VOCs处理技术

VOCs的处理技术主要分为两大类：一类是在生产环节防止或减少VOCs的排放的控

制措施，如更换掉有毒有害易挥发原料、改进生产工艺技术、使用密闭性较高的设备等

从而消除VOCs排放；第二类是在生产末端控制并消除VOCs的治理措施。虽然第

一类方法是治理有机废气污染的最佳方法，但由于目前生产技术水平的限制，不可避免

的会向环境中排放和泄露不同浓度的有机废气，因此比较现实有效的是采用第二类方法

治理VOCs的污染。末端控制技术又可分为两类，第一类是通过化学或生物反应过程使

VOCs氧化分解为无毒或低毒物质的破坏性方法。第二类通过采用物理方法将VOCs回收的非破坏性方法，此类方法不仅能有效控制VOCs的排放，而且回收利用能够节约资源，

带来经济效益，目前越来越受到人们的关注。

对于末端控制技术目前国内外常见的有：燃烧处理技术，吸附技术、吸收技术、冷凝技术及膜分离技术等。

1.2.2.1 燃烧处理技术

燃烧处理技术是一种利用VOCs的可燃性进行消除处理的技术。气体废气进入燃烧

室后，在一定温度下通入过量空气，进行燃烧，最终分解成H2O和 CO2。燃烧处理技术

根据燃烧温度和方式的不同分为直接燃烧和催化燃烧。

直接燃烧法是将VOCs直接通入到燃烧室中进行高温燃烧的方法。由于使用VOCs

气体作为燃料燃烧，因此一般适用于高浓度以及尾气温度较高的VOCs气体处理，直接

燃烧法燃烧室温度一般高于1000℃,若温度不够需添加一定的辅助燃料。燃烧后的废气

温度较高可进行热利用回收部分热量。直接燃烧法若处理一些含 S、N 等物质的气体，

则会造成二次污染，还应考虑对燃烧后的气体进一步进行处理。另外，直接燃烧法由于

存在明火，在绝大部分化工等企业不能使用。

催化燃烧法是指在较低温度下，通过催化剂的作用使VOCs气体彻底氧化分解，从

而使气体得到净化的一种处理方法。催化燃烧法不仅大大降低了处理温度同时其不存在

燃烧火焰，安全性好,较直接燃烧法适用性广。同时处理温度较低，大量减少了NOX的

产生。目前用于处理VOCs的催化剂主要为金属催化剂(如Pt、Pd、Ti、Fe、Cu 等)。

Rubén Lopéz等人研究表明 Pt/H-Beta 和 PdO/H-Beta 催化剂对氯化烃类VOCs气体具有

。M. A. Centeno 等人通过研究发现 Au//TiOxNy催化剂对已烷、苯和丙醇等有机气体具有较好的催化作用[。催化燃烧其缺点是对处理气体条件要求严格，若气体中含有浮灰或雾滴则会影响催化剂寿命和处理效率，同时气体中不能含有能使催化剂中毒的物质，如 S、P、As 等。

吸附-催化燃烧技术是通过把吸附技术和催化燃烧技术结合而成的一种新技术，对于

低浓度、风量大、温度低的VOCs气体，若直接进行催化燃烧则需消耗大量的辅助燃料，

而先通过吸附技术富集一定量的有机物，然后通过热空气吹扫，则会为催化燃烧创造大

量高浓度的VOCs气体，此时进行催化燃烧不需要补充热量，同时缩短了处理时间。如

图1-1 为回转式吸附浓缩-催化燃烧工艺流程。

图1-1 回转式吸附浓缩-催化燃烧工艺流程

Fig. 1-1 Rotary adsorption concentrated – catalytic combustion process

1.2.2.2 吸收技术

吸收技术是利用吸收剂与废气进行充分接触从而将其中的可溶于该吸收剂的VOCs

组分从废气中分离的过程。吸收技术的主体单元通常采用喷淋塔、填料塔等能使气

液相良好接触的设备。吸收技术回收VOCs工艺主要有常压常温吸收技术和常压低温吸

收技术。在常压低温吸收技术中，吸收剂的冷却后的温度通常要控制在较低的温度(如

243K)下，由于其需要增加一套制冷系统，相比常压常温吸收技术，其能耗较高。

吸收技术回收VOCs工艺的关键是吸收剂的选择，针对不同的VOCs气体，应选择

合适的吸收剂从而达到更有效的分离效果。OZTURK 等研究了植物油和润滑油及水吸

收苯、甲苯、四氯化碳和甲醇气体的实验，结果表明：当使用油类作为吸收剂的时候，

甲苯/苯、四氯化碳和甲醇的吸收率分别为95％、90％、80％和70％。若使用水作为吸

收剂，当甲醇浓度低于1.34 g/m3时，效果较好，并且水的吸收率会随着进气速率和甲醇浓度的提高而减小。廖昌建等研究了WS 柴油馏分作为吸收剂对油气进行吸收的工艺

