摘要：本文簡述了VOCs 定義和危害，對比分析國內外各類VOCs 治理技術應用狀況，分析了兩大類共10 項VOCs 治理技術（冷凝法、吸收法、吸附法、膜分離法、直接燃燒法、熱力燃燒法、催化燃燒法、生物降解法、光催化氧化法、等離子體技術）原理、
適用條件、優(yōu)缺點及處理效果。針對石化、印刷、汽車制造、汽車維修、家具制造等典型行業(yè)通過實際應用案例效果對比，給出VOCs 治理技術選擇建議，并分析了VOCs 治理技術發(fā)展應用趨勢。
揮發(fā)性有機化合物（VOCs）對環(huán)境和人類健康危害巨大，是產生光化學反應和PM2.5 的重要前體物，VOCs 含量較低時會使人身體出現(xiàn)不適癥狀，含量過高時會直接導致人體死亡，VOCs 治理已經成為全社會高度關注的環(huán)境問題之一。
1 VOCs定義及危害
1.1 VOCs定義
不同機構對VOCs 的定義不同。較普遍的定義為：常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點在260℃以下的有機化合物。世界衛(wèi)生組織將其定義為：除農藥外，沸點在50 ～ 260℃之間的有機化合物；歐盟定義為20℃下，蒸氣壓大于0.01kPa 的所有有機化合物；美國國家環(huán)保局定義為參與大氣光化學反應的所有含碳化合物。
1.2 VOCs的危害
VOCs 的成分包括脂肪烴、芳香烴、醇、烯、醛、酮、酸、酯、酚、醚、胺、腈、鹵代類和環(huán)氧化合物等各類有機物。醇、醚、酸、酚、胺、芳香烴、鹵代化合物具有刺激性氣味或臭味；酮、醛、酸、酯、脂肪烴是形成光化學煙霧或霧霾的前體物；部分烴類在大氣中可以與氧自由基反應，不斷消耗臭氧，可導致大氣臭氧層損耗；多數(shù)VOCs 易燃。有刺激性氣味或惡臭類的VOCs 會直接對人類嗅覺、呼吸道、肺部造成傷害；醛、含硫化合物、含氯化合物對皮膚、眼睛有傷害；醛、烯、烷烴、苯系物會對血液、神經系統(tǒng)、肝腎臟產生傷害，有些苯系物會致癌、致畸形、致突變。
2 VOCs治理技術特性分析
2.1 VOCs治理技術分類及應用情況
VOCs 末端治理技術可分為兩大類，一類是回收利用技術，主要包括冷凝法、吸收法、吸附法、膜分離法。另一類是銷毀技術，主要有燃燒法（包括直接燃燒法、熱力燃燒法、催化燃燒法）、生物降解法、光催化氧化法、等離子體技術。目前，國內外VOCs 治理技術市場應用情況如圖1 所示。
國內吸附法使用最多，市場占有率為38%，其次是催化燃燒法，占22%，生物降解法在南方地區(qū)應用較多，占15%。國外市場占有率最高的前3 項技術分別為：生物降解法占29%，催化燃燒法占29%，吸附法占16%。
為提高VOCs 處理效率，常使用組合技術，如針對低濃度廢氣常使用吸附濃縮+ 熱氣流吹掃再生+ 熱力燃燒，吸附濃縮+ 冷凝回收、等離子體+ 光催化氧化；針對中高濃度廢氣可使用活性炭纖維吸附+ 等離子體或光催化氧化；針對高濃度廢氣可以采用冷凝回收+ 吸附技術等。
2.2 典型VOCs治理技術特性分析
2.2.1 吸附法
吸附法利用吸附劑與污染物（VOCs）進行物理結合或化學反應將污染物去除，適用于中、低濃度VOCs 凈化。優(yōu)點是普適性高、易操作；缺點是不適用于高濃度、高溫、高濕有機氣體，吸附材料需要定期更換。VOCs 去除率隨吸附劑使用時間而變化，一般在30% ～ 90% 之間。
常用吸附劑有活性炭和分子篩，活性炭對水吸附性很強，如果濕度大于60% 則不適合使用，沸點高于120℃的廢氣也不適用，易發(fā)生燃燒或爆炸危險。分子篩經過人工改性可以提高疏水性，并增強對指定VOCs 的去除效果，耐高溫性比活性碳好。按照吸附劑固定方式的不同，可分為固定床吸附法、流動床吸附法、濃縮轉輪法。
2.2.2 冷凝法
冷凝法是將廢氣降溫至VOCs 成份露點以下，使之凝結為液態(tài)后回收的方法。多適用于高濃度（VOCs 濃度≥ 5000ppm）、單一組分有回收價值的VOCs 處理，處理效率在50% ～ 85% 之間，當VOCs 濃度≥ 1% 時，回收率可達到90%。優(yōu)點是效率高，可回收組分；缺點是成本高、耗能大。冷凝法常協(xié)同其他技術一起使用，如將吸附、洗滌等作為前處理步驟。
