VOC廢氣治理方（fāng）法及優缺（quē）點

一、有機廢氣治理技術

工業（yè）在生產（chǎn）過程中會（huì）生產大量對大氣環境有危害的氣體VOC。VOC是指在常溫（wēn）下飽和（hé）蒸氣壓大於70Pa、常壓下沸點在260℃以內的（de）有機化合物，包括烴（tīng）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（zhì）理難度大，總體而言，按照廢氣處理的（de）方法，有機廢氣處理的方（fāng）法主要（yào）有兩類：一類是回（huí）收法，另一類（lèi）是消除法。回收法（fǎ）主要有炭吸附、變壓吸附、冷凝法及膜（mó）分離技術，回收（shōu）法是通（tōng）過物理方法，用溫度、壓（yā）力、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離VOC的。消除法有熱氧化、催化燃燒、生物氧化及集成（chéng）技術（shù）；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

(1)活性炭吸附法（fǎ）

活性炭吸附是目前最廣泛使用的回收（shōu）技術，其原理是利用吸附劑(粒狀活性炭和活性炭纖維)的多孔結構，將（jiāng）廢氣中的VOC捕獲。將含VOC的有機廢氣通過活性炭床（chuáng），其中的VOC被吸附劑吸附，廢氣（qì）得到（dào）淨化，而排入大氣。當活性炭吸（xī）附達到飽（bǎo）和後，對飽和的活性炭床進行（háng）脫附再生；通入水蒸汽加熱炭（tàn）層，VOC被吹脫放出，並與水蒸汽形成蒸汽混合物（wù），一起離開活性炭（tàn）吸附床，用冷凝器冷卻蒸汽混合物，使蒸汽冷凝為液體（tǐ）。若VOC為水溶性的，則用精餾將液體混（hún）合物提純；若為水（shuǐ）不溶（róng）性，則用沉析器（qì）直接回收VOC。因（yīn）塗料中（zhōng）所用的“三（sān）苯”與水（shuǐ）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（jī）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（tǐ）中VOC的數量，卻相對獨立於（yú）廢氣流量；因（yīn）此，活性炭吸附床更傾向（xiàng）於低濃度大氣量，一般用於VOC濃度小於5000PPM的情況。適用於噴漆、印刷和粘合（hé）劑等溫度不高，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（xiào）。

(2)冷凝法

冷凝法是最簡（jiǎn）單的回收技術，將廢氣冷卻使其溫度低於有機物的露點溫度，使有機物（wù）冷凝變成液滴，從廢氣中分離出來，直接回收。但這種情況下，離開冷凝器的排放氣中仍含有相當高（gāo）濃度的VOC，不能滿足環境排放標準。要獲得高的回收（shōu）率（lǜ），係統需要很高的壓力和很低的溫（wēn）度，設備費用顯著地（dì）增加。冷凝法主要（yào）用於（yú）高（gāo）沸（fèi）點和高濃度的VOC回收（shōu），適用的濃度範圍為>5%(體積)。

(3)膜分（fèn）離技術

膜分離係統是（shì）一種高效的新型（xíng）分離技術，其（qí）流程簡單、回收率高、能耗低（dī）、無二次汙染。膜分離技術的基（jī）礎就是使用（yòng）對有機物具有（yǒu）選擇滲透性的聚合物膜，該（gāi）膜對有機蒸氣較空氣更易於滲透10-100倍（bèi），從而實現有機物的分離。最簡單（dān）的膜分離為單級膜分離係統，直接使壓縮氣（qì）體通過膜表麵，實現VOC的分離，但單級膜因分離程（chéng）度很低（dī），難以達到分離要求，而多（duō）級膜分離（lí）係統則會大大增加設備投資（zī）。

(4)變壓吸附技術

該技（jì）術利用吸附劑在一（yī）定壓力下，先吸附有機物。當吸附劑吸附飽和後，進行（háng）吸附劑的再生（shēng）。再生不是（shì）利用蒸汽，而是通過壓（yā）力變換來將有（yǒu）機物脫（tuō）附。當壓力降低時（shí），有機物從吸附劑（jì）表麵脫附放出。其特點是無汙染物，回（huí）收效率（lǜ）高，可以回（huí）收反應性有（yǒu）機物（wù）。但是該技術操作費用較高，吸附需要加壓（yā），脫附需要減壓，環保中應用較少。

