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（huì）生產大量對大（dà）氣環境（jìng）有危害的氣體VOC。VOC是指在常溫下飽和蒸氣壓大於70Pa、常壓下沸點在260℃以內的有機化合物，包（bāo）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（ér）言，按照（zhào）廢（fèi）氣處理的方法，有（yǒu）機（jī）廢氣處理（lǐ）的方法主要有兩類：一（yī）類是回收法，另一類是消除（chú）法。回收法主要有炭吸（xī）附、變壓吸附、冷凝法及膜（mó）分離技術（shù），回收法是通過物理方法，用溫度、壓力、選擇性吸（xī）附劑和選擇性滲透（tòu）膜等方法來分離VOC的。消（xiāo）除法有熱氧化、催化燃（rán）燒、生物（wù）氧化（huà）及集成技術；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（chéng）為CO2和H2O。

1.回收技術

(1)活性炭吸附（fù）法

活性（xìng）炭吸附（fù）是目前最廣（guǎng）泛使用的回（huí）收技術，其原理是利用吸附劑（jì）(粒（lì）狀活性炭和活性炭纖維)的（de）多孔結構，將（jiāng）廢氣中的VOC捕獲。將含VOC的有機廢氣通過活性炭床，其中的VOC被吸附劑吸附，廢氣得到淨化，而排入大（dà）氣。當活性（xìng）炭吸附達到飽和後，對（duì）飽和的活性炭床進行脫（tuō）附（fù）再生；通入水蒸汽加熱炭層，VOC被吹脫放出，並與水蒸汽形（xíng）成蒸汽混合物，一起離開活性炭吸附床，用冷凝器（qì）冷卻蒸汽混合物，使蒸汽（qì）冷凝為液體。若VOC為水溶性的，則用精餾將液體混（hún）合物提純；若為水不（bú）溶性，則用沉析器直接回收VOC。因塗料中所用的“三苯”與水互不相溶，故可以直接回收。活性炭吸附技（jì）術主要用於廢氣中組分比較簡單、有機物回收利用（yòng）價（jià）值較高的情況，其廢氣處理設備的尺寸和費用正比於氣（qì）體中VOC的數量（liàng），卻相對獨立於廢（fèi）氣流量；因此，活性炭吸附床更傾向於低濃度大氣量（liàng），一般用於VOC濃（nóng）度小於5000PPM的（de）情況（kuàng）。適用於噴漆、印刷和（hé）粘合劑等溫（wēn）度（dù）不高，濕度不大，排氣量較大的場所，尤其對含鹵化物的淨（jìng）化回收更為有效。

(2)冷凝法

冷凝法是最簡單的回收技術，將廢（fèi）氣冷卻使（shǐ）其溫度低於（yú）有機物的露點溫度，使有機物冷凝變成液滴（dī），從廢氣中分離出來，直（zhí）接回收。但這種情況下，離開（kāi）冷凝器的（de）排放氣中仍含有相當高濃度的（de）VOC，不能滿足環境排放標準。要獲（huò）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。冷凝（níng）法主要用於高沸點和高濃度的VOC回收（shōu），適用的濃度範圍為>5%(體積)。

(3)膜分離技術

膜分離係統是一種高效的新型分離技術，其（qí）流程簡單（dān）、回收率高、能耗低、無二（èr）次汙染。膜分離技術的基礎就是使用對有機物具有選擇滲透性的聚合物膜，該（gāi）膜對有機蒸氣較空（kōng）氣更易於滲（shèn）透10-100倍，從而實現有機物的分離。最簡單的膜分（fèn）離為單級膜分離係（xì）統，直接使壓縮氣體通過（guò）膜表麵，實現VOC的分離，但（dàn）單級膜因分離程度很低，難以達到分（fèn）離要求，而多級膜分離係統則會大大增加設備投資。

