VOC处理技术综述
摘要：本文简述了VOC定义、主要成分、来源及其危害，综述了目前几种VOC末端处理的技术方法，并对其优缺点及适用范围进行比较。
关键词：VOC；挥发性有机化合物；恶臭气体
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0098-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.057
Overview of VOC treatment technology
Chen Ruizhang
（China Resources Cement Holdings Limted，Shenzhen Guangdong 518000，China）
Abstract： This paper described VOC definition， main components， sources and harms， summarized the technical methods of several VOC terminal treatment， and compared their advantages and disadvantages and applied range.
Keywords： VOC；Volatile organic compound；Malodorous gas
1 VOC概述
VOC揮发性有机物一般是指饱和蒸气压较高（20℃下大于或等于0.01KPa）、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物。
VOC其主要成分为烃类、卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环芳烃等，特点是沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发。
VOC广泛来源于石油化工、有机化工、表面涂装、包装印刷、机动车、涂料生产、制药、溶剂使用、“三废”处理、生物质燃烧和煤炭燃烧等人为污染源和森林、植被、土壤微生物和农作物等天然污染源。
2 VOC危害
其一，VOC中的有些物质会对人体造成直接损害，引起呼吸困难、头疼、胸闷、 肺气肿等呼吸系统伤害，严重的伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。长期处于这类环境中甚至会引起神经质或忧郁症。其二，VOC破坏大气生态环境，例如，VOC碳氢化合物和氮氧化物在阳光和热的作用下会发生一系列复杂反应而形成光化学烟雾，此外还会破坏高空中的臭氧层。其三，VOC含有易燃易爆的化合物，这也给企业的日常生产带来了安全隐患。
3 VOC末端处理技术
VOC末端处理技术可分为回收处理及氧化处理两大类。
3.1 回收处理技术
回收处理VOC技术包括冷凝、膜分离、吸附、吸收等。为了获得具有足够纯度的有机物，在利用吸附、吸收和接触式冷凝等方法使气相VOC转移至固相或液相之后，还需要借助热解析、气提、精蒸馏等手段分离有机组分。
3.1.1 冷凝法
冷凝回收法是利用有机物在不同温度下，其饱和蒸气压不同，通过冷凝器降温或升压，使有机物冷凝成液体，从气相中分离出来。冷凝提取后，有机废气便可得到比较高的净化。最通用的冷凝方法有表面冷凝和接触冷凝。
冷凝法主要应用于高浓度VOC气体处理，尽管在理论上可达到很高的净化程度，但是其操作难度大，难于在常温下用冷却水来完成，需要给冷凝水降温，当浓度低至每升数百毫升时，处理成本会大大提高。所以冷凝法常作为吸附、膜分离或者其他VOC深度净化方法的前处理措施，以回收有机物，并降低后续处理的负荷。
3.1.2 膜分离法
不同气体分子通过具有选择性的膜时，其扩散渗透率不同，在膜两侧施加推动力时，有机选择渗透膜将气体分成2种物流，不能通过膜的气体为脱除了VOC的洁净空气被排放，通过膜的有机气体继续被循环冷凝。膜分离法回收VOC就是借助真空泵，在纳米级的气体分离膜两侧形成压力差，使得VOC气体透过膜，而空气透过膜的速率小得多，通常高分子膜对VOC的速率比空气高10～100倍。
膜分离法主要应用于浓度在1000mg/m3以上的VOC气体回收处理，回收率能够达致90%～99.9%。膜分离法最大的优点运化效果好，无二次污染物，回收的VOC无须后续处理。但是，膜处理技术投资运行费用高，且污染的膜被丢弃后会造成污染。分离的效率可能会受到诸如腐蚀性气体、含尘气体或气体接近露点等的影响。