回（huí）收技術（shù）的適用範（fàn）圍

粒狀活性（xìng）炭主要用於脂肪和芳（fāng）香族碳氫化合物、大部分含氯溶劑、常用（yòng）醇類（lèi）、部分酮類和酯類等的回收。常見的有：苯（běn）、甲苯、二（èr）甲苯、己烷、庚（gēng）烷、甲基乙基酮、丙酮、四氯化碳、醋酸乙酯等，活性炭纖維吸附則可回收（shōu）苯（běn）乙烯和丙烯（xī）晴等反應性單體，但費用（yòng）較粒狀活性炭吸附要高的多。吸附法已廣泛用在噴漆（qī）行業（yè）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、電子行業的二氯甲烷和三氯乙烷的回收。活（huó）性炭吸附法要求廢氣中的VOC不能超過（guò）5000PPM，並且濕度不能>50%；當（dāng）濃度>5000PPM時，則需在吸附前稀釋，對部分酮（tóng）、醛、酯等含活性（xìng）的物（wù）質不適用，該類VOC會與活性炭（tàn）或在活性炭表麵發生反（fǎn）應，堵塞炭孔，使活性炭（tàn）失活。

冷凝法對高沸點的有機物效果較（jiào）好，對（duì）中（zhōng）等和高揮（huī）發的有機物回（huí）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，溫度低於（yú）0℃時會結冰，降低係統的可靠性，故（gù）很少單獨（dú）使用。

膜分離（lí）方法適合於處理較濃的物流（liú），隨著新高效膜的出現和係統造價的（de）降低，它會成為一種重（chóng）要的回收手（shǒu）段。

2.消除技術

(1)熱氧化

熱氧化係統就是火焰氧化器，通過燃燒來消除有機物的，其操作溫度高（gāo）達700℃-1000℃。這樣不可（kě）避免地具有高的燃料費用，為（wéi）降低燃料費用，需要回收離開氧化器的排放（fàng）氣中的熱量。回收熱量有兩種方式，傳統的間壁式換熱和新的非穩態蓄熱換熱（rè）技術。

間（jiān）壁式熱（rè）氧化是用列（liè）管或板式間壁換熱（rè）器來捕獲淨化（huà）排放氣的（de）熱量，它可以回收40%-70%的熱能，並用（yòng）回收的熱量來預（yù）熱進入氧化係統（tǒng）的有機廢氣。預（yù）熱後的廢（fèi）氣再（zài）通過火焰來達到氧化溫度，進行淨化（huà），間壁換熱的缺（quē）點是熱（rè）回收效率不高。

蓄熱式熱氧化(簡稱RTO)回收熱量采（cǎi）用一種新的非（fēi）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，來最大限度（dù）地捕（bǔ）獲熱（rè）量，蓄熱係統提供了極高（gāo）的熱（rè）能回收。

VOC的有機廢氣進入RTO係統，首（shǒu）先進入耐火蓄熱床層1(該床層已（yǐ）被前一個循環（huán）的淨化氣加熱)，廢氣從床（chuáng）層1吸（xī）收熱能使（shǐ）溫度升高，然後（hòu）進入氧化室；VOC在氧化室內被（bèi）氧化成CO2和H2O，廢氣得到淨化；氧化後的高溫淨化氣（qì）體離開燃燒室，進入另一（yī）個冷的蓄熱（rè）床層2，該床從淨化排放氣中（zhōng）吸收熱量，並儲存起來(用（yòng）來預熱下一個循（xún）環的進入係統的有機廢氣)，並使淨化排放氣體的溫度降低。此過程（chéng）進行到（dào）一定時間，氣體流動方向被逆轉、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，產生了高效熱能（néng）回收，熱（rè）回收率可（kě）高達95%，VOC的消（xiāo）除率可達到99%。

