隨著(zhu)經濟不斷發展，工業(ye)(ye)生產會產生大量的(de)(de)揮發性有(you)機(ji)化(hua)合物(VOCs)，VOCs 不經過有(you)效(xiao)處理(li)排放到大氣中，會產生嚴重的(de)(de)環境問題(ti)(ti)，影響人們的(de)(de)健康(kang)。本文綜述了 2010 年以來(lai)工業(ye)(ye)源 VOCs治(zhi)理(li)的(de)(de)幾種(zhong)常見方(fang)(fang)法(fa)(如燃燒法(fa)、低溫等離(li)子體法(fa)、光催(cui)化(hua)氧(yang)化(hua)法(fa)和(he)生物法(fa))的(de)(de)研究(jiu)進展，闡述上述方(fang)(fang)法(fa)的(de)(de)優(you)缺點、適用(yong)范圍、去除效(xiao)果(guo)和(he)存在的(de)(de)問題(ti)(ti)，以期為工業(ye)(ye)源 VOCs治(zhi)理(li)方(fang)(fang)法(fa)研究(jiu)和(he)應用(yong)提供(gong)有(you)益參考。

隨著工業(ye)化不斷發(fa)展和(he)嚴重的(de)空(kong)(kong)氣(qi)霧霾，人們越來越關注環境(jing)空(kong)(kong)氣(qi)質量(liang)。有(you)(you)(you)些 VOCs 不但有(you)(you)(you)毒，而且還(huan)存在(zai)致癌風險，如(ru)苯和(he)甲醛等(deng)。有(you)(you)(you)些VOCs經過光(guang)化學氧化后生(sheng)成(cheng)(cheng)光(guang)化學煙(yan)霧和(he)二(er)次(ci)(ci)有(you)(you)(you)機氣(qi)溶(rong)膠，其中二(er)次(ci)(ci)有(you)(you)(you)機氣(qi)溶(rong)膠是 PM 2.5 的(de)重要(yao)組成(cheng)(cheng)部分，光(guang)化學煙(yan)霧和(he) PM 2.5 會形成(cheng)(cheng)灰(hui)霾天氣(qi)現(xian)象，對大氣(qi)能見度產生(sheng)不良影響；有(you)(you)(you)些 VOCs(如(ru)氟氯(lv)昂)會直(zhi)接(jie)消耗大氣(qi)層中的(de)臭(chou)氧，造成(cheng)(cheng)臭(chou)氧空(kong)(kong)洞。近幾年，工業(ye)源 VOCs治(zhi)理技(ji)術又有(you)(you)(you)了更大的(de)發(fa)展。

1 燃燒法

燃(ran)燒(shao)法主要有(you)直接燃(ran)燒(shao)、蓄熱(re)燃(ran)燒(shao)、催化燃(ran)燒(shao)和蓄熱(re)催化燃(ran)燒(shao)四種。

直接(jie)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)法工(gong)藝簡(jian)單、凈化效(xiao)率(lv)高、燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)產物主(zhu)要是 H2O和(he)CO2等。直接(jie)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)的運行溫度(du)(du)一般大于 750 ℃，能(neng)耗高，還會產生 NOx 等二次污染物。當 VOCs 濃(nong)度(du)(du)小于 1000 ppm 時，僅靠(kao)自身燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)產生的熱量無法維持(chi)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)，需要添加輔助燃(ran)(ran)(ran)料。

 蕭琦等研制出了新式(shi)多(duo)蓄熱(re)室(shi)旋轉(zhuan)換向(xiang)蓄熱(re)式(shi)熱(re)氧化器(qi)(qi)，該氧化器(qi)(qi)對 VOCs 的處理效率為 96 %，比常規熱(re)力焚燒爐節能70 %~90 %；但是(shi)處理較高濃度 VOCs，排(pai)放不達(da)標。蓄熱(re)燃燒法對實(shi)際(ji)醫(yi)藥化工有(you)機廢(fei)氣(qi)中的甲(jia)苯、甲(jia)醇、二(er)氯甲(jia)烷(wan)、乙(yi)醚(mi)和四氫呋(fu)喃的去除率分別為 88.0 %、94.8 %、95.3 %、96.8 %和 94.6 %，可達(da)標排(pai)放，但也(ye)存在較多(duo)問題，如進氣(qi)口傳感器(qi)(qi)和陶瓷體(ti)易被堵(du)塞，閥門易腐蝕等。

