低，在（zài）相同（tóng）條件下約比TO低50%，因（yīn）而運行費用低。

缺點：①用電能預熱時，不能處理低濃度廢氣；②催化劑成本高，且（qiě）有使用壽命限製；③複雜（zá）廢氣需（xū）預處理。

RCO優點和缺點

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

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

吸附法優（yōu）點（diǎn）和缺點

優點（diǎn）：①可淨化（huà）大流量（liàng）低濃度廢（fèi）氣；②對單一品種廢（fèi）氣可回收溶劑；③運行費用較低。

缺點：①吸附劑需補充和再生；②對溫度較高廢氣（qì）需先行冷（lěng）卻；③複雜廢氣需預處理；④管理不便；⑤ 存在二次汙染；⑥安全性差。

吸收法優點和缺點

優（yōu）點：①對（duì）親（qīn）水性溶劑（jì）蒸汽用水作吸附劑時，設備費用（yòng）低，運（yùn）行費低，安全；②可（kě）用油、酯等吸收苯類廢氣，淨化率高；適用於大（dà）流量低（dī）濃度廢氣。

缺點：① 用（yòng）水作（zuò）吸附劑（jì）時，需要對產生的廢水進行處理；②吸收、脫吸控（kòng）製管理複雜。

(二)低濃度、大（dà）風量有機廢氣的治理技術

在使用有機溶劑的行業中，像汽（qì）車塗裝、印刷等工業排放的有機廢（fèi）氣，其特點是有（yǒu）機溶劑濃度低、風量大，若采用上述方法都（dōu）將使用龐大的設備，耗用高。目前（qián）世（shì）界上對這類低濃度、大風量的（de）有機廢氣，主要采用下麵幾種方（fāng）法進行治理。

(1) 蜂窩輪式濃縮係統

該係統（tǒng）采用（yòng）蜂窩輪（lún），連續不斷地將低濃度、大風量的排氣中的有機溶劑吸附、分離。然後，再用小風量的熱風脫附得到高濃度、小風量的含（hán）有機溶劑氣體。濃縮後的氣（qì）體再與小型的催化燃燒或活性（xìng）炭回收裝置組合，構（gòu）成經濟的處理係統。該係統的（de）關鍵部件是一（yī）圓筒形吸附輪，其是由活性炭或疏水（shuǐ）性沸石加工成波（bō）紋狀，再卷製形成蜂窩構造。整個蜂窩輪分為吸附區和再生區，工作中以非常低的速度連續轉動，含有（yǒu）機溶劑的廢氣（qì）通過吸附區時有機溶劑被吸附，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℃的熱風（fēng）加熱脫附，隨熱風排出。由於脫附（fù）風量遠小於吸附風量，因此脫附（fù）後氣（qì）體中的有（yǒu）機溶劑濃度可以增加10-20倍。脫附後的排氣隻要用（yòng）吸（xī）附風量十幾分之一（yī）的裝置就可以進行處理了。該（gāi）係統體積小，費用低，在國外已成為治理（lǐ）低濃度、大風量有機廢氣的主要方法，並（bìng）得到（dào）廣泛應用。但其引進價格昂貴，在我國（guó）市場推廣經濟上難以承受。國內有的研究（jiū）單位取其淨化工藝的（de）優點，將主要設備（bèi）進行改造使（shǐ）之適用我國（guó）。如（rú）研究采取了以數個填充了（le）蜂窩狀活性炭的固定吸附濃縮（suō）裝置，取代蜂窩輪濃縮裝（zhuāng）置的辦法， 通過數個固定床之間的吸附，脫附過（guò）程切換，完成蜂（fēng）窩輪轉動所起的作用（yòng）。因這種方法沒有轉動部件，不存在動密封問題，所以設備製（zhì）造簡單（dān），維修方便，價格便宜並發揮（huī）了原工藝中濃縮作用的優點。

(2)液體吸收法

該法是通（tōng）過有機廢氣與液（yè）體吸（xī）收劑接（jiē）觸，使其中的有機溶劑被吸收劑所吸收，再經解吸，將（jiāng）有機溶劑除去或回收，井使吸收劑獲得再生重複利用。由（yóu）於（yú）工藝中可選用（yòng）比吸（xī）附，催化燃燒（shāo）裝置處理氣體能力大數倍的塔式吸收設備，因而設備的體積可做得小（xiǎo）很多，設備費也（yě）低。但很難找到理想吸收劑（jì），原因是有機溶劑一般（bān）都屬非極性物質，它們（men）與極性的（de）水分子之間將產生互相排（pái）斥作用而難以溶解，而對（duì）有機溶劑溶解度較（jiào）大（dà）的油類或（huò）芳烴萃取劑，一般價格較高，有些還有異味。同時由於液體吸收（shōu）尚存在諸多問題有待解決，使其應（yīng）用受到限製（zhì）。

(3)生物處理法

生物脫臭（chòu）從20世紀40—50年代開始就在德國和美國開發（fā）成功。在日本也在1970年左右開始進行土壤脫臭法和（hé）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。

該方法是由微生物將有機溶（róng）劑分解。因耗能非常低，運轉費也很便宜而受到人們（men）重視。其缺點（diǎn）是對各種（zhǒng）有機溶劑具有（yǒu）選擇性，使其應用領域受到限製。目前，已在汙水（shuǐ）處理廠、飼料加工廠、垃圾場等場所，用於硫化氫、低分子醛類、乙醇及有（yǒu）機酸等極性物（wù）質的脫臭。用於（yú）彩色膠卷乳劑塗布幹燥過程中產生的甲醇、乙酸乙酯的治理也取得很好效果（guǒ）。該方法與其它方法相比，占地（dì）麵（miàn）積大是其另—缺點。

（3）光催化氧化技術（shù）（UV光解技術）

利（lì）用高能UV紫外線光束（shù）分解空氣中的氧分子產生遊離氧（yǎng）（即活（huó）性氧），因遊離氧所攜帶正負電子不平衡所以需與氧分子結合，進而產生臭氧，臭氧具有很強的氧化性，通過臭氧對有機廢氣、惡臭氣體進行協同（tóng）光解氧化作用，使有機廢氣、惡臭氣體物質降解（jiě）轉化成低分子（zǐ）化合物（wù）、水和二氧化（huà）碳。光催化氧化反應同活性（xìng）炭吸附、催化燃燒法等技術相比，具（jù）有經濟潛力。治理低濃（nóng）度、大（dà）風量有機廢氣，無論采用哪種方法，耗用資金都較（jiào）高。光催化（huà）技術處（chù）理效率高，效率可達到95%以上，適應性強，可適應中低濃度，大氣（qì）量，不同惡臭（chòu）氣體物（wù）質的脫臭淨化（huà）處理；產品性（xìng）能穩定，運（yùn）行穩定可靠，每天可24小時連續工作；運行（háng）成本低本，設備耗能低，無需專人（rén）管（guǎn）理與維護，隻需作定期檢查。