3.1.3 吸附法
吸附法去除有机物是利用比表面积大，具有多孔结构的活性炭、碳纤维、沸石等吸附剂，将有机物分子截留，当废气通过吸附床时，有机物就被吸附在孔内，使气体得到净化。
吸附法主要适用于风量大、湿度低、温度低、浓度小于5000ppm的VOC气体的回收处理。VOC吸附效果的影响因素很多，吸附剂本身的物理性质、化学性质、VOC的分子结构、外界环境的温度、湿度及共存污染物等都会影响吸附法的工艺性能。
3.1.4 吸收法
吸收法有物理和化学吸收两种途径。物理吸收法是利用物理性质差异进行分离。根据相似相溶和溶解度原理，吸收剂一般选用与挥发性有机物性质相近的非极性或弱极性液体，沸点高、挥发性低且化学性质稳定，能够长期使用。常用的吸收剂有以柴油和洗油为主的矿物油、水型复合溶剂（例如水-洗油、水-表面活性剂-助剂）及高沸点有机溶剂。除易溶于水的有机挥发性气体以水或液相有机物为溶剂进行物理吸收外，其他情况以酸液、碱液为溶剂进行化学吸收。
3.2 氧化处理技术
氧化处理VOC技术包括直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧等热氧化技术以及生物过滤、生物滴滤和生物洗涤等生物降解技术，低温等离子体技术。
3.2.1 直接燃烧技术
直接燃烧也称直接火焰燃烧，是将废气中VOC组分当作燃料的处理方式，因此该法只适用于VOC浓度或热值较高的废气，其燃烧温度通常维持在1100℃左右。該方法主要处理浓度较高，不回收利用的
VOC气体，对于低浓度不适合直接燃烧的，需要浓缩后再燃烧。直接燃烧设备可采用便于使用的普通燃烧炉窑，或专用燃烧器。
3.2.2 热力燃烧技术
当废气中可燃物浓度较低，必须借助辅助燃料（如煤气、天然气、油等）来实现燃烧，称为热力燃烧。辅助燃料使温度提高到VOC气体足以完全氧化为CO2、H20、N2等无害组分对应的温度，通常为540～820℃。因此，VOC废气更像助燃气体（含氧量足够时）或燃烧的对象（含氧不足时）。可见，热力燃烧主要用于处理VOC浓度或热值较低的废气。
3.2.3 催化燃烧技术
催化燃烧法是在催化床层的作用下，加快VOC的化学反应速度，使废气中的VOC被氧化分解成CO2、H2O。与直接燃烧和热力燃烧不同，催化表面为无火焰燃烧，安全性好，燃烧温度仅200～450℃，辅助燃烧消耗少，对废气中可燃组分浓度和热值要求低，燃烧过程几乎不产生NOX。
3.2.4 生物处理技术
生物处理VOC废气是在适宜的环境条件下，附着在滤料介质中的微生物利用废气中的有机成分作为碳源和能源进行挂膜，将有机物分解成CO2、H2O，进而有效地去除废气中的VOC组分。常见的VOC生物处理技术有生物洗涤法、生物过滤法和生物滴滤法。生物处理法在处理大风量、低浓度VOC方面具有处理成分多样，无二次污染，运行费用低等优势，但其缺点是占地面积大。
3.2.5 低温等离子处理技术
等离子处理技术是在外加电场的作用下，介质放电产生的大量携能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，经过电子碰撞后的气体分子形成了具有高活性的粒子，高活性粒子对VOC分子进行氧化、降解反应，将有毒有害污染物转化为CO2、H2O等无毒无害物质。
仅仅利用低温等离子体处理VOC气体，存在矿化不够彻底、能耗较高、其降解产物成分复杂可能造成二次污染等问题。针对这些不足，人们开始关注低温等离子体协同催化、紫外线光解、生物降解和吸收等作用的效应，取得较理想的处理效果。
4 结论
VOC的污染控制技术包括源头控制和末端处理两类。在末端处理技术的选择上，不同处理技术各有其优缺点及适用性，应当根据VOC废气的物理和化学性质，选择不同的回收方法或几种方法的组合来处理VOC废气。如能回收VOC废气中的有机溶剂，不仅可以减轻环境污染，还会取得一定的经济效益；对于浓度较高的VOC废气，先使用吸收法、冷凝法等对气体进行预处理，再通过处理低浓度有机废气的方法进行后续处理，在提高处理效率的同时减少二次污染。
参考文献
[1]李长英，陈明功.挥发性有机物处理技术的特点与发展[J].化工进展，2016，35（3）：917-924.
[2]刘鹏，周湘梅.VOC的回收与处理技术简介[J].石油化工环境保护，2001（3）：39-42.
[3]季军.包装印刷行业VOC废气治理技术[J].工业，2001（13）：82.
[4]杨勇刚.VOC治理技术[J].中国化工贸易，2015，7（32）：126.