(4)變壓吸附技術

該（gāi）技術利用吸附劑（jì）在一（yī）定壓力下，先（xiān）吸附有（yǒu）機（jī）物。當吸附劑（jì）吸附飽和後，進行吸附劑的再生。再生不是利用蒸汽，而是通（tōng）過壓力變換來將有機物（wù）脫附（fù）。當壓力降低時，有機物從（cóng）吸（xī）附劑表麵脫（tuō）附放出。其特點（diǎn）是無汙染物，回收效率高，可以回收反應性（xìng）有機物。但是該技術操作費用（yòng）較高，吸附需要加（jiā）壓，脫（tuō）附（fù）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（tàn）主要用於脂肪和芳（fāng）香族碳氫化（huà）合物、大部分含氯溶劑、常用醇類、部分酮類和酯類等的回（huí）收（shōu）。常見的（de）有：苯、甲苯、二甲苯、己烷（wán）、庚烷、甲基乙基酮、丙酮、四氯化碳、醋酸乙酯等（děng），活性炭纖維吸附則可回收苯乙烯和丙烯晴等反應性單體，但費用較粒狀活性炭吸附要高的多。吸附法已廣（guǎng）泛用在噴漆行業的“三（sān）苯”、 醋酸乙酯、製鞋行業的“三苯”，印刷行業（yè）的甲苯、醋酸乙酯、電子行業的二氯（lǜ）甲烷和三氯乙烷的回收。活性炭吸（xī）附（fù）法要求廢氣中的VOC不能超過5000PPM，並且濕度不能>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（wù）質不適用，該類VOC會與活性（xìng）炭或在（zài）活性炭表麵發生反應，堵塞炭孔，使活性炭（tàn）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（wù）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（jun1）存在水分，溫（wēn）度低於0℃時會結冰，降（jiàng）低係統的（de）可靠性，故很少單獨使用。

膜分離方法適合於（yú）處理較濃的物流，隨著（zhe）新高效膜的出（chū）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（yǎng）化

熱氧化係統就是火焰氧化器，通過（guò）燃（rán）燒來消除（chú）有（yǒu）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費用，為降（jiàng）低燃料費用，需要回收離開氧化器的排放氣中的熱（rè）量。回收熱量有兩種方（fāng）式，傳統的（de）間壁（bì）式換熱和新的非穩態蓄熱換熱（rè）技術。

間壁式熱氧化（huà）是用列管或板式間壁換熱器來捕獲淨化排放氣的熱（rè）量，它可以回收40%-70%的（de）熱能，並用回收的熱量來預熱進入（rù）氧化係統的有機廢氣。預熱後的廢（fèi）氣再通過火焰來達到氧化溫（wēn）度（dù），進行淨化，間壁換熱（rè）的缺點是熱回收效率不高。

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（hòu）的排放氣交替循環，通過多次不斷地改變流向，來最大限度地捕獲熱量（liàng），蓄熱係統提供了極（jí）高的熱能回收。

VOC的（de）有機廢（fèi）氣進入RTO係統，首先進入耐（nài）火蓄熱（rè）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（dù）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（hòu）的高溫淨化氣體（tǐ）離開燃燒室，進入另一個冷的蓄熱床層2，該床從淨化排放氣中吸（xī）收熱量，並儲存起來(用來預熱下一個循（xún）環的（de）進入係統的有機廢氣)，並（bìng）使淨（jìng）化排放氣體的溫度降低。此過（guò）程進行到一定時間，氣體流動方向被逆轉、有機廢氣從床層 2進（jìn）入（rù）係統（tǒng）。此循環不（bú）斷地吸收和放出熱量，作為熱阱的蓄熱床也不斷地以進口和（hé）出口的操作方式改變，產生了高效熱能回收，熱回（huí）收率可高達95%，VOC的消除率可達到99%。

(2)催化燃燒

催化燃燒（shāo）是一種類似熱氧化的（de）方式來處理VOC的，它淨化有（yǒu）機物是用鉑（bó）、鈀等貴金屬催化劑及過渡（dù）金屬氧化物催化劑（jì）來代替火焰，操作溫度較熱氧（yǎng）化低一半，通常為 250℃-500℃。由於溫度降低，允許（xǔ）使用標準材料來代替昂貴的特殊材料，大大地降低（dī）設備費用和操作費用。與熱氧化相似，係統（tǒng）仍可分（fèn）為（wéi）間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（yī）個換熱（rè）器，該（gāi）換熱器在降低排放氣溫度的同時，也預熱含VOC的有機廢氣，其（qí）熱回（huí）收達60%—75%。該類氧化器早已用於（yú）工業過程。

