揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)吸附回收技術(shù)進(jìn)展
近年來，我國多個地區(qū)多次出現(xiàn)大范圍的霧霆天氣，以臭氧、細(xì)顆粒物(PM2.5)、酸雨為特征的區(qū)域性大氣復(fù)合污染問題日益突出。作為臭氧和二次顆粒物的重要前體物，揮發(fā)性物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)在大氣化學(xué)反應(yīng)過程中扮演著 重要的角色。同時，大部分的VOCs都具有較強(qiáng)的刺激性和毒性。如苯被列為一類致癌物質(zhì)，正己烷、庚烷和辛烷會影響人的神經(jīng)系統(tǒng)。
2010年5月提出了加強(qiáng)VOCs污染防治工作的要求，將VOCs和SO2、 NOx與顆粒物一起列為大氣環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)控污染物。2012年12月底出臺的我國綜合性大氣污染防治規(guī)劃《區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》要求提高VOCs排放類項(xiàng)目建設(shè)要求，開展行業(yè)治理，完善VOCs污染防治體系。
在生產(chǎn)過程中采用替代產(chǎn)品、改進(jìn)工藝和 換設(shè)備是減少VOCs產(chǎn)生和排放的措施，然而對于一些工藝過程和生產(chǎn)而言，清潔生產(chǎn)的路還很長，在短時期內(nèi)末端控制技術(shù)仍然是 的一種手段。目前VOCs的治理技術(shù)主要包括回收法和銷毀法。無論從環(huán)保還是從經(jīng)濟(jì)角度來看，回收法都是值得提倡的VOCs治理技術(shù)。
VOCs回收技術(shù)包括吸附、冷凝、吸收、膜分離等，其中吸附法設(shè)備簡單、適用范圍廣、凈化，是一種傳統(tǒng)的VOCs治理技術(shù)，也是目前應(yīng)用廣的治理技術(shù)。席勁瑛等通過調(diào)研大量工業(yè)VOCs處理技術(shù)工程案例發(fā)現(xiàn)，吸附技術(shù)在國內(nèi)的市場占有率高(38%)，在適于回收VOCs的情況下，吸附技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)、符合清潔生產(chǎn)理念的選擇，因此在 廣泛應(yīng)用網(wǎng)。
一、吸附法治理技術(shù)
吸附法是利用各種固體吸附劑對排放廢氣中的污染物進(jìn)行吸附凈化的方法網(wǎng)。通常吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附兩類，而VOCs廢氣的凈化主要采用物理吸附方法。吸附法適宜處理低濃度、高風(fēng)量的廢氣，主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳?xì)浠衔?、大部分含氯溶劑、常用醇類、部分酮類和酯類等。吸附法的關(guān)鍵技術(shù)是吸附劑、吸附設(shè)備和工藝、 介質(zhì)、后處理工藝等的確定。
1、常用吸附劑
目前在VOCs凈化中常用的吸附劑有無機(jī)和吸附劑兩類，應(yīng)用較多的是無機(jī)吸附劑，主要有活性炭(包括顆?；钚蕴?、蜂窩活性炭和活性炭纖維)、分子篩(包括顆粒分子篩、分子篩成型體蜂窩和分子篩涂覆材料)、沸石、顆粒硅膠、活性氧化鋁、多孔粘土礦石等，吸附劑主要是指高聚物吸附樹脂。
無機(jī)吸附劑是活性炭。與顆?；钚蕴肯啾?，蜂窩活性炭具有床層阻力小的優(yōu)點(diǎn)。目前，我國處理高風(fēng)量、低濃度VOCs設(shè)備的吸附劑以蜂窩狀活性炭為主?；钚蕴坷w維具有比表面積大、微孔豐富且分布均勻、吸脫附速率快、吸附、易 等優(yōu)點(diǎn)?；钚蕴坎牧蠈Ψ菢O性物質(zhì)，如溶劑具有非常好的吸附能力；相反，對極性物質(zhì)如水，則吸附性較差，因此有可能很方便地用水蒸氣 。
沸石和分子篩的主要成分都是鋁硅酸鹽，具有良好的熱穩(wěn)定性，在使用熱氣流 時 性好。不同類型的分子篩對VOCs的吸附效果不同，因此可以通過對分子篩進(jìn)行化學(xué)修飾和改性，提高其對VOCs的去除效果。
2、吸附劑
在VOCs治理中常用的吸附劑 方法有低壓水蒸氣置換 、熱氣流吹掃 和降壓或真空解吸 。低壓水蒸氣置換 、熱氣流吹掃 適用于脫附沸點(diǎn)較低的低分子碳?xì)浠衔锖头枷阕逦铩?br/> 目前還發(fā)展了一些新型節(jié)能的吸附劑 技術(shù)，如微波脫附、電焦耳脫附、溶劑置換、超聲波 等。這些新的脫附技術(shù)節(jié)能效果好、，但目前尚處于研究階段，實(shí)際應(yīng)用較少。
3、常用吸附裝置