收稿日期：2018-05-16
作者简介：陈锐章（1983-），男，本科，研究方向为水处理，臭气处理，水泥窑协同处置。
关键词：VOC；挥发性有机化合物；恶臭气体
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0098-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.057
Overview of VOC treatment technology
Chen Ruizhang
（China Resources Cement Holdings Limted，Shenzhen Guangdong 518000，China）
Abstract： This paper described VOC definition， main components， sources and harms， summarized the technical methods of several VOC terminal treatment， and compared their advantages and disadvantages and applied range.
Keywords： VOC；Volatile organic compound；Malodorous gas
1 VOC概述
VOC揮发性有机物一般是指饱和蒸气压较高（20℃下大于或等于0.01KPa）、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物。
VOC其主要成分为烃类、卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环芳烃等，特点是沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发。
VOC广泛来源于石油化工、有机化工、表面涂装、包装印刷、机动车、涂料生产、制药、溶剂使用、“三废”处理、生物质燃烧和煤炭燃烧等人为污染源和森林、植被、土壤微生物和农作物等天然污染源。
2 VOC危害
其一，VOC中的有些物质会对人体造成直接损害，引起呼吸困难、头疼、胸闷、 肺气肿等呼吸系统伤害，严重的伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。长期处于这类环境中甚至会引起神经质或忧郁症。其二，VOC破坏大气生态环境，例如，VOC碳氢化合物和氮氧化物在阳光和热的作用下会发生一系列复杂反应而形成光化学烟雾，此外还会破坏高空中的臭氧层。其三，VOC含有易燃易爆的化合物，这也给企业的日常生产带来了安全隐患。
3 VOC末端处理技术
VOC末端处理技术可分为回收处理及氧化处理两大类。
3.1 回收处理技术
回收处理VOC技术包括冷凝、膜分离、吸附、吸收等。为了获得具有足够纯度的有机物，在利用吸附、吸收和接触式冷凝等方法使气相VOC转移至固相或液相之后，还需要借助热解析、气提、精蒸馏等手段分离有机组分。
3.1.1 冷凝法
冷凝回收法是利用有机物在不同温度下，其饱和蒸气压不同，通过冷凝器降温或升压，使有机物冷凝成液体，从气相中分离出来。冷凝提取后，有机废气便可得到比较高的净化。最通用的冷凝方法有表面冷凝和接触冷凝。
冷凝法主要应用于高浓度VOC气体处理，尽管在理论上可达到很高的净化程度，但是其操作难度大，难于在常温下用冷却水来完成，需要给冷凝水降温，当浓度低至每升数百毫升时，处理成本会大大提高。所以冷凝法常作为吸附、膜分离或者其他VOC深度净化方法的前处理措施，以回收有机物，并降低后续处理的负荷。
3.1.2 膜分离法
不同气体分子通过具有选择性的膜时，其扩散渗透率不同，在膜两侧施加推动力时，有机选择渗透膜将气体分成2种物流，不能通过膜的气体为脱除了VOC的洁净空气被排放，通过膜的有机气体继续被循环冷凝。膜分离法回收VOC就是借助真空泵，在纳米级的气体分离膜两侧形成压力差，使得VOC气体透过膜，而空气透过膜的速率小得多，通常高分子膜对VOC的速率比空气高10～100倍。
膜分离法主要应用于浓度在1000mg/m3以上的VOC气体回收处理，回收率能够达致90%～99.9%。膜分离法最大的优点运化效果好，无二次污染物，回收的VOC无须后续处理。但是，膜处理技术投资运行费用高，且污染的膜被丢弃后会造成污染。分离的效率可能会受到诸如腐蚀性气体、含尘气体或气体接近露点等的影响。
3.1.3 吸附法