2.2.3 吸收法
吸收法是廢氣和洗滌液接觸使VOCs 去除的方法，之后再用化學藥劑將VOCs 中和、氧化或反應掉。適用于高水溶性VOCs，不適用于低濃度氣體。VOCs 去除率可達80% ～ 90%。優(yōu)點是可去除氣態(tài)VOCs 和顆粒物，傳質效率高，對酸性氣體可以高效去除；缺點是有后續(xù)廢水處理問題，維護費用較高。
2.2.4 膜分離技術
膜分離技術是利用人工合成膜，常用多孔玻璃態(tài)高分子材料形成分子篩膜，來回收揮發(fā)組分。適用于高濃度VOCs 分離，回收效率可達90% ～ 99%。優(yōu)點是高效、精細化程度高、可回收組分，可集成其他技術；缺點是成本高、存在膜污染、膜的穩(wěn)定性差，膜的通量小。
2.2.5 燃燒法
燃燒法是將廢氣VOCs 直接燃燒去除的凈化方式，根據(jù)燃燒設備和使用材料不同，可分為直接燃燒法、熱力燃燒法和催化燃燒法。三種燃燒法特性對比見表1。
2.2.6 生物降解法
生物降解法是利用微生物對廢氣中的污染物進行消化代謝，將污染物轉化為無害的水、二氧化碳或其他無機鹽類。生物降解法適用于微生物可以分解的親水性有機物，包括碳氫氧組成的各類有機物、簡單有機硫化物、有機氮化物，硫化氫或氨氣等無機物。適合中、低濃度、中等風量的VOCs 去除，一般去除可達90%。優(yōu)點是條件溫和、常溫常壓，設備簡單、維護方便、無二次污染；缺點是占地較大，受氣候影響大，受工況變化影響大，前期調試時間較長。
2.2.7 光催化氧化法
光催化氧化法是使用光催化納米粒子，在一定波長光照情況下（通常為紫外光），生成電子空穴對，將催化劑表面吸附的水分解為氫氧基，電子使周圍的氧還原為活性氧，兩者均具有非常強的氧化還原能力，將周圍的有機廢氣氧化，達到污染物降解效果。該方法適用于低濃度（通常<1000mg/m3）、大風量的有機廢氣處理。優(yōu)點是能耗低、初始投資和運行費用較低、氧化比較完全；缺點是廢氣需要預處理，避免覆蓋TiO2 使催化劑失活，需要紫外光源，能源利用率有待提高。一般VOCs 去除率在50% ～70%。
2.2.8 等離子體技術
等離子體技術是在強電場下，氣體放電形成高能電子、離子、激發(fā)態(tài)原子、及自由基，最終形成各級激發(fā)態(tài)氧等離子體和臭氧，作用于VOCs，將其氧化、離解成CO2、CO、H2O 等小分子物質。該方法適用于低濃度（通常<500mg/m3）、大風量有機物凈化，也可凈化室內空氣。優(yōu)點是可低溫去除VOCs、運維容易、裝置簡單、開啟方便；缺點是電源決定電子能量和最終處理效果，廢氣要預處理，并注意放電安全。VOCs 去除率一般為50% 左右。一般情況下應根據(jù)廢氣濃度、流量、特征污染物種類、去除率要求選取合適的處理技術或技術組合。同時還應綜合考慮設備成本、運行成本和維護成本等因素。
3 典型行業(yè)VOCs治理技術選擇
控制VOCs 要關注源頭減排（原料替代）、過程控制（廢氣收集、防泄漏）、末端治理三個主要環(huán)節(jié)。
3.1 石化行業(yè)
石化行業(yè)排放VOCs 成分復雜，一般包含烷烴、烯烴、硫醇、硫醚、多環(huán)芳烴等。全國及北京石化行業(yè)VOCs 排放均占首位。北京石化行業(yè)VOCs 排放占全市VOCs 排放總量14.1%，占工業(yè)VOCs 排放51.6%，石化行業(yè)主要排放環(huán)節(jié)見表2。
在總排放量中，各類有組織排放占52% 左右，無組織排放占48%，因此使用氣體泄露與檢測技術（LDAR 技術）可以有效降低石化行業(yè)VOCs 排放。針對儲罐等排氣的回收一般可以采用壓縮+ 吸附法、冷凝+ 吸收法、吸收+ 冷凝法等。對于銷毀類VOCs 可以根據(jù)情況優(yōu)先考慮選擇分子篩吸附+ 蓄熱式催化燃燒法，空曠條件下，符合環(huán)保標準也可以采用直接燃燒法。其他化學工業(yè)、合成材料行業(yè)可參照石化行業(yè)選擇VOCs治理技術，但要結合企業(yè)規(guī)模和污染物排放特性選擇適合的VOCs 治理技術。
3.2 印刷行業(yè)
