由於我國經濟不斷快速發展，工業生產中會產生大量的揮發性有機化合物(VOCs)，VOCs 不經過有效處理（lǐ）排放到大氣中，會產生嚴重的環（huán）境問題，影響人們的健康。今天環亞環保給您講述一下 2010 年以來工業源 VOCs治理的幾種常見方法（fǎ）(如燃燒法、低溫（wēn）等離子體法、光催化氧化法和生物法)，並且簡述方（fāng）法的優缺（quē）點、適（shì）用範圍、去除效果和存在的問題，以期為工業源 VOCs治理提供有益參考。
隨著工業化（huà）不斷發展和嚴重（chóng）的空（kōng）氣霧霾，人們越來越（yuè）關注環境空氣質量。有（yǒu）些（xiē）VOCs廢氣不但有毒，而且（qiě）還（hái）存在致癌（ái）風險，如苯和甲醛等。有些VOCs廢氣經（jīng）過光化學氧化後生成光化學煙霧和二次有機氣溶膠（jiāo），其中（zhōng）二次有機氣溶膠是（shì） PM 2.5 的重要組成部分，光化學煙霧和 PM 2.5 會形（xíng）成灰霾天氣現象，對大氣能見度產生不良影響；有些 VOCs(如氟氯昂（áng）)會直接（jiē）消耗大氣層中（zhōng）的臭氧，造成臭（chòu）氧空洞。近幾年來（lái），工業源VOCs治理技術又有了更大的發展。
1 燃燒法
燃燒法主要有直接燃燒、蓄（xù）熱燃燒（shāo）、催化燃燒和蓄熱催化燃（rán）燒四種。
直接燃燒法（fǎ）相對工藝簡單、淨化效率高、燃燒產物主（zhǔ）要（yào）是 H2O和（hé）CO2等。直接（jiē）燃燒的運行溫度一般（bān）大於 750 ℃，能耗高，還會產（chǎn）生 NOx 等二次汙染物。當 VOCs 濃度小於（yú） 1000 ppm 時（shí），僅（jǐn）靠自身燃燒產生的熱（rè）量（liàng）無法維持燃燒，需要添加輔助燃料（liào）。
蕭琦等研製出了（le）新式多蓄熱室旋轉換向蓄熱式熱氧化器，該氧化（huà）器對 VOCs 的處理效率為（wéi） 96 %，比常規熱力（lì）焚燒爐節能70 %~90 %；但是處理較高濃度 VOCs，排放不達標（biāo）。蓄熱燃燒法對實際醫藥化工有機廢氣中的甲苯、甲醇、二氯甲烷、乙醚和四氫呋（fū）喃的去除率分別為 88.0 %、94.8 %、95.3 %、96.8 %和 94.6 %，可達標排放，但也存在較多問題，如進氣口傳感器（qì）和陶瓷體易被堵塞，閥門易腐蝕等。
催化燃燒法具有燃燒溫度（dù）低(通常小於 400 ℃)，淨（jìng）化效率高，副產物(如NOx和二噁英)生成量少，對低濃度(<1000 ppm)VOCs也有催化氧化效果等優點。相（xiàng）對於單一金屬（shǔ）催化劑，複合金屬氧化物催化劑能發揮協同效應（yīng），大（dà）大提升催化性能。
現在（zài）主要（yào）使用負載型催化（huà）劑，因為催化劑的催化性能不僅取決（jué）於納米金屬離子（zǐ）的活性成分，還取決於負（fù）載材料（liào），負載材料通過影響催化劑表（biǎo）麵活性組（zǔ）分的分散度，從而影響催化劑（jì）活性。分子篩(如ZSM-5、MCM-41 和 SBA-15)是常見（jiàn）的負載材料之一，為了解（jiě）決傳統分子篩孔徑小和強烈阻礙（ài）傳質的難題，合（hé）成出了具有快速傳質（zhì）性能的介孔分子篩。
陽離（lí）子會影響介孔分子篩的催化燃燒性能，Chunyu Chen 等（děng）製備出不同陽離子負載的Pt-R/Meso-AZSM-5(A=H + ，Na + ，K + ，和（hé） Cs + )催化劑，其中Pt-R/Meso-KZSM-5在175 ℃下催化燃燒甲苯（běn）的去除率達到98 %，而且這種（zhǒng）催化（huà）劑很穩定，可以忽略水和二氧化碳對其的（de）抑製作用。