吸附法去除有机物是利用比表面积大，具有多孔结构的活性炭、碳纤维、沸石等吸附剂，将有机物分子截留，当废气通过吸附床时，有机物就被吸附在孔内，使气体得到净化。
吸附法主要适用于风量大、湿度低、温度低、浓度小于5000ppm的VOC气体的回收处理。VOC吸附效果的影响因素很多，吸附剂本身的物理性质、化学性质、VOC的分子结构、外界环境的温度、湿度及共存污染物等都会影响吸附法的工艺性能。
3.1.4 吸收法
吸收法有物理和化学吸收两种途径。物理吸收法是利用物理性质差异进行分离。根据相似相溶和溶解度原理，吸收剂一般选用与挥发性有机物性质相近的非极性或弱极性液体，沸点高、挥发性低且化学性质稳定，能够长期使用。常用的吸收剂有以柴油和洗油为主的矿物油、水型复合溶剂（例如水-洗油、水-表面活性剂-助剂）及高沸点有机溶剂。除易溶于水的有机挥发性气体以水或液相有机物为溶剂进行物理吸收外，其他情况以酸液、碱液为溶剂进行化学吸收。
3.2 氧化处理技术
氧化处理VOC技术包括直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧等热氧化技术以及生物过滤、生物滴滤和生物洗涤等生物降解技术，低温等离子体技术。
3.2.1 直接燃烧技术
直接燃烧也称直接火焰燃烧，是将废气中VOC组分当作燃料的处理方式，因此该法只适用于VOC浓度或热值较高的废气，其燃烧温度通常维持在1100℃左右。該方法主要处理浓度较高，不回收利用的
VOC气体，对于低浓度不适合直接燃烧的，需要浓缩后再燃烧。直接燃烧设备可采用便于使用的普通燃烧炉窑，或专用燃烧器。
3.2.2 热力燃烧技术
当废气中可燃物浓度较低，必须借助辅助燃料（如煤气、天然气、油等）来实现燃烧，称为热力燃烧。辅助燃料使温度提高到VOC气体足以完全氧化为CO2、H20、N2等无害组分对应的温度，通常为540～820℃。因此，VOC废气更像助燃气体（含氧量足够时）或燃烧的对象（含氧不足时）。可见，热力燃烧主要用于处理VOC浓度或热值较低的废气。
3.2.3 催化燃烧技术
催化燃烧法是在催化床层的作用下，加快VOC的化学反应速度，使废气中的VOC被氧化分解成CO2、H2O。与直接燃烧和热力燃烧不同，催化表面为无火焰燃烧，安全性好，燃烧温度仅200～450℃，辅助燃烧消耗少，对废气中可燃组分浓度和热值要求低，燃烧过程几乎不产生NOX。
3.2.4 生物处理技术
生物处理VOC废气是在适宜的环境条件下，附着在滤料介质中的微生物利用废气中的有机成分作为碳源和能源进行挂膜，将有机物分解成CO2、H2O，进而有效地去除废气中的VOC组分。常见的VOC生物处理技术有生物洗涤法、生物过滤法和生物滴滤法。生物处理法在处理大风量、低浓度VOC方面具有处理成分多样，无二次污染，运行费用低等优势，但其缺点是占地面积大。
3.2.5 低温等离子处理技术
等离子处理技术是在外加电场的作用下，介质放电产生的大量携能电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，经过电子碰撞后的气体分子形成了具有高活性的粒子，高活性粒子对VOC分子进行氧化、降解反应，将有毒有害污染物转化为CO2、H2O等无毒无害物质。
仅仅利用低温等离子体处理VOC气体，存在矿化不够彻底、能耗较高、其降解产物成分复杂可能造成二次污染等问题。针对这些不足，人们开始关注低温等离子体协同催化、紫外线光解、生物降解和吸收等作用的效应，取得较理想的处理效果。
4 结论
VOC的污染控制技术包括源头控制和末端处理两类。在末端处理技术的选择上，不同处理技术各有其优缺点及适用性，应当根据VOC废气的物理和化学性质，选择不同的回收方法或几种方法的组合来处理VOC废气。如能回收VOC废气中的有机溶剂，不仅可以减轻环境污染，还会取得一定的经济效益；对于浓度较高的VOC废气，先使用吸收法、冷凝法等对气体进行预处理，再通过处理低浓度有机废气的方法进行后续处理，在提高处理效率的同时减少二次污染。
参考文献
[1]李长英，陈明功.挥发性有机物处理技术的特点与发展[J].化工进展，2016，35（3）：917-924.
[2]刘鹏，周湘梅.VOC的回收与处理技术简介[J].石油化工环境保护，2001（3）：39-42.
[3]季军.包装印刷行业VOC废气治理技术[J].工业，2001（13）：82.
[4]杨勇刚.VOC治理技术[J].中国化工贸易，2015，7（32）：126.
收稿日期：2018-05-16
作者简介：陈锐章（1983-），男，本科，研究方向为水处理，臭气处理，水泥窑协同处置。
