浅谈VOCs治理行业的现状与发展

根据中华人民共和国生态环境部6月24日发布的《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》提出，各级生态环境部门高度重视目前对挥发性有机物的治理高度重视，加强组织实施、监测、执法、人员、资金保障等重点向VOCs治理攻坚行动倾斜，其中以京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原、苏皖鲁豫交界地区及其他O3污染防治任务重的地区作为主要工作力度监督敦促目标城市，为打赢蓝天保卫战，保障我国经济高质量发展，建设美丽中国。

挥发性有机物是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下，蒸汽压大于或者等于10 Pa且具有挥发性的全部有机化合物，通常分为非甲烷碳氢化合物（简称NMHCs）、含氧有机化合物、卤代烃、含氮有机化合物、含硫有机化合物等几大类。加强VOCs治理是现阶段控制臭氧最有效的途径之一，臭氧治理也将是我国“十四五”规划中大气污染防治的重点领域。

VOCs主要进入大气环境，容易与大气中的其他组分、臭氧分子、游离自由基发生反应，形成气溶胶及其他副产物，同时与空气中的颗粒物（PM10，PM2.5）等发生吸附等反应，是导致城市雾霾的重要前体物，严重时可能产生光化学烟雾。与此同时，VOCs对人体健康的危害极大，易对人体器官及呼吸道产生刺激，伤害皮肤组织，同时可能携带致癌致畸成分，且多数VOCs易燃易爆，安全性差。

为从源头对VOCs的产生及排放情况进行全方位把控，提高重点行业挥发性有机物综合治理效率，扩大清洁生产政策观念普及，严格落实无组织排放控制标准要求，以石化、化工、涂装、包装印刷等领域为重点，集中加强技术服务和政策解读，鼓励新型科技创新方法替代现有产生VOCs的产品原料，达到工业园区、企业自觉减排、节约资源、清洁生产，提高企业精细化管理水平。

截止至2020年10月我国各地方现行有关挥发性有机物的相关标准共80余个，涉及工业企业、印刷业、汽车制造业、医药制药业、有机化工行业、家具制造业等各个领域。随着各行各业排放标准的不断改进和细化，关于挥发性有机物的治理方式及技术也在不断革新，其中以物理法、生物法、高级氧化法及蓄热焚烧技术为主要核心方向。

物理法去除VOCs通常分为吸附法、吸收法及膜分离法，常见的吸附法是指利用吸附剂对废气中的VOCs进行吸附，达到净化空气的目的。目前的研究致力于将传统吸附剂进行一定程度的优化改良，包括酸化、负载金属离子或嫁接活性官能团等方式。实验表明AC/ZnO复合材料的吸附效率最高，对VOCs的饱和吸附量可达到400mg g-1以上；采用聚二甲硅氧烷（PDMS）改性活性炭，通过在活性炭表面负载Si-O-Si官能团，可使其具有一定的疏水性，可降低在高湿度环境下水汽对活性炭吸附材料吸附效率的影响。其他常见吸附剂包括天然黏土矿物、碳基纳米材料、金属氧化物、MOFs及高分子活性树脂等。

物理吸收法去除VOCs通常是指采用不同溶剂对工业废气中的组分进行溶解吸收，通常可采用洗涤塔或超重力反应器等方式，对废气组分进行喷淋，可对VOCs进行回收二次利用，同时可能产生二次污染问题，该方式适用于炼油厂、化工厂的油气回收。

物理膜分离法一般应用于中高浓度的VOCs分离处理，常见的膜组件通常包括平板膜、中空纤维膜及卷式膜，膜种类也可分为有机膜及无机膜，其中有机膜以陶瓷膜应用最为广泛，该工艺投资小、回收率高且能耗较低，但依旧存在冲洗难度大，存在二次污染，分离程度不高，产率低等劣势；在未来研究发展进程中，可充分考虑将膜分离技术与冷凝等其他技术相结合的方式，并针对膜组件反冲洗等结构的集成化、效率化进行改进。

VOCs生物处理法通常采用生物滤池或生物滴滤塔等形式，与其他去除方式相比，生物法投资较低，运维简单，易于操作，但依旧存在生物培养困难、处理效率低、占地面积较大的弊端，且仅限于低浓度有机废气治理领域，如何将生物法适用于高浓度VOCs治理的场合还有待研究。

高级氧化法去除VOCs是目前被应用最为广泛的处理方法之一，其中光催化氧化法、臭氧法及等离子体法等更因其处理效率高、针对性强、占地面积小等优势被大力推广应用。臭氧法是利用臭氧发生器产生的高浓度臭氧分子的强氧化性，一方面臭氧可直接氧化VOCs气体分子将其反应生成羧酸或直接氧化成二氧化碳及水，或在自由基激发剂及促进剂共存时臭氧会使反应体系产生大量的羟基自由基（·OH），从而引发链式反应产生更多其他含高氧化性的含氧自由基，利用其氧化性对VOCs气体组分进行彻底氧化去除。

