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研究大气环境中挥发性有机废气的治理技术

2024-10-22 63 上传者：管理员

摘要：在大气环境中，挥发性有机废气（VOCs）一直是对大气环境造成严重污染的主要气体，通过合理应用治理技术对VOCs进行治理，可有效降低VOCs造成的影响，增强大气环境治理的效果。基于此，对大气环境中VOCs的治理技术进行研究，具体阐述VOCs治理的重要性、难点和治理技术应用要点。

关键词：
VOCs
大气污染问题
大气环境
挥发性
治理技术
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挥发性有机废气（VOCs）是导致大气污染问题的主要废气类型之一，如果未积极有效地做好大气污染问题的治理工作，很容易对当地的居民生活、生产劳动等产生严重影响，不利于社会经济的可持续发展。为此，切实做好VOCs的治理工作，解决VOCs治理中存在的问题，促进地区社会经济发展。

1、大气环境中VOCs治理的重要性

1.1 优化生态环境

在大气环境中，一旦VOCs积累过多，就会对生态环境造成严重破坏。通过对VOCs的科学治理，可以优化生态环境。

首先，VOCs在未经处理的情况下，会与空气中的氮氧化物反应，生成臭氧和细颗粒物，导致城市能见度的下降，所以要采用先进的收集与处理技术减少由工业生产、汽车尾气以及日常生活中释放的有害气体量，可以在源头上控制和减少这些有害物质的生成，从而提高空气质量[1]。以安徽省为例，VOCs主要来源于化工厂、油漆生产、印刷和汽车制造等行业，这些VOCs不仅包含多种有害物质，还可能形成更为危险的二次污染物，如臭氧和细颗粒物，严重影响大气质量和公众健康。根据安徽省环保部门的数据，2019年地面臭氧浓度高于国家二级标准的天数明显减少，这与近年来加强VOCs治理有着密不可分的关系。

其次，从长远发展来看，VOCs在大气中的反应，还会产生一系列的气候活性化合物，如甲烷和其他温室气体，这些化合物是导致全球变暖的重要因素之一。通过有效治理VOCs，可以减少这些温室气体的产生，从而减缓全球变暖。

最后，许多VOCs及其衍生的二次污染物质会对水体、土壤产生直接或间接的负面影响，危害动植物的生存和繁衍。例如，臭氧会抑制植物生长，导致作物产量减少，进而影响食物链和生物多样性。通过控制这些VOCs的排放，可以保护自然生态系统，维持生物多样性，确保自然资源的可持续利用。

1.2 维护公共健康

大气环境中的VOCs会对公众的健康和生活造成较为严重的影响。对VOCs进行有效治理，才能切实维护公众健康，防止污染物对人体造成伤害。

首先，VOCs通过呼吸道进入人体，可能引起或加重呼吸系统疾病，如果长期暴露于高浓度的VOCs环境中，还可能导致肺功能下降或其他严重的肺部疾病。此外，某些VOCs如苯、甲醛等被世界卫生组织确认为致癌物质，与多种癌症的发生有直接关系。通过采取有效的控制措施，才能减少这些有害气体的排放，从而降低健康风险。

其次，VOCs在大气中反应生成的臭氧和细颗粒物同样会对公众健康构成威胁。臭氧是一种强氧化剂，会刺激呼吸道，引发哮喘和其他呼吸道疾病。而细颗粒物则会深入肺部，引发肺部炎症，长期暴露在细颗粒物污染空气中甚至会引发心血管疾病。VOCs是形成臭氧和细颗粒物的重要前体物，这些污染物与多种呼吸系统疾病和心血管疾病密切相关。做好相关的处理工作，可以减少VOCs的生成，提高空气质量，维护公众健康安全。

最后，生活在空气质量较差地区的居民经常出现疲倦、头痛、注意力不集中等症状，这些症状可能与空气中的VOCs有关。因此，治理大气环境中的VOCs，不仅能减少疾病的发生，还能提高人们的工作效率和生活满意度，从而提升整个社会的健康水平。

1.3 推动经济发展

VOCs的治理不仅关系到环境保护，还关系到经济的可持续发展。做好VOCs的治理工作，可以减少经济发展过程中可能出现的环境问题，防止对经济发展造成阻碍，从而促进经济健康可持续发展。