印刷行業(yè)VOCs 排放途徑主要有：油墨調配過程溶劑揮發(fā)、印刷過程油墨溶劑揮發(fā)、烘干階段、復合過程及設備清洗過程等。印刷行業(yè)排放VOCs 有醇（異丙醇、乙醇、丁醇）、酮（丁酮）、醚（丙二醇甲醚等）、酯（乙酸乙酯、乙酸丁酯等）、芳香烴（甲苯）等。北京市印刷行業(yè)VOCs 排放占總量2.1%。
印刷行業(yè)VOCs 治理主要考慮：①控制原輔材料VOCs 含量。環(huán)保型原輔材料主要有輻射固化油墨、水性油墨、植物基油墨和水性膠黏劑四種；采用適用于高速輪轉平版印刷機的無醇或低醇潤版液、專用油墨清洗劑也可降低印刷行業(yè)VOCs 排放量。②密封原料供應系統(tǒng)。采用密閉容器和管道調配、輸送原料，減少原料貯存、配制及供應過程VOCs 逸散。③建立VOCs廢氣收集系統(tǒng)。建立印刷、烘干和復合工序廢氣收集系統(tǒng)，增加VOCs 廢氣捕集率，減少無組織排放。④選用合適的VOCs治理技術。印刷行業(yè)不同技術應用案例對比如表2，綜合對比情況，采用吸附+ 等離子體或光催化氧化組合處理技術，技術經濟性和VOCs 治理效果較好。生物降解法逐步降低初始投資后也會有較好的應用前景。
注：初始投資與企業(yè)規(guī)模緊密相關，僅供參考。
3.3 汽車制造行業(yè)
汽車制造行業(yè)一般采用電泳底漆、中涂、面漆3 層涂層體系，其底漆采用水性環(huán)氧樹脂陰極電泳底漆，基本不含有機溶劑，中涂和面漆主要使用氨酯漆、丙烯酸漆和聚酯漆等涂料，有機溶劑含量較高，大約80% ～ 90% 的VOCs 是在噴漆室和流平室排放，20% ～10% 的VOCs 隨車身涂膜在烘干室中排放。北京汽車制造行業(yè)VOCs 排放占總量1.4%。汽車制造行業(yè)VOCs組分主要包括苯系物（甲苯、乙苯、間，對- 二甲苯、），占比最高可達33% ～ 64%，醇（異丙醇、正丁醇、異丁醇）、酯（乙酸乙酯、乙酸丁酯）、酮（甲乙酮、丙酮）等。
汽車制造行業(yè)正在推廣的環(huán)保涂料包括高固體份涂料、水性涂料、粉末涂料。部分企業(yè)已采用免中途工藝，可使單位涂裝面積的VOCs 排放量降低50% 以上。針對末端治理VOCs，采用沸石轉輪濃縮吸附+ 蓄熱式熱力燃燒可以有效將噴漆室大風量（150000Nm3/h 左右）、低濃度（通常100mg/m3 以下）VOCs轉化為小風量（12000 Nm3/h）、高濃度VOCs，脫附溫度一般為200 ～ 220℃，沸石轉輪濃縮倍數(shù)可達25 倍，VOC 去除率可達95% 左右，效果很好。采用活性炭纖維吸附+ 催化燃燒也可以取得較好的治理效果。
3.4 汽車維修行業(yè)
汽車維修行業(yè)VOCs 排放主要產生在噴烤漆房，VOCs成分和汽車制造行業(yè)相似，但排放時間不連續(xù)，排放總量相對較小。北京汽車維修行業(yè)VOCs 排放占總量0.7%，隨著
汽車普及率不斷提升，該行業(yè)發(fā)展較快， VOCs 排放須高度重視。
汽修行業(yè)典型技術組合應用效果見表3。只采用活性炭吸附技術，在保障按期更換活性炭的情況下，可以取得80% 以上的VOCs 去除率，目前活性炭再生還受到限制，只使用活性炭吸附技術，年運行費用約10 ～ 30 萬元（隨規(guī)模不同而不同）。采用等離子體或光催化氧化技術與活性炭吸附相結合的方式，VOCs去除率比較理想，技術經濟性也較好。
3.5 家具制造行業(yè)
針對家具制造等由噴漆產生VOC 排放的行業(yè)，采用等離子體或光催化氧化與活性炭吸附相結合的方式，VOCs 去除效果也比較理想。
4 VOCs治理技術發(fā)展趨勢
隨著全社會對VOCs 治理要求不斷提升，各種VOCs 治理技術也在快速發(fā)展。生物降解技術以良好的環(huán)保特性和溫和的使用條件正在受到更多關注。在針對高濃度廢氣和較難生物降解物質培養(yǎng)專屬菌種并優(yōu)化其生存條件方面已經取得積極進展，提高疏水性、改善生物濾料、填料物理特性和使用壽命等方面正在攻關。隨著生物降解技術不斷完善，生物降解技術應用前景將更廣闊。分子篩吸附針對性強，使用條件比活性炭寬泛，易于再生處置，該技術也將得到不斷推廣應用。隨著等離子體電源和光催化氧化光源技術的發(fā)展進步，上述兩項技術市場應用也將得到較大提升。