(2)催化燃燒

催化燃燒（shāo）是一（yī）種類似（sì）熱氧化的方（fāng）式來處理VOC的，它淨化有機物是用鉑、鈀（bǎ）等貴金屬催化劑及過渡金屬（shǔ）氧化物催化劑來代替火焰，操作溫度較熱氧化低一半，通（tōng）常為 250℃-500℃。由於溫度降低，允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料，大大（dà）地降低設備費用和（hé）操（cāo）作費用。與熱（rè）氧化相（xiàng）似，係統仍可分為間壁式和蓄熱式兩類熱量回收方式。

間（jiān）壁式催化燃燒是在催化床後設一個換熱器，該換（huàn）熱器在降低排放氣（qì）溫度的同時，也預熱含VOC的有機廢氣，其熱回收達60%—75%。該類氧化器早已用（yòng）於工業（yè）過程。

蓄熱催化燃燒(簡稱為RCO)是一種新的催化（huà）技術。它具有RTO高效回收能量的特點和（hé）催化（huà）反應的低溫操作及能（néng）量有效性的優（yōu）點，將催化劑置於蓄熱材料的（de）頂部，來使淨（jìng）化達到最優，其（qí）熱回收率高達95%-98%。

RCO係統性能的關鍵（jiàn）是使用專用的催化劑（jì），浸漬在（zài）鞍（ān）狀或是蜂窩狀陶瓷上的貴金（jīn）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（yòu）降低了設備造價。現在，國內已經開始使用RCO技術進（jìn）行有機（jī）廢氣的消除處理，很（hěn）多（duō）RTO設備已開始轉變（biàn）成RCO，這樣可以削（xuē）減（jiǎn）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+催化氧化)

對於大流量、低濃度的有機廢氣，單一使用上（shàng）述方法處理費用太高，不經濟。利用炭吸附具有處理低濃度和大氣量的優勢，先用活性炭捕獲廢氣中的有機物（wù），然後用小得多流量的熱空氣來脫附，這樣可使VOC富集（jí）10—15倍，大大地減少了（le）處理廢氣的體（tǐ）積，使後處理（lǐ）設備（bèi）的規模也大幅度地降低（dī）。把濃縮後的氣體送到催化燃（rán）燒 裝置中，利用催化燃燒適於處理較（jiào）高濃度的特點來消除（chú）VOC。催化燃燒（shāo）放出的熱量可以通過間壁換熱器（qì），來預熱進入炭吸（xī）附床的脫附（fù）氣，降低係統的（de）能量需要量。該技術利（lì）用活性炭吸（xī）附（fù）處理（lǐ）低濃度（dù）和大氣量的持點，又利用催化床處理（lǐ）適中氣量、高（gāo）濃度的優勢，形成一種（zhǒng）非常有效的集成技術。國內也已開（kāi）始利用此技術，用於噴漆（qī）、印刷和（hé）製鞋等排放大氣量、低濃度有機廢氣行（háng）業的治理。

消除技術的使用範圍

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

間壁式較（jiào）蓄熱式的優點是，用簡單的金屬（shǔ）換熱器（qì）來捕獲熱量，僅在幾分鍾即達到所需的操（cāo）作條件，最適於循環操作。

蓄熱熱氧化具有非常高的氧化溫度，可以處理難以熱分解的有機物，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（liàng）或不需燃料即可運行（háng），特別是（shì）對具有相對低VOC含量的氣體，它們比間壁（bì）熱氧化費用更低。

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

(2)催化氧化

催化氧化是在比熱氧化低（dī）的（de）溫度下進行，通常為250℃-500℃，其（qí）處（chù）理能力為2000-20000m3/h，適於VOC濃度為100-2000 PPM，其消除效（xiào）率（lǜ）高達95%以上。低的操作溫度結合間壁換（huàn）熱器，可以降低啟動所需的燃料（liào）。

催（cuī）化燃燒較熱氧化有（yǒu）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;③由（yóu）於（yú）燃料減少，生成的CO也少，CO和VOC一起被 轉換;④較熱氧（yǎng）化係統需更少的啟動和冷（lěng）卻時間;⑤低的（de）操（cāo）作溫度，排（pái）除了NOx的生成;⑥因溫（wēn）度降低，允許使用標準材料來（lái）代替昂貴的特殊材料（liào），RCO係統（tǒng）的 整個機械壽命將增加。