首先，随着环境法规的出台和公众环保意识的增强，在处理污染问题的过程中，对VOCs减排技术和设备的需求逐渐增加，环保企业可以通过研发和销售这些技术和设备来扩大业务范围和市场份额，推动环保技术的创新和工业升级，从而在全球环保市场竞争中占据更有利的地位。

其次，随着环保标准的提高，高污染、高排放的传统行业将面临更大的转型压力，这种压力可以促使企业采用更清洁、更高效的生产技术，从而推动产业向更环保、更可持续的方向发展。同时，新兴的环保技术和行业的发展能够为经济增长提供新的动力，增加就业机会，改善劳动力市场[2]。

最后，通过污染问题的有效处理，可以有效发挥地区的生态优势，营造地区品牌，发展地区旅游业经济。例如，安徽省作为中国历史文化名省，拥有丰富的自然和文化旅游资源，环境质量的提升使黄山、九华山等旅游景区的游客满意度提高，旅游业收入稳步增长。近年来，随着空气质量的持续提高，安徽省的旅游业年增长率达到8%。

2、大气环境中VOCs治理的难点

2.1 技术难题

在进行VOCs治理的过程中，存在着较多的技术难题，只有积极攻克相关的技术难点，才能保证废气治理的效果。

首先，VOCs种类繁多，化学性质各异，包括烃类、醇类、酮类和酯类等多种有机化合物，每种物质的挥发性、毒性、反应活性及溶解性都有所不同。在这种情况下，治理技术必须具有高度的适应性和灵活性，才能有效处理各种类型的VOCs。然而，目前许多治理技术，如吸附、吸收和催化燃烧等，在处理某些特定类型的VOCs时效率可能不高，或者无法处理混合型VOCs，很容易对技术应用效果和废气处理效果造成一定的影响。

其次，在许多排放源中，如汽车尾气和工业排放中，VOCs浓度较低，这会使废气的处理和净化更加困难。同时，某些VOCs在环境中易于发生光化学反应，形成新的污染物，不仅增加了治理的复杂性，还可能导致二次污染[3]。

最后，虽然市场上存在许多成熟的VOCs处理技术，如活性炭吸附、光催化和生物滤床等，但这些技术往往需要高昂的初始投资和运行维护成本，导致相关技术难以得到有效应用。同时，一些传统的VOCs处理技术可能会使用有害化学品，或在处理过程中产生有毒副产品，对环境造成新的负担。

2.2 治理成本

一直以来，受VOCs的差异性、多样性等方面的影响，要想做好VOCs的治理工作，需要消耗大量的治理资金。

一方面，VOCs治理技术的研发成本很高，开发新技术或改进现有技术都需要大量的科研投入。同时，从实验室到市场的技术转化还涉及大规模试验和长期市场推广等环节，这些都需要巨额的资金支持。

另一方面，对于工业企业来说，高效的VOCs处理设备升级费用较高，且后期的维护工作也需要额外的开销，一些中小企业很难承担相应的经济负担，容易对污染处理工作的推广造成影响。同时，一些高能耗的治理技术，如热氧化和催化燃烧，在运行过程中会消耗大量能源，进一步增加运营成本。

3、大气环境中VOCs治理技术应用要点

3.1 物理处理方法

物理处理方法在VOCs的处理中应用较为广泛，其适用性也较强，合理应用物理方法进行VOCs治理，可以减少资金消耗。物理处理方法主要包括吸附技术和冷凝技术，即通过物理作用将VOCs从气体相转化为固体相或液体相，从而实现废气的净化。

一方面，吸附技术是最常用的物理处理方法之一，该技术主要利用吸附剂的表面或内部孔隙捕获气体中的VOCs分子，常用的吸附材料包括活性炭、分子筛、活性氧化铝等，在吸附过程中，VOCs分子能够被吸附在吸附剂表面，从而起到滤除大气环境中VOCs的作用[4]。

另一方面，冷凝技术也是常用的物理处理方法，该技术是基于VOCs的沸点通常低于水的物理特性，通过冷却装置将VOCs凝结成液体，从而从气体中分离出来。冷凝技术适用于处理高浓度和高沸点的VOCs，但其效率受到冷却温度和VOCs种类的限制，需要在特定废气的处理中应用。冷凝技术处理VOCs流程如图1所示。