低温等离子体技术是指电离度大于0.1%，且其正负电荷相等的电离气体。在外加电场作用下，电极空间的电子获得能量开始加速运动。电子在运动过程中和气体分子发生碰撞，结果使得气体分子电离、激发或吸附电子成负离子，中性气体分子在电场作用下产生离子和衍生电子，其余气体分子被电子碰撞为激发态，辐射出光子后回到基态，成为具有高活性的粒子，可对VOCs气体分子进行氧化。但国内对低温等离子技术的研究依然处于前期阶段，且安全性并未得到完全保证，因此还需针对该技术的研究空白进行进一步深入的研究，提高安全稳定性。

光催化氧化反应时利用光催化剂在特定波长光的辅助下，在催化剂表面激发产生电子空穴对，与水、氧气发生化学反应生成具有强氧化性的·OH及HO2·自由基，可将VOCs组分中的有机成分分解成无毒无害的二氧化碳、水及其他小分子物质。该工艺效率高、反应条件温和、运行维护简单、占地面积小，但存在催化剂及能耗成本较高、催化剂易失活等缺点。

近年来我国针对催化剂的改良研究正在不断推进，通过改良传统的光催化剂等，在其表面负载贵金属、其他官能团等方式，大大提高光催化剂的催化效率及使用寿命。目前TiO2/石墨烯复合材料将VOCs去除率提高了两倍以上，且表现出良好的循环性能与可再生性能；但目前研究方向下的催化剂均存在合成成本高，难以工业化应用的缺点，故在未来研究中，应针对合成工序、难度、材料稳定性等因素进行更深入的探讨研究，也可将微波、热催化、等离子技术等与光催化反应进行串联集成，以提高床催化氧化对VOCs的去除效率。

催化燃烧法可分为蓄热式催化剂焚烧炉（RCO）、蓄热式热氧化焚烧炉（RTO）和催化剂焚烧炉（CO），目前应用最多的为RCO及RTO工艺。RCO工艺具有回收能量效率高，催化反应低温的优点，热回收率高达99%，且阻力小、净化率高，启动时需利用电加热器使催化反应床温度达到250℃左右，当反应床温度达60℃以上时，高浓度废气即可发生催化氧化反应。

RTO工艺设备采用陶瓷蓄热材料吸收、释放热量；预热到一定温度（≥760℃ ）的有机废气在燃烧室发生氧化反应，生成二氧化碳和水，从而得到净化。该工艺具有能耗低，净化率高，无二次污染，运维操作简便，安全性高等优势，可广泛应用于石油及化工、油漆生产及喷漆、印刷、电子元件及电线、农药及染料、医药等领域，是当下处理VOCs气体效益较高的工艺选择之一。

综上所述，目前应用于VOCs治理的工艺方法正在不断革新，我国“十四五”规划已将VOCs治理及臭氧治理列入重点考察指标，在实现源头治理、清洁生产的前提下，再采用更高效、节能的环保工艺对VOCs气体进行末端治理，严格控制VOCs的排放。需对VOCs进行末端治理的化工园区、企业等应针对各自合成工艺、工况、VOCs类型及浓度，选择适宜的末端治理工艺，全面落实标准要求，完善监测监控体系，提高精准治理水平，确保达到国家及地方各行业大气污染物排放标准要求。同时针对在VOCs治理过程中产生臭氧分子，引发臭氧浓度超标等环境隐患应引起极大重视。

我们针对VOCs处理现状，经过系列的研发和工程实践，自主研发了“工业企业VOCs处理成套系统”，该工艺集成了“沸石转轮/活性炭吸附脱附+热力燃烧+复合处理设备”，已获得专利十余项，相关软件著作权十余项，去除效率均可达到99%以上。该系统具有以下特点：

能针对VOCs进行彻底去除，具有去除效率高、系统集成度高、自动化程度高、可远程监控等优点。

（1）多级处理，可根据废气浓度、特点进行调整，针对性强，处理效率高，可稳定达标，抗冲击负荷能力强。

（2）工艺系统各设备均做防爆处理，安全性高，运行稳定，运维费用低；

（3）系统嵌入数字化管理模式，整个工程项目可采用BIM设计，工艺设备实行装配式技术，项目采用5G边缘计算运维管理平台实施管理，全面提升环保工程项目的科技含量，提高环保工程实施效率。