催化氧化（huà）也有不足：①催化劑（jì）易被重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）塔進一步（bù）處理;③廢催（cuī）化劑如不能循環使用，也要處理;④進氣（qì）濃（nóng）度不能>25%。

(3)集成技（jì）術(活性炭吸附+催化燃燒)

活性炭吸附進（jìn）行VOC回收已廣泛用於噴漆（qī）、印刷和電子工業等行（háng）業，消除率可達90%-95%，但對低濃度廢氣，從經濟上考（kǎo）慮，回收不經（jīng）濟，故采用消除技術（shù）。

集成技（jì）術的優點就是用較低的費用來處理（lǐ）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（yǎng）化器來處理大流量（liàng）的（de）廢氣，降低設備費用和操作費用。

該法也有不足，此技術均不適（shì）合廢氣中含（hán）有高活性、易反應的VOC和相（xiàng）對濕度大於（yú）50%的情（qíng）況，對含鹵化合物的廢（fèi）氣仍需使用後處理設備。

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

熱力（lì）燃燒法TO優點和缺點

優點：①淨化效率高；②可淨化各種有機廢氣，不需要預處理，不穩定因素少（shǎo），可（kě）靠性高；③在廢氣濃度高、設計合理的條件下，可回用熱能（néng）。

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

RTO優點和缺點

優點（diǎn）：①具有TO的各項優點，但對複雜的有機廢氣需要預（yù）處理；②能耗遠低於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（ér）仍有少量二次汙染（rǎn）；②造（zào）價較高；③占地麵積大。

催化（huà）燃燒法CO優點和缺點

優（yōu）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TO低（dī）50%，因而運行費用低。

缺點：①用電（diàn）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複雜廢氣需預處理。

RCO優點和缺點

優點：①淨化效率高，無二次汙染；②在（zài）各種燃燒（shāo）法中能耗最低，廢氣濃度在1-1.5g/m3時即能無耗運（yùn）行；③能（néng）處（chù）理各種有機廢氣。

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（zhěng）體式不宜用（yòng）於高濃（nóng）度(4g/m3)，否則催化床會超溫（wēn）；④複雜廢（fèi）氣需預處理。

吸附法（fǎ）優點和缺點

優點：①可淨化大流量低濃度廢氣；②對單一品（pǐn）種廢（fèi）氣可（kě）回收溶劑；③運行費用較低。

缺點：①吸附劑需補充和（hé）再生；②對溫度較高廢氣需先行冷卻；③複雜廢氣（qì）需預處（chù）理；④管（guǎn）理不便；⑤ 存在二次（cì）汙染（rǎn）；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（shí），設備費用低，運（yùn）行費低，安（ān）全；②可用油、酯等吸收苯類廢氣，淨（jìng）化率高（gāo）；適用於大流量低濃度廢氣。

缺點：① 用水作吸附劑時，需要對產生（shēng）的（de）廢水進行處理；②吸收、脫吸控製管理複雜。

(二)低濃度、大風量有機廢氣的治（zhì）理技術

在（zài）使用有機（jī）溶劑（jì）的行業（yè）中，像（xiàng）汽車塗裝、印刷等（děng）工業排放的有機廢氣，其（qí）特點（diǎn）是有機溶劑濃度低、風量大，若采用上述方法都將使用龐大的設備（bèi），耗用高（gāo）。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（nóng）縮（suō）係統

