1 VOCs概述
VOCs屬于揮發(fā)性有機化合物，常見的揮發(fā)性組分包括甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛等，多數(shù)揮發(fā)性有機化合物包含烷烴、烯烴及多環(huán)芳烴等成分，大量的廢氣排放極易導致環(huán)境污染事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的吸附、吸收及燃燒的處理方法，很難達到較高的處理效果。同時其屬于在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中，可引起慢性中毒，損害肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)、引起全身無力、瞌睡、皮膚瘙癢等，甚者引起內分泌失調、影響性功能；苯和二甲苯還能損害免疫系統(tǒng)，以致引發(fā)白血病。VOCs不僅本身具有較強毒性，還是影響我國區(qū)域大氣復合污染的重要前體物和參與物，它可以和氮氧化物發(fā)生光化學反應，形成光化學煙霧；也能與大氣中的?OH、NO3-、O3等氧化劑發(fā)生多途徑反應，生成二次有機氣溶膠，對環(huán)境空氣的O3和PM2.5均有重要影響。
2 VOCs的危害分析
2.1爆炸與火災
VOCs中的脂肪烴類物質在實際生產中應用廣泛，這類物質在非高濃度的情況下不具有太大的毒性，但這類物質具有易燃和易爆的特點，進而可能增加火災或爆炸的風險。
2.2危害人體
揮發(fā)性有機化合物主要是由生態(tài)環(huán)境的自然排放和人為工業(yè)生產、生活活動排放產生的。自然排放主要是指動植物排放的有害有機物和自然火災生成的揮發(fā)性有機化合物，此類有機物進入環(huán)境中，破壞了生態(tài)環(huán)境；人為造成的揮發(fā)性有機化合物是指工廠排放、日常生活排放及其他環(huán)境排放的揮發(fā)性有機化合物。揮發(fā)性有機化合物主要包括苯、甲烷、甲醇、甲醛等，這些物質都會在不同程度不同濃度上影響人們的身體健康。如：甲烷是煤氣的主要成分，不充分燃燒時產生一氧化碳，一氧化碳會致人中毒甚至死亡，也會使人罹患癌癥；甲醇是一元醇，又名木醇或者木精，有酒精的氣味，口服可中毒，表現(xiàn)為頭暈頭痛、惡心嘔吐、視力模糊等，如服用劑量達到3克及以上時，可造成死亡。
2.3化學污染
VOCs的大量排放還會導致PM2.5和O3濃度增高，同時導致霧霾天氣和光化學煙霧等環(huán)境問題，導致環(huán)境空氣質量下降。
3 VOCs廢氣治理技術
目前國內外在對涂裝有機廢氣的治理方法種類繁多，特點各異，常用的有吸附法、吸收法、冷凝法、燃燒法、催化法等。
3.2.1吸附法：吸附法是利用多孔固體吸附材料處理氣體混合物，使其中所含的一種或數(shù)種氣體組分吸附在固體表面上，以求達到氣體分離的單元操作過程。目前國內外在吸附方法上對苯系物等有機廢氣的處理上主要采取活性炭作為吸附載體。
3.2.2吸收法：可分為化學吸收和物理吸收，但“三苯”廢氣化學活性低，一般不采用化學吸收。物理吸收是選用具有較小的揮發(fā)性的液體吸收劑，它與被吸收組分有較高的親和力，吸收飽和后經(jīng)加熱解析冷卻后重新使用。該法用于大氣量、溫度低、濃度低的廢氣。其裝置復雜、投資大，吸收液的選用比較困難，存在二次污染。
3.2.3冷凝回收法
冷凝法VOCs廢氣治理原理是：有機物質因溫度的差異而出現(xiàn)不同的飽和度，通過系統(tǒng)壓力的不斷變化，冷凝出蒸汽內的有機物或吸附濃縮后冷凝，由此凈化VOCs廢氣，除去有害成分，回收有用物質。該法用于濃度高、溫度低、風量小的廢氣處理。但此法投資大、能耗高、運行費用大，因此無特殊需要，一般不采用此法。