催化燃燒法具有燃燒溫度低(通常小于 400 ℃)，凈化效率高，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。相對于單一金屬催化劑，復合金屬氧化物催化劑能發揮協同效應，大大提升催化性能。

現在主(zhu)要使用負(fu)(fu)載型(xing)催(cui)化劑(ji)(ji)(ji)，因為(wei)催(cui)化劑(ji)(ji)(ji)的催(cui)化性(xing)(xing)能(neng)不僅取(qu)決(jue)于納米(mi)金屬離子(zi)的活性(xing)(xing)成分(fen)(fen)，還取(qu)決(jue)于負(fu)(fu)載材料，負(fu)(fu)載材料通過影響催(cui)化劑(ji)(ji)(ji)表(biao)面活性(xing)(xing)組分(fen)(fen)的分(fen)(fen)散度(du)，從而影響催(cui)化劑(ji)(ji)(ji)活性(xing)(xing)。分(fen)(fen)子(zi)篩(如(ru)ZSM-5、MCM-41 和 SBA-15)是常見的負(fu)(fu)載材料之一，為(wei)了解決(jue)傳統分(fen)(fen)子(zi)篩孔(kong)(kong)徑(jing)小和強烈阻礙傳質的難(nan)題，合成出了具(ju)有快速傳質性(xing)(xing)能(neng)的介孔(kong)(kong)分(fen)(fen)子(zi)篩。

陽離子會影響介孔分子篩的(de)(de)催化燃燒性能，Chunyu Chen 等制(zhi)(zhi)備出不同陽離子負載的(de)(de)Pt-R/Meso-AZSM-5(A=H + ，Na + ，K + ，和(he) Cs + )催化劑(ji)，其(qi)中Pt-R/Meso-KZSM-5在175 ℃下催化燃燒甲苯(ben)的(de)(de)去除率達(da)到98 %，而且(qie)這種催化劑(ji)很穩定，可(ke)以(yi)忽(hu)略水和(he)二氧化碳對其(qi)的(de)(de)抑制(zhi)(zhi)作用。

在蓄(xu)(xu)熱(re)(re)燃(ran)燒法(fa)的(de)基礎上衍生出(chu)蓄(xu)(xu)熱(re)(re)催化燃(ran)燒法(fa)。姚偉卿等采用 Pd/Zr-Mn-O/載(zai)體(ti)催化劑(ji)在流向變換(huan)反(fan)應器中催化燃(ran)燒甲苯(ben)，甲苯(ben)濃度(du)為 800~3200 mg/m3 ，去(qu)除率(lv)大于 96.5 %，而且催化劑(ji)的(de)活性要比傳統固定(ding)(ding)床的(de)高(gao) 10%左右。流向變換(huan)催燃(ran)燒反(fan)應器集固定(ding)(ding)床催化反(fan)應器和(he)蓄(xu)(xu)熱(re)(re)換(huan)熱(re)(re)床于一體(ti)，明(ming)顯提高(gao)熱(re)(re)回(hui)收率(lv)。未(wei)來應開發出(chu)高(gao)活性、高(gao)穩(wen)定(ding)(ding)性、高(gao)機械強度(du)、價(jia)格低廉、疏水性能和(he)抗中毒性能良(liang)好的(de)催化劑(ji)，提高(gao)其催化活性。

2 低溫等離子體法

低(di)(di)溫(wen)等(deng)(deng)離子(zi)體(ti)法(fa)操作條件溫(wen)和(常溫(wen)、常壓)，處(chu)理 VOCs 種(zhong)類廣(除(chu)鹵代烴外(wai))，對低(di)(di)濃度(du)(du) VOCs(＜100 mg/m 3 )處(chu)理效(xiao)(xiao)率(lv)大于(yu)90%。但是單一(yi)的低(di)(di)溫(wen)等(deng)(deng)離子(zi)體(ti)法(fa)產生較多的二次污染產物(如NOx、脂肪烴、HCN、CH3CN 和O3等(deng)(deng))，而(er)且能源效(xiao)(xiao)率(lv)和礦化(hua)率(lv)低(di)(di)。低(di)(di)溫(wen)等(deng)(deng)離子(zi)體(ti)協同催(cui)化(hua)劑方法(fa)能量效(xiao)(xiao)率(lv)更(geng)(geng)高，O3濃度(du)(du)大大降(jiang)低(di)(di)，CO2選擇(ze)性更(geng)(geng)高，副產物種(zhong)類更(geng)(geng)少和濃度(du)(du)更(geng)(geng)低(di)(di) ，因而(er)受到更(geng)(geng)大關注。