条件，通过采用Box-Benhnken 中心组合实验的设计原理，利用拟合数据得到了最佳工

艺条件：液气比 56.25 L/m3、吸收温度10.6 ℃、理论板数 3 块，油气中烃类回收率达到98.4％。

吸收技术在处理高浓度、大流量VOCs气体时具有明显优势，其设备简单，投资及

运行成本低，维修方便。但若要控制很低的VOCs排放浓度，对吸收剂和吸收塔的要求

将大大提高.导致设备投资及运行成本剧增。因此，采用吸附-吸收联合技术能弥补这一

缺陷。吸附-吸收法联用回收VOCs的工艺是首先通过吸附剂将VOCs气体富集，然后通

过真空泵将吸附剂解析，得到的高浓度气体通过吸收塔吸收，未吸收完全的气体循环进

入吸附罐吸附。该工艺的使用不仅保证了无有机气体排放而且使得设备负荷大大减小，

降低了投资和运行成本，图1-2 为采用吸附-吸收法回收油气的工艺流程。

图1-2 吸附-吸收法回收油气的工艺流程

Fig. 1-2 Absorption – assimilation of oil and gas recovery process

1.2.2.3 生物处理技术

生物处理技术是利用微生物将VOCs气体降解或转化为无害或低害类物质的过程。与其他处理技术相比，生物处理技术用于处理VOCs的主要优点是：设备投资少、

运行成本低、不产生二次污染。生物处理技术的基本原理是：生物洗涤塔的多孔填料表

面覆盖有生物膜，VOCs经过填料床层时，通过扩散接触，有机分子被传递到生物膜内与其中的生物相发生一系列生物化学反应,最终降解为无机成分,如 CO2、H2O 和中性盐，

达到净化效果。如图1-3 为生物处理技术工艺流程图。除含氯较多的有机分子难以降解

外，生物处理技术能降解几乎所有的有机分子，其去除率能达到95%。但生物处理技术

处理能力较低，不适合处理高浓度和大风量的气体，其次生物处理技术不能对VOCs进

行回收，因此该技术一般用于处理恶臭类有机废气。如采用生物处理技术处理储存饲料

散发的臭气和氨气,从上世纪70年代荷兰、德国等一些欧洲国家就采用该技术处理上述

物质，其处理负荷为 250~380m3/h。同时一些污水处理厂排放的臭气也通过利用生物

洗涤塔处理净化。

图1-3 生物处理技术工艺流程

Fig. 1-3 Biological treatment process

1.2.2.4 膜分离技术

膜分离是近年来发展的一种新型分离技术，其原理是使用对VOCs具有渗透选择性

的聚合物复合膜。该膜对有机气体的渗透程度是空气的10～100 倍。当有机气体与膜材料表面接触时,有机分子可以透过膜，从废气中分离出来。气体达到膜需要一定的推动

力，可通过在膜的进料侧使用压缩机或渗透侧使用真空泵来实现。

常用的VOCs的膜分离技术包括：蒸汽渗透(vapor permeation，VP)、气体膜分离(gas

membrane separation，GMS)和膜接触器(membrane eontaetor)等。

蒸汽渗透工艺(VP)是一种依靠膜材料对气体组分的选择性来实现气相分离的工艺，

其分离原理与渗透汽化工艺类似。由于渗透过程温度不高且不存在相变，因此蒸汽渗透

比渗透汽化更节能且更高效。蒸汽渗透工艺常用的膜材料是能使VOCs优先透过的硅橡

胶膜。D.Bhaumik 等利用聚丙烯中空纤维底膜脱除废气中的甲醇、甲苯、丙酮以及氯

仿，实验能达到较好的效果。M.Leemann 等采用自行研制的聚二甲基硅氧烷(PDMS)

中空纤维半渗透膜分离气体中甲苯、二甲苯及丙烯酸等组分，发现VOCs在膜上的通过

量是空气的 100 倍以上，和硅橡胶皮层膜对比，其对VOCs的选择性有较大的提高。

气体膜分离(GMS)是利用VOCs中各组分在推动力作用下透过膜的传质速率不同

而实现分离的目的。K.Ohlrogge 等利用 GKSS 膜-平板膜回收在汽车加油过程中所挥发

的汽油，实验采用面积大于12m2的膜时，汽油的回收率大于99%。

膜接触器常用于膜基吸收法中，其原理是利用中空纤维微孔膜，而膜的两侧分别流

动着需要接触的两相介质，这样使得两相的接触发生在膜孔内或膜表面的界面上，避免

两相的直接接触，防止乳化现象的产生。对于膜基吸收法其吸收剂的选择较为重要，

直接决定其的选择性的大小，膜基吸收与其他膜分离技术相比，由于不需通过膜，因此

只推动力要求较低，只需低压使得两相流体各自流动，并保持稳定的接触界面。G. Obuskovic 等将变压吸附理论用于膜基吸收。由于在膜接触器壳程中有机废气的分压远

远小于管程的分压，为了是有机废气间歇性的进入膜管内，当管内压力降到与壳程分压

相近时，再通入废气，这样操作增加了接触时间从而提高了机废气的吸收效果。

膜分离技术回收VOCs，具有回收率高,操作简单、运行成本低、无二次污染等优点。

但膜分离技术固定设备投资费用较高，一般作为高浓度有机废气的预处理单元。

1.2.2.5 吸附技术

吸附技术在目前VOCs治理中应用范围最广 。与其它技术方法相比具有净化率

高、能耗低、工艺简单、投资较低等优点。吸附技术处理VOCs的关键是吸附剂。对吸

附剂的要求是具有密集的细孔结构，孔隙内比表面积大，化学性质稳定，耐酸碱、耐水、

耐高温高压，强度高、压降小等。常用的吸附剂包括活性炭、活性氧化铝、硅胶、人工

沸石等。活性炭由于其具有高度发达的孔隙结构和极大比表面积，是首选的吸附剂。通

常，活性炭的孔容积达 0.2～1.0cm3/g、比表面积达到300~3000m2/g，与其他商用吸

附剂相对比，如：沸石、分子筛、活性氧化铝、多孔黏土矿石和硅胶等，活性炭具有更

大的吸脱附容量和更快的吸附动力学性能。