3.2.4燃燒法
燃燒法又分直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。
直接燃燒法是把可燃的VOCs廢氣當作燃料來燃燒的一種方法。該法適合處理高濃度VOCs廢氣，燃燒溫度控制在1100℃以上時去除效率95%以上。但這種方法不僅造成浪費還將產生的大量污染物排入大氣，近年來己較少使用。
熱力燃燒是當廢氣中可燃物含量較低時，使其作為助燃氣或燃燒對象，依靠輔助燃料產生的熱力將廢氣溫度提高，從而在燃燒室中使廢氣氧化銷毀。其過程分三步：燃燒輔助燃料提供預熱能量；高溫燃氣與廢氣混合以達到反應溫度；廢氣在反應溫度下氧化銷毀。凈化后的氣體經(jīng)熱回收裝置回收熱能后排空。
催化燃燒法是在系統(tǒng)中使用合適的催化劑，使廢氣中的有機物質在較低溫度下氧化分解的方法。催化燃燒技術是近幾十年對環(huán)保與節(jié)能的要求日益迫切的形勢下應運而生的一門新型技術。此法主要優(yōu)點有：起燃溫度低，能耗低，處理效率高，無二次污染對有機物濃度和組分處理范圍寬，啟動能耗低，并能回收輸出的部分熱能所需設備體積小，造價低。催化燃燒法的主要缺點是：當有機廢氣濃度太低時，需要大量補充外加的熱量才能維持催化反應的進行。
4 VOCs廢氣治理工程技術方案實例分析
某工程在噴漆環(huán)節(jié)產生VOCs廢氣，其VOCs廢氣具有如下特點：含有苯、甲苯、二甲苯及其它有機物，并含有漆霧，噴漆有機廢氣不經(jīng)處理直接外排將對周圍空氣造成影響。為降低有機廢氣對大氣的影響，改善環(huán)境空氣質量，保護人體健康，根據(jù)該工業(yè)噴漆工序制定了相應的VOCs廢氣處理技術方案。
4.1廢氣性質
噴涂過程中污染物主要是所產生的有機廢氣，主要污染因子為：苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴及顆粒物。一般溶劑型涂料其固體成分≤50％，含溶劑50％左右，有機物濃度相對較大，易于被活性炭吸附。
4.2VOCs廢氣治理技術方案
針對上述分析，采用吸附-催化燃燒法處理噴漆廢氣。利用過濾器去除漆霧，之后通過系統(tǒng)控制，通過蜂窩狀活性炭吸附床對其開展連續(xù)吸附，同時對吸附飽和的活性炭開展脫附。具體技術方案如下：
4.2.1漆霧過濾器
噴漆廢氣主要出現(xiàn)在工件涂裝工作臺，高壓空氣噴射的油漆大多停留在工件上，其他都隨氣流排出，成為漆霧。漆霧粉塵含量較低，顆粒較小，絕大部分直徑小于10mm。如不處理會堵塞活性炭的微孔，使其失去原有功能。因此，噴漆廢氣必須先進行粗過濾處理，一般選用紙質過濾器+過濾棉。
4.2.2吸附劑的選擇、參數(shù)設定及操作
活性炭具有比表面大、吸附能力強以及成本較低等優(yōu)勢，它是目前VOCs污染常見的吸附劑。粉末狀態(tài)的活性炭更換不易，活性炭纖維含有規(guī)則的微孔結構，具有較大的吸附容量，但容易脫落，成本較高。蜂窩狀活性炭風速高，阻力小，可以應用到大風量的低濃度廢氣吸附中。本文選擇蜂窩狀活性炭，吸附床的結構采用的為抽屜式的組裝模式，便于使用時的填裝與拆卸。
當含有機物的廢氣經(jīng)風機的作用，經(jīng)過活性炭吸附層（整齊堆放），有機物質被活性炭分子間的范德華力截留在其內部，潔凈氣體排出；經(jīng)過一段時間后，活性炭達到飽和狀態(tài)時，停止吸附，此時有機物已被濃縮在活性炭內，而有機廢氣卻達到較高的凈化效果。凈化后的氣體通過風機排向大氣，達到大氣污染物的排放標準。每套廢氣凈化處理系統(tǒng)含有三個級別的吸附床，兩套用來吸附，一套用來脫附，三套設備可以實現(xiàn)輪流操作