低溫等離子體(ti)放(fang)電的方式常(chang)見(jian)的是介(jie)質阻擋(dang)放(fang)電法。研究發現提(ti)(ti)高(gao)催(cui)化(hua)(hua)劑的臭(chou)氧分解能力、介(jie)電常(chang)數(shu)和吸(xi)附(fu)性都有助于降解VOCs。為提(ti)(ti)高(gao)催(cui)化(hua)(hua)劑介(jie)電常(chang)數(shu)，一(yi)般使用鐵(tie)電體(ti)催(cui)化(hua)(hua)劑；為提(ti)(ti)高(gao)催(cui)化(hua)(hua)劑的吸(xi)附(fu)性，可在(zai)反應器(qi)中(zhong)填充吸(xi)附(fu)劑或者將催(cui)化(hua)(hua)劑負載在(zai)吸(xi)附(fu)劑上。

催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑表面吸(xi)(xi)附 VOCs，增加了 VOCs 的停留時(shi)間(jian)(jian)，加大了 VOCs 分子與(yu)活性(xing)(xing)粒(li)子的碰(peng)撞機率，從而提高能量效率、去(qu)除率和(he)CO2的選擇性(xing)(xing)。另(ling)外(wai)，催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑的吸(xi)(xi)附性(xing)(xing)對污染物(wu)的降(jiang)解(jie)途(tu)徑影響很大，催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑吸(xi)(xi)附性(xing)(xing)較弱，則降(jiang)解(jie)過程主(zhu)要在氣(qi)相中(zhong)(zhong)進行；當吸(xi)(xi)附劑吸(xi)(xi)附性(xing)(xing)較強時(shi)，那么 VOCs 先被吸(xi)(xi)附在催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑表面生(sheng)成中(zhong)(zhong)間(jian)(jian)產物(wu)，然后脫附，再與(yu)活性(xing)(xing)粒(li)子反應進一步氧(yang)化(hua)(hua)(hua)。

低(di)溫等離(li)(li)子(zi)(zi)體協同催化(hua)劑(ji)(ji)法(fa)治(zhi)理 VOCs 的(de)突出問題是(shi)去除(chu)率與能耗(hao)之間的(de)矛盾(dun)。另(ling)外，低(di)溫等離(li)(li)子(zi)(zi)體協同催化(hua)劑(ji)(ji)法(fa)還會(hui)產(chan)生一些二次(ci)污(wu)染物，僅考(kao)慮 VOCs 降(jiang)解率也是(shi)不足的(de)。為實現(xian)低(di)溫等離(li)(li)子(zi)(zi)體協同催化(hua)劑(ji)(ji)法(fa)工業(ye)應(ying)用(yong)，在考(kao)慮能源效率和(he)副產(chan)物的(de)條(tiao)件下，提(ti)高 VOCs 的(de)去除(chu)率；研究(jiu)副產(chan)物形成(cheng)和(he)降(jiang)解機理，使降(jiang)解反應(ying)更有選(xuan)擇性。

3 光催化氧化法

光催化氧化法具有反應條件溫和(常溫、常壓)，無選擇性地氧化 VOCs，并同時降解多種 VOCs，投資和運行成本低，設備和操作簡單等優點，特別適于處理低濃度 VOCs(<1000 mg/m3)。根據所使用的光源主波長，可分為紫外光催化氧化法和可見光催化氧化法。

TiO2是最常用的(de)(de)(de)(de)光催(cui)化(hua)劑，普遍使(shi)用的(de)(de)(de)(de)紫(zi)(zi)外光波長為 185nm、254 nm 和 356 nm，其中波長≤200 nm 的(de)(de)(de)(de)紫(zi)(zi)外光稱(cheng)為真空紫(zi)(zi)外光。真空紫(zi)(zi)外光能(neng)產生O3，強化(hua)光催(cui)化(hua)氧(yang)(yang)化(hua)降(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie) VOCs，降(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)效果比 254 nm 波長的(de)(de)(de)(de)催(cui)化(hua)降(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)效果好。臭氧(yang)(yang)協同(tong)光催(cui)化(hua)氧(yang)(yang)化(hua)降(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie) VOCs的(de)(de)(de)(de)效果也優于單(dan)獨的(de)(de)(de)(de)臭氧(yang)(yang)降(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)(jie)。但(dan)是真空紫(zi)(zi)外光催(cui)化(hua)氧(yang)(yang)化(hua)法的(de)(de)(de)(de)出氣O3濃度高(gao)(gao)，可以(yi)考慮(lv)使(shi)用對O3分解(jie)(jie)能(neng)力較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)物質摻雜 TiO2，降(jiang)(jiang)(jiang)低出氣O3濃度。

