目前，VOCs對環(huán)境和人體造成了很大的危害，如何妥善回收與處理VOCs已成為人們研究的焦點問題之一。

VOCs的回收技術(shù)

VOCs回收技術(shù)主要有冷凝法、吸附法、吸收法和膜分離法。根據(jù)VOCs的物理和化學(xué)性質(zhì)，選擇不同的回收方法或幾種方法的組合來回收VOCs中的有機化合物，不僅可以減輕環(huán)境污染，還會取得一定的經(jīng)濟效益。

1冷凝法

冷凝法是最簡單的回收VOCs的方法，它是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓這一性質(zhì)，將VOCs通過冷凝器降低到有機物的沸點以下，使有機物冷凝成液滴，再靠重力作用落到凝結(jié)區(qū)下部的貯罐中，從而分離出來，裝置如圖1。通常使用的冷卻介質(zhì)主要有冷水、冷凍鹽水和液氨。該技術(shù)對于高濃度(百分之幾)、較高沸點、須回收的VOCs具有較好的經(jīng)濟效益。

該方法所需設(shè)備和操作條件都比較簡單，所回收的VOCs的純度比較高，其回收率與VOCs初始濃度、沸點有關(guān)，VOCs的初始濃度越大、沸點越高，回收率越高，但要獲得較高的回收率需采用較低溫度的冷凝介質(zhì)或采用較高的壓力。所以在實際應(yīng)用中，冷凝法常與壓縮、吸附、吸收等過程聯(lián)合使用，以吸收或吸附手段濃縮VOCs、以冷凝法回收該有機物，達到經(jīng)濟且回收率較高的目的。圖2為冷凝法與吸附法聯(lián)合回收VOCs工藝流程圖。

2吸附法

吸附法已廣泛應(yīng)用于凈化室內(nèi)空氣、大氣污染治理、石油化工等領(lǐng)域VOCs的回收處理。它分為固定床吸附法、流動床吸附法和濃縮輪吸附法。其原理是利用具有密集的細孔結(jié)構(gòu)、內(nèi)表面積比較大的粒狀活性炭、炭纖維、硅膠、人工沸石等吸附劑的多孔結(jié)構(gòu)，將VOCs組分吸附在固體表面，利用吸附劑不斷吸附、脫附的循環(huán)，達到凈化回收目的。研究表明，活性炭吸附VOCs性能最佳。吸附劑吸附VOCs的效果除與吸附劑本身性質(zhì)有關(guān)外還與VOCs的種類、濃度、性質(zhì)以及吸附系統(tǒng)的溫度、壓力有關(guān)，一般來說吸附劑對VOCs的吸附能力隨氣體分子量的增加而增加，低分壓的氣體比高分壓氣體更易吸附。

吸附法適用于中低濃度、高通量VOCs的回收，它具有去除效率高、凈化徹底、能耗低、工藝成熟、易于推廣實用等優(yōu)點，表現(xiàn)出良好的環(huán)境和經(jīng)濟效益。缺點是吸附劑的容量小，需要的吸附劑量大，設(shè)備龐大；吸附后的吸附劑不僅需要定期再生處理和更換，而且在此過程中，VOCs有散逸的風(fēng)險；由于全過程的復(fù)雜性，費用相對較高。

活性炭纖維是以有機化合物纖維(如聚丙烯、酚醛樹脂、聚乙烯醇等)為基本原料經(jīng)特殊加工制成的。它是一種很細的纖維狀物質(zhì),具有巨大的比表面積、外表面積和非常發(fā)達的微孔結(jié)構(gòu),纖維上有很多微孔可以直接與有機物接觸而不是象顆粒活性炭那樣要先通過大孔、過渡孔,才能到達微孔,因此,活性炭纖維更易于吸附低濃度的VOCs。與顆?；钚蕴肯啾?其吸附有機物的能力高出115～210倍,吸附速度也快3倍左右。由于活性炭纖維的吸附能力強,故吸附裝置可以小型化,吸附劑的用量也可以少些,降低處理費用。活性炭纖維VOCs回收裝置以活性炭纖維（ACF）作為吸收劑，處理各類工廠或設(shè)備排放的含有有機溶劑(VOCs）的廢氣，將其中的VOCs變成液體進行分離，并進行回收再利用。