4.3催化燃燒設計
4.3.1電加熱室
在本方案中，加熱室僅僅提供開機時預熱氣體需要的熱量，苯催化燃燒后有大量的預熱可以利用，因此需要的熱功率較低，通過電加熱即可，不需要天然氣或液化石油氣的額外加熱。
4.3.2保溫模塊的處理
催化燃燒一體化設備內部的溫度遠遠高于常溫，需要增加保溫處理避免對工作人員造成傷害。保溫利用的保溫棉采用的材料為硅酸鋁纖維氈，依據(jù)燃燒室可能出現(xiàn)的最高溫度400℃來設計，保溫棉的厚度取值為64mm。
4.3.4阻火器的設計
阻火器由特制的多層金屬網(wǎng)組成，可阻止火焰通過，過濾掉氣體中較大的顆粒（污物），是本凈化裝置的安全裝置之一。在VOCs催化燃燒的反應器中，如果有火星的話會引發(fā)氣體火焰出現(xiàn)進而促使整個管網(wǎng)燃燒，所以阻火器的作用較大。阻火器的殼體尺寸大小與流體阻力有直接關系，通常殼體直徑為配合使用的管道直徑的4倍左右，本文設計的數(shù)據(jù)取值為D=2d，角度為60°。
5 廢氣治理的發(fā)展方向及新技術應用
5.1采用低VOCs或無VOCs的環(huán)保型涂料
采用粉末涂料、水性涂料、高固分涂料等替代有機溶劑型涂料是降低VOCs排放的最有力措施。粉末涂料烘干溫度為170℃，對車間工藝要求較高，且粉末涂料的清漆涂層外觀的平滑度仍有待提高。通過計算，涂料中的固體含量每提高10%，水性涂料相同的施工條件下VOCs排放量可以降低33%以上。
5.2改善涂裝設備，提高涂料利用率
目前涂裝工藝多數(shù)采用普通噴涂，少數(shù)采用輥涂和刷涂。普通工藝噴涂噴漆工藝存在油漆附著率較低現(xiàn)象。因此，為提高涂料利用率，可將手工空氣噴涂實現(xiàn)低壓化、靜電化，即用空氣靜電噴槍替代普通空氣噴槍；克服人為因素，采用自動靜電噴涂替代手工噴涂。
5.3變廢為寶的生物分子轉換
通過轉換生物分子變廢為寶指的是采用生物分子將VOCs廢氣之中含有的危害性成分轉換為可重新使用的成分。該種技術方式不需太多的資金耗費，運行起來也不復雜，可用于多種規(guī)模與范圍的VOCs廢氣治理，是日后值得推廣與大量使用的技術。
5.4有害物質提取與隔離法治理
這種技術旨在將VOCs廢氣中的有害物質進行提取和隔離，并將剩余氣體中的其它有機物質進行回收利用，也可以減少氣體排入大氣后對環(huán)境造成再次污染。由于投資成本大，適于VOCs廢氣含量高，提取和利用的價值較高的行業(yè)。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和技術的不斷更新，有害物質提取與隔離法治理將會被逐漸廣泛應用。
5.5利用光催化分解式治理
這是目前一種較為先進的利用催化劑在光照作用下進行分解廢氣的治理技術，其中使用最為廣泛的催化劑就是催化效果強，并且無公害的半導體材料。這種材料的催化劑價格低，安全性較高，因此應用的實踐性較為廣闊。隨著社會的進步和科技的不斷發(fā)展更新，一種更為環(huán)保和節(jié)能高效的催化材料正在興起并漸漸被人們熟知和應用，那就是新型納米材料，它的取材和用料更加的環(huán)保和安全，是化學科技在VOCs廢氣治理技術上取得的新進展和新突破。
6 結論
總之，對VOCs廢氣進行治理很有必要，而目前VOCs廢氣治理技術多種多樣，日后VOCs廢氣治理也會朝著新型技術與方向發(fā)展，它們均有著自己的優(yōu)劣勢，故在治理VOCs廢氣時，需充分結合現(xiàn)實狀況，選擇最佳的方式對VOCs廢氣進行治理，最大程度地降低污染，打造一個綠色環(huán)保的生活環(huán)境。
來源：《建筑學研究前沿》 作者：王莉 馬泳