蓄（xù）熱催化燃燒(簡稱為RCO)是一種新的（de）催化技術。它具有RTO高效回收能量的特點和催（cuī）化反（fǎn）應的低溫操作及（jí）能量有（yǒu）效性的優點，將催化劑置於蓄熱材料的頂部，來使淨化達到（dào）最優，其（qí）熱回收率（lǜ）高達95%-98%。

RCO係統性能的關鍵是使用專用的催化劑，浸漬在鞍狀或是蜂窩狀（zhuàng）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（jì）降低了（le）燃料消耗，又降低了設備造價。現在，國內已經開始使用RCO技術進行有機廢氣（qì）的消除處理，很多RTO設備已（yǐ）開始轉變成RCO，這樣可以削減操作費用達33%-75%，並增加排放氣流量達20%-40%。

(3)集成技術(活性炭吸附+催（cuī）化氧化)

對於大流量、低濃度（dù）的（de）有機廢氣，單（dān）一使用上述方法（fǎ）處理費（fèi）用太（tài）高，不經濟。利用炭吸附具（jù）有處（chù）理低濃（nóng）度和大氣量的優勢，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（kōng）氣來脫附，這樣可使VOC富集（jí）10—15倍，大大地減少了處理廢氣的體積，使（shǐ）後處理設備的規模也大幅度地降低。把濃縮後的氣體送到催化燃（rán）燒 裝置中（zhōng），利用催化燃燒適於處理較（jiào）高濃度的特點來消除VOC。催化燃燒放出的熱量可以通（tōng）過間壁換熱器，來預熱（rè）進入炭吸附床的脫附氣，降低（dī）係統的能量需要量（liàng）。該技術利用活性炭吸附（fù）處理低濃度和大氣量的持點，又利用催（cuī）化床處理適中氣量、高濃度的優勢，形（xíng）成一種非常有效（xiào）的集成技術。國（guó）內也已（yǐ）開始利用此技術，用（yòng）於（yú）噴漆（qī）、印刷和製鞋等排放大氣量、低濃度有機廢氣行業的治理。

消除技術的使用範圍

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

間（jiān）壁式較蓄熱式（shì）的優點是，用簡單的金屬換熱器（qì）來捕獲熱量，僅在幾分鍾即達到所需的操作條件，最（zuì）適於循環操（cāo）作（zuò）。

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

熱（rè）氧化的（de）缺點是：①在高溫燃燒中產生（shēng）了NOx，它也為危險排放物，需要進（jìn）一步治理；②較慢的（de）熱反應；③不（bú）能滿意地處理（lǐ）鹵（lǔ）化物，必需加後（hòu）處理裝置（zhì）洗滌（dí）塔，來處理酸（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（yǎng）化（huà）

催化氧化是在比熱氧化低的溫度下進行，通常為250℃-500℃，其處理能力為2000-20000m3/h，適於VOC濃度為100-2000 PPM，其消除效率高（gāo）達95%以上。低的操作溫度（dù）結合間壁（bì）換熱器，可以（yǐ）降（jiàng）低啟（qǐ）動所（suǒ）需的（de）燃料。

催化燃燒較熱氧化有幾個優點：①反應溫度較熱氧化低一半，節省（shěng）了燃料;②停留時間短，降低了設備尺寸（cùn）;③由於燃料減少，生成的CO也少，CO和VOC一起被 轉換;④較（jiào）熱氧化係統需更少的啟動和冷卻時間;⑤低的操作溫度，排除了NOx的生成;⑥因溫度降（jiàng）低，允許（xǔ）使用標準（zhǔn）材料來代替昂貴的特殊（shū）材料，RCO係統（tǒng）的 整個機（jī）械壽命將增加。