在蓄熱燃燒（shāo）法的基礎上衍生出蓄熱催化（huà）燃燒（shāo）法。姚偉卿等采用 Pd/Zr-Mn-O/載體催化劑在流向變換反應器（qì）中催化燃燒甲苯，甲苯濃度為 800~3200 mg/m3，去除率大於（yú） 96.5 %，而且催化劑的活性要比傳統固定（dìng）床的高 10%左右（yòu）。流向變換催燃（rán）燒反應器集固定床（chuáng）催化反應器和蓄（xù）熱換熱床於一體，明顯提高熱回收率。未來應開（kāi）發出高活性、高穩（wěn）定性、高機械強度、價格低廉、疏水性能和抗中毒性能良好的催化劑，提高（gāo）其催化（huà）活性。
2 低溫（wēn）等（děng）離子體法
低溫等離子體法操作條件溫（wēn）和(常溫、常壓)，處理 VOCs 種類廣（guǎng）(除鹵代烴外)，對低濃度（dù） VOCs(＜100 mg/m 3 )處理（lǐ）效（xiào）率大於90%。但是（shì）單一的低溫等離（lí）子體法產（chǎn）生較（jiào）多的二次汙染產物(如NOx、脂（zhī）肪烴、HCN、CH3CN 和O3等)，而且（qiě）能源效率和礦化率（lǜ）低（dī）。低（dī）溫等離子體協同催化劑方法能量效率（lǜ）更高，O3濃度大大降低，CO2選擇性更高，副產物種類更少和（hé）濃度更低 ，因而受到更大（dà）關注。
低溫等離（lí）子體放電的方式常見的是介質阻擋放電法。研究發現提高催化劑（jì）的臭氧分解能力、介電常數和吸附性都有助於降解（jiě）VOCs。為了（le）提高催化劑介電常數，通常用鐵電體催（cuī）化劑；為（wéi）了提高催化劑的吸附性，也（yě）可在反應器中填充（chōng）吸附劑或者將催化劑負載在吸附劑上。
催化劑表麵吸附 VOCs，增加了 VOCs 的停留時間，加大了 VOCs 分子與活性（xìng）粒子的碰撞機率，從而（ér）提高能量效率（lǜ）、去（qù）除率和CO2的選擇性。另外，催化劑的吸附性對汙染物的（de）降解途徑影響（xiǎng）很（hěn）大，催化劑吸附性較（jiào）弱，則降解過程（chéng）主要在氣相中進行；當吸附劑吸附性較強時，那麽 VOCs 先被（bèi）吸附在催化劑表麵生成中間產物，然後脫（tuō）附，再與活（huó）性粒子反應進一步氧化（huà）。
低溫等離子體協同催化劑法治理 VOCs 的突出問題是（shì）去除率與能耗之間的矛（máo）盾。另外，低溫等離子體協同催化劑法還會產生一些二次汙染物（wù），僅考慮 VOCs 降解（jiě）率也是不足的。為實現低溫等離子體協同催化劑法工業應用，在考慮能源（yuán）效率和副產物的條件下，提高 VOCs 的（de）去除率；研究副產物形成和降解機理，使降解反應更有選擇性。
3 光催化氧化法（fǎ）
光催化氧化法（fǎ）具有反應（yīng）條件（jiàn）溫（wēn）和(常溫、常壓（yā）)，無選擇性地（dì）氧化 VOCs，並同時降解（jiě）多（duō）種 VOCs，投資（zī）和運行成本低，設備和操作（zuò）簡單等優點，特別適於處理低濃度 VOCs(<1000 mg/m3)。根（gēn）據所使（shǐ）用的光源主波長，可分為紫外光催化氧化法和可見光催化氧（yǎng）化法。
TiO2是（shì）*常用的光催化劑，普遍使用的紫外光波長為 185nm、254 nm 和 356 nm，其中（zhōng）波長≤200 nm 的紫外光稱為真空紫外光。真空紫外光能產生O3，強化光催化氧化（huà）降解 VOCs，降解效果比 254 nm 波長的催化降解效果好。臭氧和光（guāng）催化氧化降解 VOCs的效（xiào）果也優於單獨的臭（chòu）氧降解。但是真空紫外光催化氧化法的（de）出氣O3濃度高，可以考慮使用對O3分解能力較高的物質摻雜 TiO2，降低出氣O3濃度。
以 TiO2為光催化劑的紫（zǐ）外光催化氧化法存在去除（chú）率和（hé）光能利用率不高等不足。因此，通過對 TiO2進行改性，使 TiO2拓寬光譜響應範圍，並且抑製光生空穴和電子複合，提高光能利用率和（hé）去除率，改性的方法有摻（chān）雜、重金屬沉積、敏化和半（bàn）導體複合等。
為了（le）克服懸浮態催化劑易聚團失活的缺（quē）點，以及提高催化（huà）劑分散（sàn）度和催化性能，催化劑通常負載在比表麵積大的材料上，如泡沫金屬材料、分子篩、和中（zhōng）空纖維膜等。針對金屬（shǔ）氧化物難以固定的問題，可將 TiO2結構做成納米（mǐ）微球形式，研究發現多孔（kǒng）納米 TiO2微球吸附能力高（gāo），能強（qiáng）化（huà）隨後的光催化氧（yǎng）化反應，並（bìng）發揮協同作用。