以(yi) TiO2為光(guang)(guang)催(cui)化(hua)劑的紫外光(guang)(guang)催(cui)化(hua)氧化(hua)法(fa)存(cun)在去除(chu)率和(he)光(guang)(guang)能利(li)用率不(bu)高等不(bu)足。因此(ci)，通過(guo)對(dui) TiO2進行(xing)改性，使 TiO2拓寬光(guang)(guang)譜響應范(fan)圍，并且抑(yi)制光(guang)(guang)生空穴和(he)電子復合(he)，提高光(guang)(guang)能利(li)用率和(he)去除(chu)率，改性的方法(fa)有摻(chan)雜、重(zhong)金屬沉積、敏化(hua)和(he)半導體(ti)復合(he)等。

為了(le)克服懸浮態(tai)催(cui)(cui)化劑(ji)易聚團失(shi)活的缺點，以(yi)及提(ti)高催(cui)(cui)化劑(ji)分散度和催(cui)(cui)化性能(neng)(neng)，催(cui)(cui)化劑(ji)通(tong)常負載在比(bi)表(biao)面積大的材(cai)料(liao)上，如泡沫金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)、分子篩、和中(zhong)空纖維膜等。針對(dui)金(jin)屬(shu)氧(yang)(yang)化物難以(yi)固定的問題，可(ke)將 TiO2結構做成納米微球形式，研(yan)究發(fa)現(xian)多孔納米 TiO2微球吸附能(neng)(neng)力高，能(neng)(neng)強化隨后(hou)的光(guang)催(cui)(cui)化氧(yang)(yang)化反(fan)應，并發(fa)揮協同(tong)作用。

光(guang)催化(hua)(hua)降解法(fa)的(de)研究(jiu)方向主要集中(zhong)尋找更(geng)為高效的(de)催化(hua)(hua)劑，提高VOCs的(de)去除率；尋找合(he)適載體，完善催化(hua)(hua)劑固(gu)定化(hua)(hua)方法(fa)；深入開(kai)展(zhan)可見光(guang)催化(hua)(hua)氧化(hua)(hua)法(fa)研究(jiu)。

4 生物法

生物(wu)法(fa)處理水溶性 VOCs 的(de)凈(jing)化效果好，反(fan)應(ying)條件溫和(he)(he)，能耗小(xiao)，無二次污染，投資和(he)(he)運行費用低等優點(dian)，在工(gong)業(ye)上廣泛用于處理大(da)風量、低濃度(du)、對生物(wu)無毒性的(de)有機(ji)廢氣。

生物滴濾法(biotrickling filter，BTF)能(neng)(neng)有(you)效去(qu)除(chu)中低(di)濃度(du)的VOCs 混合氣體和包含H2S的有(you)機(ji)廢氣，而且(qie)在(zai)瞬時工況條件下(xia)去(qu)除(chu)多組分含氯VOCs也有(you)高度(du)彈性。在(zai)長期運行中，生物滴濾法出現堵塞和運行性能(neng)(neng)惡化現象，主要宏(hong)觀(guan)原因是生物量的過量累積、非(fei)均勻性分布及生物膜活(huo)性降低(di)。

研究(jiu)發現通入微量臭氧明顯強(qiang)化(hua)微生(sheng)物(wu)的代謝活性(xing)，控(kong)制微生(sheng)物(wu)生(sheng)長量，減(jian)(jian)緩填料床(chuang)層孔隙率減(jian)(jian)小，使(shi)生(sheng)物(wu)量沿BTF徑(jing)向分布相對均勻(yun)，抑制填料層堵塞(sai)，延(yan)長了BTF的運(yun)行周期，提高污(wu)染物(wu)的去除負荷和礦化(hua)率。

相對(dui)于普通的(de)生物(wu)滴濾池，用表面活性劑(ji)和(he)金屬離子(zi)強化后的(de)生物(wu)滴濾池罕見出(chu)現過量的(de)生物(wu)累(lei)積，這或將為處理(li)高濃(nong)度疏水性 VOCs 提供新(xin)的(de)解決辦法(fa)。

膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)(wu)反應器(qi)可以克(ke)服傳(chuan)統(tong)生(sheng)物(wu)(wu)法(生(sheng)物(wu)(wu)洗滌、生(sheng)物(wu)(wu)過(guo)濾和生(sheng)物(wu)(wu)滴濾法)傳(chuan)質速(su)率(lv)低、停(ting)留(liu)時(shi)間長和反應器(qi)體(ti)積大等問題，適(shi)合處(chu)理低濃度、連(lian)續態或者瞬(shun)時(shi)態的(de)VOCs混合氣。膜(mo)(mo)材(cai)料(liao)決定了膜(mo)(mo)生(sheng)物(wu)(wu)反應器(qi)去除高度疏水性(xing)VOCs的(de)性(xing)能，近年來研究的(de)膜(mo)(mo)材(cai)料(liao)主(zhu)要是疏水性(xing)聚(ju)合物(wu)(wu)中空纖(xian)維膜(mo)(mo)，如 PDMS膜(mo)(mo)、聚(ju)乙烯膜(mo)(mo)和聚(ju)砜膜(mo)(mo)等。

值得注意的是，膜(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應器(qi)應用(yong)(yong)于(yu)處理多組分 VOCs氣(qi)體(ti)(ti)時(shi)，存在一(yi)種氣(qi)體(ti)(ti)抑制另(ling)一(yi)種氣(qi)體(ti)(ti)降(jiang)解的現象，類(lei)似于(yu)生(sheng)物(wu)滴濾池(chi)。因此，在應用(yong)(yong)膜(mo)生(sheng)物(wu)反(fan)應器(qi)降(jiang)解VOCs混合(he)氣(qi)體(ti)(ti)時(shi)，需要慎重考(kao)慮氣(qi)體(ti)(ti)混合(he)類(lei)型(xing)及氣(qi)體(ti)(ti)之間的相互作用(yong)(yong)。

兩相分配生(sheng)物(wu)反應器(qi)耦合(he)了吸附(fu)和生(sheng)物(wu)降解功能，比(bi)傳統生(sheng)物(wu)法具有(you)傳質速率高、可以降解疏(shu)水性 VOCs 和吸附(fu)部(bu)分 VOCs以降低(di)它們對(dui)微(wei)生(sheng)物(wu)的生(sheng)物(wu)毒性等優(you)點(dian) ，表現出較好(hao)的發展(zhan)前景。

傳(chuan)統(tong)生(sheng)物法得(de)到廣(guang)泛的研(yan)究(jiu)及應用(yong)，但是(shi)存在傳(chuan)質(zhi)速率低、停(ting)留(liu)時(shi)間長和反(fan)應器體(ti)積大等問題(ti)。膜生(sheng)物反(fan)應器和兩相生(sheng)物反(fan)應器可以克(ke)服上述問題(ti)，但是(shi)降解效果有待進一步(bu)提高(gao)，兩相分配(pei)生(sheng)物反(fan)應器發展的關鍵還在于找到安全(quan)、高(gao)效的非(fei)水相。

5 結語

隨著(zhu)(zhu)新大氣(qi)法(fa)的(de)(de)出臺，VOCs排污收費以及公眾對環境空氣(qi)質量的(de)(de)高度關注，VOCs治(zhi)理(li)(li)領域(yu)面臨著(zhu)(zhu)巨大的(de)(de)發(fa)展機遇。燃燒法(fa)、低溫等離(li)子體法(fa)、光催(cui)化氧化法(fa)和(he)生物法(fa)是工(gong)業源(yuan)中(zhong)比(bi)較常見的(de)(de) VOCs治(zhi)理(li)(li)技術，然而(er)單一(yi)的(de)(de)處(chu)理(li)(li)技術的(de)(de)降解效果還(huan)不盡人意，還(huan)需要繼續深(shen)入研究。

實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中普遍使用(yong)兩種或以上(shang)技術(shu)的(de)組合(he)，以彌補單(dan)一技術(shu)的(de)不足。因此，在選用(yong)治理(li)法(fa)的(de)時候，應(ying)先根據有機廢氣的(de)物(wu)種特性(xing)、進口濃度、風量和溫濕度等(deng)條(tiao)件，結合(he)每種處理(li)方法(fa)的(de)適用(yong)范圍、去除效果、初次投資和運營成本等(deng)，最終(zhong)確定處理(li)方法(fa)。