催化氧（yǎng）化也有不足：①催化劑（jì）易被重（chóng）金屬或顆粒覆蓋而失活;②處理鹵化物和硫化物時，會產生酸性氣體，需用洗滌（dí）塔進（jìn）一步（bù）處理;③廢催化劑（jì）如不（bú）能循環使（shǐ）用，也要處理;④進氣濃度不能>25%。

(3)集成技術（shù）(活性炭吸（xī）附+催化燃燒)

活性炭吸（xī）附進行VOC回收已廣泛用於噴漆、印刷和（hé）電（diàn）子工業等行業，消除率可達（dá）90%-95%，但對低濃度廢氣，從經濟上考慮，回收不經（jīng）濟，故采用消除技術。

集成技（jì）術的優點就是（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（lǐ）廢氣的（de）體積，用較小體積的催（cuī）化燃燒氧（yǎng）化器來處理大流量的廢（fèi）氣，降低設備費用和操作費用。

該法也有不足，此技術均不適合廢氣中含有高活性、易反應的（de）VOC和相對（duì）濕度大於（yú）50%的情況，對含鹵化合物的（de）廢氣仍需使（shǐ）用後處理設備。

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（lì）燃燒法TO優點和缺點（diǎn）

優點：①淨（jìng）化效率高；②可淨化（huà）各種有機廢氣，不需要（yào）預處（chù）理，不穩定因素少，可靠性高；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（gāo），能耗（hào）大（dà）；② 存在二次汙（wū）染；③燃燒裝置（zhì）、燃燒室、熱回收裝（zhuāng）置造價（jià）高，維修較難；④處理大流量、低濃度廢氣（qì）能耗過大，運行費用高。

RTO優點和缺點（diǎn）

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

缺點：①處理溫度比TO低，但仍較高，因而仍有少量二次汙（wū）染；②造價較高；③占地麵積（jī）大。

催化燃燒（shāo）法（fǎ）CO優點和缺點

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

缺點：①用（yòng）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（fù）雜廢氣需預處理。

RCO優點和缺點

優點：①淨化效率高（gāo），無二（èr）次汙染；②在各種燃燒法中能（néng）耗（hào）最低，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（dì）麵積小，但（dàn）維修困難；②分體（tǐ）式占地麵積大；③ 整體式（shì）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（chù）理。

吸附法優點（diǎn）和缺點

優點：①可淨化大流（liú）量低濃度廢氣；②對單一品種（zhǒng）廢氣可回收溶劑；③運行費用較低。

缺點：①吸附劑需補充和再生；②對溫度較高廢氣需先行冷卻；③複雜（zá）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（hé）缺點

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

缺點：① 用水作吸附劑（jì）時，需要對產（chǎn）生的廢水進行處理；②吸收、脫吸控製（zhì）管理複雜。

(二)低濃（nóng）度、大風量有機廢（fèi）氣的治理技術

在（zài）使用有機溶劑的（de）行業中，像汽車塗裝、印刷等工業排放的有機廢氣，其特點是有機溶劑（jì）濃度低、風量大（dà），若采用上述方法都將（jiāng）使用龐大的設備，耗（hào）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（xià）麵幾種方法進行治理。