3吸收法

吸收法是根據(jù)有機物相似相溶的原理，采用低揮發(fā)或不揮發(fā)溶劑對VOCs進行吸收，再利用VOCs分子和吸收劑物理性質(zhì)的差異進行分離的一種方法。通常使用的吸收劑是高沸點、低蒸氣壓的油類物質(zhì)，吸收過程是在裝有填料的吸收塔中完成的，其吸收效果主要取決于吸收劑的吸收性能和吸收設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征。

該方法適用于大氣量、中等濃度VOCs的處理，可用于回收有用成分，但吸收劑難以選取，吸收的范圍有限，而且吸收后的吸收溶液需進一步處理，有可能造成二次污染，費用也較高。

4膜分離法

膜分離法是在海水淡化研究中發(fā)現(xiàn)的一種新的高效分離方法，它與傳統(tǒng)的冷凝法、吸附法和吸收法相比，具有流程簡單，回收率高，能耗低，無二次污染等優(yōu)點，是一種非常有應(yīng)用前景的分離方法。該方法適用于中高濃度VOCs(含量高于1×10-3)的分離與回收。目前采用膜分離法可以回收脂肪和芳香族碳氫化合物、含氯溶劑、酮、醛、腈、醇、胺、酸等大部分VOCs，且隨著高效分離膜的開發(fā)和價格的降低，膜技術(shù)的應(yīng)用會越來越廣泛。

膜分離法是采用對有機化合物具有選擇性滲透的高分子膜，在一定壓力下使VOCs滲透而達到分離的目的。一般采用中空纖維膜或板式膜。圖3為膜分離流程原理圖，它分3步完成，首先將VOCs和空氣混合物壓縮，再將壓縮的混合氣流輸入冷凝器中冷卻，然后進行膜蒸氣分離。當VOCs氣體進入膜分離系統(tǒng)后，膜選擇性地讓VOCs氣體通過而被富集，脫除了VOCs的氣體留在未滲透側(cè)，可以達標排放；富集的VOCs氣體可去冷凝回收系統(tǒng)進行有機溶劑的回收。

VOCs的處理技術(shù)

1燃燒法

對于成分復(fù)雜、高濃度的VOCs，現(xiàn)在應(yīng)用較多的方法是燃燒法，它是通過化學(xué)反應(yīng)，將VOCS中的有機物轉(zhuǎn)變?yōu)镃02和H2O。目前實際使用的燃燒方式主要有直接燃燒和催化燃燒，其過程復(fù)雜并且可能包括一系列分解、聚合及自由基反應(yīng)。直接燃燒也稱為直接火焰燃燒，它是把VOCs中可燃的有機物組分當作燃料在氣流中直接燃燒，溫度一般在1100℃左右。因此，該方法只適用于凈化有機物組分燃燒時熱值較高的VOCs，因為只有燃燒時放出的熱量能夠補償散向環(huán)境中的熱量時，才能保持燃燒區(qū)的溫度，維持燃燒的持續(xù)。催化燃燒是以Pt、Pd、CuO、Ni0等作為催化劑，在較低的溫度下(150～600℃)使VOCs中的有機物可燃組分氧化分解成C02和H2O。催化劑的存在使有機物在燃燒時比直接燃燒法需要更少的保留時間和更低的溫度。但由于VOCs中含有較多雜質(zhì)，很容易引起催化劑中毒，且催化劑常只針對特定類型的化合物，因此催化燃燒的廣泛應(yīng)用在一定程度上受到了限制，也易造成二次污染。

燃燒法具有效率高、處理徹底、消除惡臭、污染小等優(yōu)點，但由于VOCs燃燒氧化的最終產(chǎn)物是C02、H2O等，因而使用這種方法不能回收到有用的物質(zhì)，且使用催化燃燒時所用催化劑成本很高，費用大大提高。

2低溫等離子體技術(shù)

20世紀70年代，人們就開始了低溫等離子體凈化VOCs的研究，目前有些已進入應(yīng)用階段，但大多數(shù)尚處于研究開發(fā)階段。多年來的研究結(jié)果表明，等離子體凈化技術(shù)是一種效率高、能耗低、適用范圍廣的污染物凈化技術(shù)。它是利用高能電子射線激活、電離、裂解VOCs中各組分，從而發(fā)生氧化等一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，將有害物轉(zhuǎn)化為無害物或有用的副產(chǎn)物的一種處理技術(shù)。目前應(yīng)用的主要有電子束輻照和氣體放電2類。