在廢氣治理方面，工業(yè)上常用的吸附設(shè)備有活性炭吸附塔、固定床、移動床、流化床和沸石蜂窩轉(zhuǎn)輪吸附裝置，常用的是固定床。沸石蜂窩轉(zhuǎn)輪吸附裝置是廢氣凈化中相對較新的旋轉(zhuǎn)式吸附系統(tǒng)，也稱為轉(zhuǎn)子吸附器。廢氣可徑向或軸向地通過裝有吸附劑的轉(zhuǎn)子，并經(jīng)過大部分的旋轉(zhuǎn)床層而被凈化。轉(zhuǎn)子吸附器的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小、操作方便、壓降低，可以連續(xù)地將大流量的廢氣處理成低濃度的凈化氣，而解吸出來的氣體則而流量低，一般增濃比可達(dá)10~15倍。
4、主要吸附工藝
(1)固定床吸附-水蒸氣置換 -冷凝回收工藝
該工藝通常以顆粒活性炭、活性炭纖維或沸石作為吸附劑，主要對較低濃度的廢氣中的溶劑進(jìn)行回收。固定床中的吸附劑吸附達(dá)到飽和后，通入高溫水蒸氣使被吸附的物隨水蒸氣一起離開吸附床，然后用冷凝器冷卻蒸汽混合物，使其冷凝為液體。
(2)固定床吸附-真空解吸 -吸收回收工藝
該工藝通常采用中孔發(fā)達(dá)的顆?；钚蕴孔鳛槲絼┻M(jìn)行吸附，然后采用抽真空降壓對吸附劑進(jìn)行 ，被真空泵所抽出的 濃度的廢氣通常采用低揮發(fā)性的溶劑進(jìn)行吸收回收。該工藝適合于廢氣的回收。
(3)沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮工藝
在目前我國的廢氣污染中，低濃度、大風(fēng)量的VOCs排放占了相當(dāng)大的比例，因此吸附濃縮技術(shù)是低濃度廢氣治理中為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)途徑。近年來我國從日本引進(jìn)了一批沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮裝置，業(yè)內(nèi)的很多企業(yè)也正在積極進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用工作。和固定床吸附濃縮技術(shù)相比，沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)：采用蜂窩式沸石作為吸附劑，可采用高溫脫附， ， 性能好，適宜處理的VOCs范圍 廣；設(shè)備阻力小，吸附劑的，運(yùn)行成本低；尾氣中污染物的濃度穩(wěn)定，便于控制；結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備體積和占地面積小。
(4)吸附-冷凝組合工藝
吸附濃縮-冷凝回收工藝通常用于低濃度、大風(fēng)量、回收價值較高的VOCs的凈化，目前工業(yè)上主要使用固定床或者沸石轉(zhuǎn)輪作為吸附裝置。當(dāng)吸附劑吸附達(dá)到飽和后，根據(jù)廢氣和使用的吸附劑性質(zhì)選擇水蒸氣或熱氣流進(jìn)行解吸，也可以進(jìn)行真空解吸 ，解吸出的高溫、混合蒸汽再進(jìn)入冷凝器中進(jìn)行冷凝回收。
二、VOCs回收治理技術(shù)總結(jié)展望
(1)從資源化的角度來看，回收技術(shù)是治理VOCs行之的方法。 EPA指出，活性炭吸附是去除VOCs“可采用的好技術(shù)”，而且吸附法也正是我國目前應(yīng)用為廣泛、為成熟的技術(shù)，特別是活性炭固定床吸附變溫技術(shù)適合我國現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平。
(2)VOCs成分、組成和性質(zhì)的復(fù)雜性導(dǎo)致單一的治理技術(shù)在大多數(shù)情況下不能很好的解決當(dāng)前企業(yè)及化工園區(qū)普遍存在的尾氣排放不達(dá)標(biāo)、設(shè)備運(yùn)行成本高、經(jīng)濟(jì)效益低的問題?；诓煌に嚰傻慕M合方法，如吸收-吸附、冷凝-吸附、吸附-膜分離等組合工藝，可進(jìn)一步提高VOCs的去除率、降低成本和減少二次污染。
(3)研制具有催化氧化等 佳吸附性能或滿足特定需求的吸附劑，尋找切實(shí)可行的吸附劑表面改性方法；探究VOCs在吸附解吸過程中的熱質(zhì)耦合傳遞機(jī)理，分析VOCs的傳熱傳質(zhì)特性；加強(qiáng)對吸附解吸過程影響因素的研究，提高吸附效率，延長吸附劑壽命； 預(yù)測VOCs的相變和吸附解吸過程，建立VOCs回收過程預(yù)測方法和回收裝置設(shè)計方法；具有 高吸附效率的凈化設(shè)備。這些問題有待于進(jìn)一步的研究和探討。
(4)目前常用的吸附-冷凝組合工藝中吸附和冷凝是同一工藝的兩個獨(dú)立過程，是一種弱耦合，只是將冷凝與吸附兩種裝置簡單連接而成，會造成設(shè)備占地面積大、能源利用率低、成本高等不足。將冷凝和吸附耦合在同一通道內(nèi)同時進(jìn)行，可以縮短流程，延長吸附劑壽命，提 源利用率和VOCs回收效率。因此深入系統(tǒng)地開展吸附冷凝耦合過程與行為的研究有望突破傳統(tǒng)意義上的吸附和冷凝技術(shù)的限制，具有重要的意義和工程應(yīng)用價值。
