一、VOCs已成为世界性的公害
挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)在我国定义为常温下饱和蒸汽压大于70 Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下，蒸汽压大于或者等于10 Pa且具有挥发性的全部有机化合物。主要包含脂肪烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、有机酸、卤代烃、含氧有机化合物和含硫、氮有机化合物等。VOCs对健康和环境造成的危害包括：(1)大多数VOCs有毒、有恶臭，会使人患积累性的呼吸道疾病，在高浓度突然作用下，有时会造成急性中毒，甚至死亡。有些VOCs（苯并芘、氯乙烯）能致癌。(2)发生光化学反应，生成臭氧、过氧硝基酰（PAN）、醛类等光化学烟雾，造成二次污染，刺激人的眼睛和呼吸系统，危害人的身体健康，长期生活高浓度VOCs环境中，会对人造成生命危险；同时VOCs会危害农作物的生长，甚至导致农作物的死亡。美国洛杉矶、我国北京市燕山区、兰州市西固区等都曾出现过光化学污染。(3)大多VOCs都易燃易爆，在高浓度排放时易酿成火灾和爆炸。近年来由于VOCs造成的火灾和爆炸时有发生。(4) 部分VOCs可破坏臭氧层。
二、VOCs治理政策收紧
鉴于VOCs对健康和环境造成的严重危害，发达国家不断修改法律，中国也出台VOCs系列法律法规，一再降低VOCs的排放浓度限值。2013年国家发布《大气污染防治行动计划》（国十条）。2015年1月1日起实施的新修订的《环境保护法》被称为史上“最严”的环保法。该法从多个角度体现出前所未有的环境保护和治理力度。2018年1月1日《环境保护税法》及《环境保护税法实施细则》正式实施，开启了VOCs污染物排放从收费到征税的转变。税法规定了19种挥发性有机物为应税污染物，并明确了污染当量核算标准和具体适用税额。2018年7月，国务院发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（简称三年行动计划，国发〔2018〕22号）。2020年6月生态环境部发布关于印发《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》，要求各级生态环境部门要高度重视，把挥发性有机物（VOCs）治理攻坚作为打赢蓝天保卫战的重要任务，要加强组织实施，监测、执法、人员、资金保障等重点向VOCs治理攻坚行动倾斜，加强与相关部门、行业协会等协调配合，形成工作合力。同时，各地方政府、各行业出台针对VOCs废气排放相关的法律法规，VOCs的排放浓度和排放总量限值日趋降低。
三、VOCs治理技术痛点
VOCs的污染防治工作要求治理技术向精细化、规范化的方向发展。但是，由于VOCs组份的复杂性，排放浓度和总量的波动性和不确定性，导致VOCs治理系统较为复杂，单独一种方法难以做到达标排放。而目前技术容易导致排放不达标，活性炭吸附有安全隐患和二次污染，水吸收导致废水量剧增，光催化效率低和产生臭氧，氯化物和含氮化合物焚烧容易产生二恶英、氮氧化物等二次污染。甚至，诸如环氧化合物、低沸点卤代烃和含氮、含硫化合物，尚未有切实可行的技术来解决，导致企业治理VOCs信心不足，存在畏难情绪。表1.1对现有各种VOCs处理技术原理、适用范围和优缺点进行了系统对比。光催化氧化气处理技术效率低，等离子体处理技术本身存在安全隐患并发生过多次安全事故，在此不再赘述。
四、VOCs治理技术概述
表1各种尾气处理方案评估
处置方案 | RTO焚烧法 | 吸收法 | 生物分解法 | 吸附法 | 冷凝法 |
技 术 原 理 | 在旋转阀式蓄热催化燃烧设备中，首先利用堇青石-莫来石复相材料的蓄热和放热性能，加热未反应的有机废气，在蓄热催化一体化材料上发生催化氧化反应，气体中的挥发性有机物转化为二氧化碳和水，并释放反应热，反应后的气体将热量传递给蓄热材料，以高于进口气体20~30℃的温度排放。 | 利用水、碱液或其他溶剂吸收剂将气相中的污染物转移到液相，物理吸收推动力是汽液相饱和蒸气压差，化学吸收推动力是化学反应和饱和蒸汽压。 | 利用循环水流，将恶臭气体中污染物质溶入水中，再由水中培养床培养出微生物，将水中的污染物质降解为无毒害或低害物质。 | 利用高效吸附剂内部孔隙结构发达，有巨大比表面积原理来吸附通过活性炭池的恶臭气体分子。 | 采用降温方式降低尾气中污染物的饱和蒸汽压，从而实现污染物的冷凝和分离。 |
处理风量及浓度 | 高风量、低浓度 | 中高风量，中高浓度 | 高风量、低浓度 | 中高风量，中低浓度 | 中低风量、中高浓度 |
处 理 效 率 | 热回收效率可达90%，有机物净化效率~95%。 | 良好的设计能保证处理效率90%以上，甚至更高。 | 有效控制微生物活性除臭效率可达80~90%，微生物活性降低，除臭效率亦大大降低，脱臭净化效果不稳定，要针对性培养 | 初期吸附效率可达90%以上，运行一定时期需要再生 | 良好的设计能保证处理效率99.9%以上，甚至更高。 |
处 理 成 分 | 能处理丁酮、乙酸乙酯、醋酸丁酯、乙二醇丁醚、甲基异丁基酮；有机物浓度范围500mg/m³以上 | 处理范围广，水溶性污染物可用水或碱液作为吸收剂；水溶性差的物质可以设计能溶解的吸收剂；酸性气体可以用碱做吸收剂。 | 需要培养专性微生物处理一种或几种性质相近的气体。 | 适用于低浓度、大风量臭气，对醇类、脂肪类效果较明显。 | 适合于中高浓度、中低气量的所有尾气处理，尤其适合于罐区尾气，以及含氮、含卤素化合物和含硫化合物 |
寿 命 | 成套控制系统使用寿命3-5 年以上，设备寿命十年以上，免维护 | 成套控制系统使用寿命3-5 年以上，设备寿命十年以上，免维护 | 养护困难，需频繁添加药剂、控制PH 值、温度等 | 吸附剂可长周期运行 | 操作简便，设备寿命十年以上，免维护 |
运 行 费 用 | 净化技术稳定，需要以天然气或其他介质燃烧提供热量，运行费用高。 | 净化技术可靠、稳 定，日常维护工作量小，只需接通电源，即可正常工作，运行维护费用低 | 维护费用较高，需经常投放药剂，以保持微生物活性，循环水要求高，如生物系统遭受破坏将需较长时间重新培养 | 所使用的吸附剂吸附效果好，可再生利用 | 运行费用适中，无二次污染，实现资源化回收。 |
投资 | 较高 | 低 | 较高 | 低 | 低 |
安全 | 有一定安全隐患 | 安全性高 | 安全性高 | 有一定安全隐患 | 高 |
污染 | 处理含氮、含硫和含卤族元素化合物容易产生二恶英、NOx等二次污染 | 有二次污染 | 易产生污泥、污水 | 有二次污染 | 易造成二次污染 |
因此，需要精细化深度研发VOCs处理技术，满足不同组份特性的VOCs达标排放，同时降低投资和运行费用，满足安全要求。此外，排放的VOCs中的组份大多仍具有较高的价值，如能针对不同VOCs开发合适资源化回收工艺，实现组份的低成本资源化回收，在满足社会效益的同时，实现经济效益，肯定为VOCs排放企业所乐见和接受，为市场所容纳。
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