(1)電子束輻照

電子束輻照法處理VOCS的實驗研究始于20世紀90年代，主要集中在危害較嚴重的3大類VOCs：氯代烴、苯系物和多環(huán)芳烴類。其降解VOCS的原理是利用電子加速器(圖4)產(chǎn)生高速的電子脈沖，由于電子束具有較高的能量，在其作用下VOCs受到激發(fā)，產(chǎn)生原子間鍵的斷裂，形成小碎片基團和原子，電場激發(fā)的各種活性粒子與有機物分子和小碎片基團發(fā)生一系列的自由基反應(yīng)，最終把有機物降解為C02、C0和H20，從而達到治理的目的。研究表明，隨著吸收劑量增加，VOCs脫除率提高，VOCs初始濃度增大，脫除率降低，水、氧氣、氯代烴或氨的注入有助于VOCs脫除率的提高。分解過程中無廢液、廢渣產(chǎn)生，而且由于電子和活性粒子與有機物的反應(yīng)時間短，可以實現(xiàn)大流量連續(xù)操作，顯現(xiàn)出良好的技術(shù)優(yōu)勢。

電子束輻照處理低濃度VOCs，具有效率高、能耗低、使用范圍廣、處理量大、操作簡單等優(yōu)點，是新近發(fā)展起來的比較有前途的處理低濃度VOCs的方法之一。這種方法的缺點主要有：對于芳香烴類VOCs，例如某些苯系物和多環(huán)芳烴等，處理效果還不是很理想，要達到較高的脫除率需要很高的劑量以及產(chǎn)物中可能仍含有毒有害有機物等。

(2)氣體放電

氣體放電產(chǎn)生等離子體主要分為以下幾種形式：輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、頻射放電、微波放電，而研究較為活躍的是脈沖電暈放電產(chǎn)生等離子體。該法的等離子體產(chǎn)生機理與電子束輻照法基本一致，它是在2個不均勻的電極之間疊加一個脈沖電壓，由于脈沖電壓的上升前沿極陡，峰寬較窄(納秒級)，在極短的脈沖時間內(nèi)，在電暈極周圍發(fā)生激烈、高頻率的脈沖電暈放電，產(chǎn)生大量的高能電子和O、OH等活性粒子，對有害物質(zhì)進行氧化、降解，最終將其轉(zhuǎn)化為無害物。與電子束輻照法相比，該法避免了電子加速器的使用，也無須輻射屏蔽，增強了技術(shù)的安全性和實用性。但對脈沖電暈放電法處理VOCs的研究，目前大多停留在實驗室階段，一般的處理試驗裝置和工藝流程如圖5所示

國內(nèi)外的研究表明，脈沖電暈放電法治理VOCs是一種很有前途的方法，與常規(guī)技術(shù)相比具有工藝簡單、能耗低、流程短、可操作性好的特點，特別是在節(jié)能方面有很大的潛力，應(yīng)用范圍也比較廣泛，但由于它的反應(yīng)過程復(fù)雜，受到許多外在因素的影響，放電過程中有可能會產(chǎn)生聚合反應(yīng)，生成聚合物，并會生成少量不完全產(chǎn)物C0等，因此需要進一步研究完善。

3光催化降解技術(shù)

近年來，光催化降解技術(shù)去除低濃度VOCs已接近商業(yè)化使用階段。研究結(jié)果表明，許多VOCs均可在常溫常壓下光催化分解，包括脂肪烴、醇、醛、鹵代烴、芳烴及雜原子有機物等，因此，該技術(shù)有著較高的開發(fā)價值和廣闊的應(yīng)用，己成為VOCS處理技術(shù)中一個活躍的研究方向。

光催化降解VOCs的基本原理是在特定波長光照射下，光催化劑被活化，使H20生成-OH，然后-OH將VOCs氧化成CO2、H2O和無機物質(zhì)。由于氣相中具有較高的分子擴散和質(zhì)量傳遞速率及較易進行的鏈反應(yīng)，光催化劑對一些氣相反應(yīng)的光效率接近甚至超過水相反應(yīng)。日本的田中啟一和山口伸一郎等對利用紫外線光分解氣態(tài)有機物作了研究，結(jié)果表明，在氣體情況下，有機氯化物和氟氯碳在185nm紫外光照射下，進行氣相光解，2種物質(zhì)都能在極短的時間內(nèi)分解，而且有機鹵化物的分解速度大于氟氯碳；三氯乙烯幾秒鐘內(nèi)即能分解成最終產(chǎn)物CO2、Cl2、F2及光氣等；光分解產(chǎn)生的醋酸等中間產(chǎn)物可通過堿液處理或延長滯留時間等手段最終去除。