(1) 蜂窩（wō）輪式濃縮係統

該係統采用蜂窩輪，連續不斷地將低濃度、大風量（liàng）的排氣中的有機溶劑吸附、分離。然後，再用小（xiǎo）風量的熱風脫附得（dé）到高濃度、小風量（liàng）的含（hán）有機溶劑（jì）氣（qì）體。濃縮後的氣體再與小型的催化燃燒（shāo）或活性炭回收裝置組合，構（gòu）成經（jīng）濟的處理係統。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（xìng）沸石加工成波紋狀，再卷製形成蜂窩構造（zào）。整個蜂窩輪分為（wéi）吸（xī）附區和再生區，工作中以非常低的速度連續轉動（dòng），含有機溶劑的廢氣通過吸附區時有機溶劑（jì）被吸附，淨化氣體排出。輪子吸附的有機溶劑，隨著輪的轉動被送到再生（shēng）區，由120-140℃的熱風加熱脫（tuō）附，隨熱（rè）風排（pái）出。由於脫附風量遠小於吸附風量，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。該係統體積小，費用低，在國外已成為治（zhì）理（lǐ）低濃度、大風量（liàng）有（yǒu）機廢氣的主要方法，並得（dé）到廣泛應用。但其引進價格昂貴，在我國市場推廣（guǎng）經濟上難以承受。國（guó）內有的研究單位取其淨化工藝（yì）的優點，將主要設備進行改（gǎi）造使之適用我（wǒ）國。如研究采取了以數（shù）個填（tián）充（chōng）了蜂窩狀活性炭的固（gù）定吸附濃縮裝置，取代蜂窩輪濃縮裝（zhuāng）置的辦法， 通過數個固定（dìng）床之間的吸附，脫附過程切（qiē）換，完成蜂窩輪轉動所（suǒ）起的作用。因這種方法沒有轉動部件，不存在（zài）動密封問題，所（suǒ）以設備製（zhì）造簡單，維修方便，價格便宜並發揮了原工藝中濃縮作用的優點。

(2)液體吸收法

該法是通過有機廢氣與（yǔ）液體吸收劑接觸，使其中的（de）有機溶劑被吸收劑所（suǒ）吸收，再經解吸，將有機溶劑除（chú）去或回收，井（jǐng）使吸收劑獲得再生重複利用。由於工藝中可選用比吸附，催化燃燒裝置處理氣體能力大數倍（bèi）的塔式吸（xī）收設備，因而設備的體積可做得小很多，設備費也低。但很難找到理想吸收劑，原因是有機溶劑一般（bān）都屬非極性物質，它們與極性的水分子之（zhī）間將（jiāng）產生互（hù）相排斥作用而難以溶解，而對有機溶劑溶解度較大的油類或芳烴萃取劑，一般價格較（jiào）高，有些還有異味。同時由（yóu）於液體（tǐ）吸收尚存（cún）在諸多問題有待（dài）解決（jué），使其（qí）應用受到限（xiàn）製。

(3)生物處理法

生物脫臭從20世紀40—50年代開始就（jiù）在德國和美國開發成功。在日本也在（zài）1970年左右開始進行土壤脫（tuō）臭法（fǎ）和活（huó）性汙泥脫臭法的研究，並已開發出各種裝置， 得到實際應（yīng）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（zhuǎn）費也很便宜而受到人們重視。其缺點（diǎn）是對各種有機（jī）溶劑具有選擇性，使其（qí）應（yīng）用領域受到限製（zhì）。目前，已在汙水處理廠、飼料（liào）加工廠、垃圾場等（děng）場所，用（yòng）於硫化氫、低分子醛類、乙醇及有機酸等（děng）極性物（wù）質的脫臭。用於彩色膠卷乳劑（jì）塗布幹燥過程中產生的甲醇、乙酸乙酯的治理也取得很（hěn）好效果。該方法與其它方法相比，占（zhàn）地麵積大是其（qí）另—缺點。

（3）光催化氧化技術（UV光解技術）

利用高能UV紫外線光束分解空氣中的氧分子產（chǎn）生遊離氧（即活性氧），因遊離氧所（suǒ）攜帶（dài）正負（fù）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（hěn）強的氧化性，通過臭氧對有機廢氣、惡臭氣體進行協同光解氧化作（zuò）用，使有（yǒu）機廢氣（qì）、惡臭氣體（tǐ）物質降解轉化成低分子化合物、水和二氧化碳。光催化氧化反（fǎn）應同活性炭吸附、催化燃燒法等技術相比，具有經濟潛力。治理低（dī）濃度、大風量有機廢氣，無論采用哪種方（fāng）法，耗用資金都較高。光催化技術處理效率高，效率可達到95%以上，適應性強，可適應中低濃度，大氣量，不同惡臭氣體物質的脫臭淨化處理（lǐ）；產品性能穩（wěn）定，運行穩（wěn）定可靠，每天可24小時連續工作；運行成本（běn）低本，設備耗能低，無需專人管理與維護，隻需作定期檢查。