該係統采用蜂窩輪，連續不斷地（dì）將低濃（nóng）度、大風量的排氣中的有機溶劑吸（xī）附、分（fèn）離。然後，再（zài）用小（xiǎo）風量的熱風脫附得到高濃度、小風量的含有機溶劑（jì）氣體。濃縮後的（de）氣體再與小型的催化燃燒或活性炭回收（shōu）裝置組合，構成經濟的處理係統。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沸石（shí）加工成波紋狀，再卷製形成蜂窩構造。整個（gè）蜂窩輪分為吸附區和再生區，工作中以非常低的速（sù）度連續轉動，含有機（jī）溶劑的廢氣通過吸（xī）附（fù）區時有機溶（róng）劑被吸附，淨化（huà）氣體排（pái）出。輪子吸附的有（yǒu）機溶（róng）劑，隨著輪的轉動被（bèi）送到再生區，由120-140℃的熱風加熱脫附（fù），隨熱風排出。由（yóu）於脫附風量遠小（xiǎo）於吸附風量，因此脫（tuō）附後氣（qì）體中的有機溶劑濃度可以增（zēng）加10-20倍。脫附後的排氣隻要用吸附風量（liàng）十幾分（fèn）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）理低濃度、大風量有機廢氣（qì）的主要方法，並得到廣泛應用（yòng）。但其（qí）引進價格（gé）昂貴，在我國市場（chǎng）推廣經濟上難以承受。國內有的研究單（dān）位取其淨化工（gōng）藝的優點，將主要設備進行改（gǎi）造使之適用我國。如研究采取了以（yǐ）數個填充了蜂窩狀活性炭的固定吸附濃縮裝置，取代（dài）蜂窩輪濃縮裝（zhuāng）置的辦法， 通（tōng）過數個固定床之間的吸附，脫附過程切換，完成蜂窩輪轉動所起的作用。因這種方法沒有轉動部件，不存在動密封問題，所以設備製造簡單，維修方便，價格便宜並發（fā）揮了原工藝（yì）中濃（nóng）縮作用的優點。

(2)液體吸收法

該法是通過（guò）有機（jī）廢氣與液體吸收（shōu）劑接觸，使其中的有（yǒu）機溶（róng）劑被吸收劑所吸收，再經解吸，將有機溶劑除去或回收，井使吸收劑（jì）獲得再生重複利用。由（yóu）於工藝中可選用比吸附，催化燃燒裝置（zhì）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很（hěn）多，設（shè）備（bèi）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，它們與極性的水分子之間將產生互相排斥（chì）作用而難以溶解（jiě），而對有機溶劑溶解度較（jiào）大的油類或（huò）芳烴萃取劑，一般價格較高，有些還有異味。同時由於液體吸收尚存在諸多問題有待解（jiě）決，使其應用受到限製。

(3)生物處理法

生物脫臭從20世紀40—50年代開始就在德國和美國（guó）開發成功。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。

該方法是由微生（shēng）物將有機溶劑分解。因耗能非常低，運轉費也很便宜而受到人們重視。其缺點是（shì）對各種有機溶（róng）劑具有選（xuǎn）擇性（xìng），使其應用領（lǐng）域受到限（xiàn）製。目前，已在汙水處理廠、飼料加工廠、垃（lā）圾場等場所，用於硫（liú）化氫、低分子醛（quán）類、乙醇及有機（jī）酸等極性物質的（de）脫臭。用於彩色（sè）膠卷乳劑塗布幹燥過程中產生（shēng）的（de）甲醇、乙酸乙酯的治理也取得很好效果（guǒ）。該方法與其它方（fāng）法相比（bǐ），占地麵積大（dà）是其另—缺點。

（3）光催化氧化技術（UV光解技術）

利用（yòng）高（gāo）能UV紫外線光束分解（jiě）空氣中的氧（yǎng）分子產生遊離（lí）氧（即活性氧），因遊離氧（yǎng）所攜帶（dài）正負電子不（bú）平衡所以需與氧分子結合，進而產生臭（chòu）氧，臭氧具有很強的氧化性，通過臭氧對有機廢氣、惡臭氣體進行協同光解氧化作（zuò）用，使（shǐ）有機廢氣、惡臭氣體物質（zhì）降解轉化成低分子化合物、水和二氧化碳。光催化氧化反應同活性炭吸附、催化燃燒法等技（jì）術相比，具有經濟潛力。治理低濃度（dù）、大風量有機（jī）廢氣，無論采用哪種方法，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（dù），大氣量，不同惡臭氣體物質的脫臭淨化處理；產品性能穩定，運行（háng）穩定（dìng）可靠，每天可24小時連（lián）續工作；運行成（chéng）本低本，設備耗能低，無需專人管理與維護，隻需（xū）作定期檢查。