光分解VOCS主要有2種形式：一種是直接光照，在波長合適時，VOCs分解；另一種是催化劑存在下，光照氣態(tài)VOCs使之分解。常用的金屬氧化物光催化劑有：Fe203、W03、Cr203、ZnO、ZrO、Ti02等。由于Ti02的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高且無毒價廉、貨源充足，成為目前試驗研究中最常用的光催化劑之一。

光催化降解技術(shù)主要適用于低濃度(小于1000ppm)、氣量小的VOCs的處理。其優(yōu)點是反應(yīng)過程快速高效、能耗低、無二次污染，但仍存在一些缺陷，如光催化反應(yīng)量子產(chǎn)率比較低，催化劑對激發(fā)源特征波長要求苛刻，且當污染物濃度高時，需要很大的催化面積而使得其與其他方法相比變得不經(jīng)濟。

4微生物凈化技術(shù)

微生物凈化法是近年來發(fā)展起來的分解VOCs的一種方法，該技術(shù)已在德國、荷蘭得到規(guī)模化應(yīng)用，有機物去除率大都在90％以上。該方法凈化VOCs過程的實質(zhì)是附著在濾料介質(zhì)中的微生物，在適宜的環(huán)境條件下，利用VOCs作為炭源和能源，維持其生命活動，并將有機物轉(zhuǎn)化為簡單的無機物(CO2、H2O)或細胞組成物質(zhì)的過程。微生物凈化法處理VOCs一般要經(jīng)歷3個步驟：

(1)VOCs同水接觸并溶解于水中(即由氣膜擴散進入液膜)；

(2)溶解于液膜中的VOCS在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜，進而被其中的微生物捕獲并吸收；

(3)進入微生物體內(nèi)的VOCs在其自身的代謝過程中作為能源和營養(yǎng)物質(zhì)被分解，經(jīng)生物化學(xué)反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化成為無害的化合物。

根據(jù)微生物在VOCs處理過程中存在的形式，可將處理方法分為生物洗滌法(懸浮態(tài))和生物過濾法(固著態(tài))。生物洗滌法即微生物及其營養(yǎng)物配料存在于液相中，氣相中的有機物通過與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液相，從而被微生物降解，其典型形式有鼓泡塔、噴淋塔及穿孔塔等生物洗滌塔。生物過濾法是微生物附著生長于固體介質(zhì)(填料)表面，VOCs通過由固體介質(zhì)構(gòu)成的固定塔層(填料層)時，被吸附、吸收，最終被微生物降解。其典型的形式有土壤、堆肥、填料等材料構(gòu)成的生物過濾塔。生物滴濾塔則同時有懸浮態(tài)和固著態(tài)的特性。

微生物凈化法一般用于處理低濃度VOCs。其主要優(yōu)點是流程和設(shè)備較簡單，一般不消耗有用原材料，運行能耗和費用較低、安全可靠、較少形成二次污染。但由于生化反應(yīng)速率較低，使設(shè)備體積較大，且有壓力損失，對溫度和濕度變化敏感。表1表明了以上處理技術(shù)的優(yōu)劣。

總結(jié)與展望

隨著工業(yè)的飛速發(fā)展和城市化進程的加快，公眾對生活環(huán)境、工作環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，VOCs由于其高危害性也越來越受到重視，根據(jù)其物理和化學(xué)性質(zhì)，選擇不同方法來處理，不僅可以減輕環(huán)境污染，還會取得一定的經(jīng)濟效益。因此，VOCs的回收與處理技術(shù)將日趨活躍，應(yīng)用前景非常廣闊。

中國對VOCs的治理與管理相對較弱，但隨著大氣污染的日益嚴重和國家管理力度的加大，對VOCs排放的限制也日益嚴格。環(huán)保部在2013年發(fā)布《揮發(fā)性有機物(VOCs)污染防治技術(shù)政策》，在2014年出版了重點行業(yè)VOCs控制技術(shù)指南，主要涉及源頭削減技術(shù)、工藝過程控制技術(shù)、末端治理技術(shù)等細分領(lǐng)域。隨著環(huán)保法規(guī)的逐步健全，建立完善的控制管理辦法，廠家采取相關(guān)的控制措施，會有效降低大氣中的VOCs濃度，對提高人們的健康水平有深遠的意義。

編輯：張偉