光催化降（jiàng）解法（fǎ）的研究方（fāng）向主要集中（zhōng）尋找（zhǎo）更（gèng）為高（gāo）效的催化劑，提高VOCs的去除率；尋找合適載體，完善催化劑固定化方（fāng）法；深入開展可見（jiàn）光催化（huà）氧（yǎng）化法研究。
4 生物法
生物法處理水溶性 VOCs 的淨化效果好，反應條件溫和，能耗小，無二次汙染，投資和運行費用低（dī）等優點，在工業（yè）上廣泛用於處理大風量、低（dī）濃度（dù）、對生物無毒性的有機（jī）廢（fèi）氣。
生物滴濾法(biotrickling filter，BTF)能有效去除中低濃度的（de）VOCs 混合氣體和包含H2S的有機廢氣，而且在（zài）瞬時工況條件下去除多組分含氯VOCs也有高度彈性。在長期運行中，生物滴濾法出現堵塞和運行性能惡化現（xiàn）象，主要宏（hóng）觀原（yuán）因是生物量（liàng）的過量累積、非均勻性分布及生（shēng）物膜活性降低。
研究發現通入微量臭氧（yǎng）明顯強化微生物的代謝活性，控製微生物生長量，減緩填料床層孔隙率減小，使生物量沿BTF徑向分布相對均勻，抑製填料層堵塞，延長了（le）BTF的（de）運行周期，提（tí）高汙（wū）染物的去除負荷和礦化率。
相較於普通的生物滴濾池來說，用（yòng）表麵活性劑和金屬離子強化後的生物滴濾池基本不（bú）會出現過量的生物累（lèi）積，這或將為處（chù）理高（gāo）濃度疏水性 VOCs 提供新的解決辦法。
膜生物反應器不僅可以克服傳統生物法(生物洗滌、生物過濾和生物（wù）滴濾（lǜ）法)傳質速率低還可以解決停（tíng）留時間長和反應器體積大等問題，適合處理低濃度、連續態或者瞬時（shí）態的VOCs混合氣。膜材料決定了膜生物反應器去除高度疏水性VOCs的性能，近年來研究的膜材料主要是疏水性聚合物中空纖維膜，如 PDMS膜、聚乙烯膜和（hé）聚碸膜（mó）等。
值（zhí）得注意的是，膜生物反應器（qì）應用於處理多組分 VOCs氣體時，存（cún）在（zài）一種氣體抑製另一種氣體降解（jiě）的現象，類似於生物滴濾池。因此，在應用膜生物反應器降解VOCs混合氣體時，需要（yào）慎（shèn）重考慮氣體混合類型及氣體之間的相互作用（yòng）。
分（fèn）配生物反應器耦合了吸附和生物降解功能，比傳統生物（wù）法具有傳質速率高、可以降解疏水性 VOCs 和（hé）吸附部分 VOCs以降低它（tā）們對微生物（wù）的生（shēng）物毒（dú）性（xìng）等（děng）優點 ，表現比較好的發展前景。
傳統生物法得（dé）到廣泛的（de）使用，但是存在傳質速率低、停留時間長和反應器體積大等突出問（wèn）題。膜生物反應（yīng）器和兩相生物反應器可以克服以上（shàng）問題，但是降解效果有待進一步提高，所以分配生物反應器發展的關鍵還在於找到安全、高（gāo）效的非水相。
隨著新大氣法的頒布（bù），VOCs排汙處罰以及（jí）公（gōng）眾對環境空氣質量的高度關注，VOCs治理領域有巨大的發展前景。燃燒法、低溫等離子體法（fǎ）、光催化氧化法和生物法是工業源中比較常見的 VOCs治理技術，然（rán）而單一的處理技術的（de）降（jiàng）解效果還不盡人意，還（hái）需要繼續深入研究。
實際應用（yòng）中普（pǔ）遍使用（yòng）兩種或以上技（jì）術的組合，以彌補單一技術的不足。因此（cǐ），在選用治理法的時候（hòu），應先根據有機廢氣的物種特性、進口（kǒu）濃度（dù）、風量（liàng）和溫濕度等條件，結合每（měi）種處理方法的（de）適用範圍、去除效果、初次投資（zī）和運營成本等，*終確定處理方（fāng）法。
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