由于物理方法在处理过程不涉及化学反应，能够避免可能产生的有害副产品，同时，物理方法在应用过程中不需要依靠复杂的设备，易于操作和维护，适用于多种类型的工业应用。但需要注意的是，物理方法在处理极低浓度或多种有机物混合的VOCs时效率不高，在处理这些VOCs时需要考虑使用其他方式。

3.2 化学处理方法

化学处理方法在大气污染的VOCs处理中也较为常见，相较于物理处理方法，化学处理方法的针对性和效用更强。化学处理方法可以根据特定的废气类型做出调整，从而保证方法应用的实际效果。一般来说，在应用化学处理方法的过程中，主要会应用催化燃烧和湿式洗涤两种方式，从而降低污染物的浓度。

图1 冷凝技术处理VOCs流程

在催化燃烧技术的应用过程中，可以利用催化剂加速VOCs的氧化反应，将其转化为二氧化碳和水，相比于直接燃烧，这种方法可以在较低的温度下进行，大幅降低能源消耗并减少了氮氧化合物等副产品的生成。在技术应用过程中，为切实保证催化燃烧效果，应当选择适当的催化剂，提高反应效率，确保处理效果。同时，也应当有效控制催化剂反应情况，防止产生新的毒性物质[5]。催化燃烧技术处理VOCs如图2所示。

图2 催化燃烧技术处理VOCs

在VOCs处理中，也可以使用湿式洗涤的方式，将VOCs溶解在洗涤液，通过填料塔或喷雾塔向污染区进行洗涤液的喷射，处理那些易溶于水或特定溶剂的VOCs。同时，应当注意湿式洗涤虽然设备成本较低，但运行中的溶剂消耗和废液处理成本较高，应当合理规划技术的应用形式，保证技术应用效果。

3.3 高级氧化技术

目前，随着VOCs处理技术的持续发展，为了有针对性地处理VOCs污染问题，高级氧化技术的应用已经越来越普遍，并取得了较好的应用效果。高级氧化技术主要通过生成高活性的化学物质，如羟基自由基，来破坏并将VOCs转化为无害的物质。

一方面，利用紫外光或可见光激活光催化剂生成羟基自由基，羟基自由基会非选择性地攻击并破坏VOCs的化学结构，使有机化合物矿化。在低浓度VOCs的处理工作中，可以直接使用光催化技术，不需要额外使用化学试剂，以充分保证VOCs处理的稳定性，防止处理过程中出现新的问题。

另一方面，可以适当应用臭氧氧化技术，将臭氧作为强氧化剂与VOCs反应，通过反应生成羟基自由基，增强氧化效果。在臭氧氧化处理中，可有针对性地选择可溶性和反应性较高的VOCs，提高转化效率。但同时，在技术应用过程中，也要防止臭氧与其他气体生成二次污染物，并切实做好人员的防护工作，保证VOCs处理的安全性。

4、结语

VOCs的超标会严重影响大气环境，造成大气污染问题，如果不及时进行治理，长此以往就会对社会造成严重的影响。为此，应当合理应用VOCs治理技术，有效管控VOCs排放问题，同时，要根据VOCs的具体形态制定技术应用方案，保证技术应用的效果，提升VOCs治理的质量，促进地区可持续发展。

参考文献:

[1]郭菊花.生物法在挥发性有机废气处理中的应用研究[J].清洗世界,2023,39(12):91-93.

[2]房建.大气环境中挥发性有机物废气的环境监测及治理技术研究[J].皮革制作与环保科技,2023,4(24):59-61.

[3]李剑明.有机废气VOCs治理技术及应用分析[J].黑龙江环境通报,2023,36(9):151-153.

[4]叶毓婧.大气污染治理中的环境监测开展策略研究[J].皮革制作与环保科技,2023,4(23):142-144.

[5]李继辉.浅谈生态环境监测技术在环境保护管理中的重要作用[J].清洗世界,2023,39(11):154-156.

文章来源:倪峰.研究大气环境中挥发性有机废气的治理技术[J].低碳世界,2024,14(10):22-24.