第10章 挥发性有机物污染控制讲解
挥发性有机物的污染控制技术
挥发性有机物的污染控制技术挥发性有机物（VOC）是一种常见的空气污染物，它能够对人类健康和环境造成严重影响。
常见的VOC包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯和挥发性有机酸类。
在许多工业生产过程中，VOC常常是一个难以避免的副产品，这使得VOC的控制成为了一个重要的问题。
作为对挥发性有机污染控制的回应，许多控制技术被发明和开发出来，这些技术是有力的手段，可以有效地减少和控制空气中的VOC浓度。
本文将介绍几种常见的VOC污染控制技术。
VELO-SCRUBVELO-SCRUB是一种基于干式吸收剂的技术，它使用粉末活性炭吸附VOC，在某些情况下也会使用NaOH这样的碱性液体来增加吸附剂的吸附能力。
VELO-SCRUB能够分离出干燥污染气体中的大多数VOC，在吸附后，VOC会被吸附剂捕获，然后定期清除。
吸附剂可以在清除后进行再利用或处置，从而减少废物的产生。
活性炭吸附活性炭吸附是一种常见的VOC控制方法，它使用高表面积的活性炭，在吸附空气中的VOC时，它们会以自然扩散的方式进入活性炭微孔中。
在活性炭上吸附的VOC一旦达到一定浓度，就可以通过热解或蒸汽解吸的方式回收。
活性炭吸附在许多行业中得到了广泛应用，包括汽车修理、建筑和油漆喷漆等。
绝热燃烧绝热燃烧是一种通过将VOC的污染气体在高温下燃烧掉的技术。
在绝热条件下，VOC会快速分解，而生成的CO2和H2O会安全排放到大气中。
绝热燃烧需要大量的能源，并且会产生烟雾和火箭发射般的噪音，但却是一种非常有效的处理技术，可以将VOC减少到极低的水平。
生物过滤生物过滤是一种使用生物细菌来降解VOC的技术。
生物过滤器是由一个或多个生物组合物构成的，VOC的污染气体会通过这些组合物，最终被生物细菌进行降解。
生物过滤是一种相对低成本、高效率、环境友好的处理技术，适用于小型、低浓度的VOC 处理。
虽然这些技术相互不同，但它们都具有较高的控制效能和良好的经济性，能够帮助许多企业降低他们的VOC污染量。
挥发性有机物污染控制
CHAPTER 02
挥发性有机物污染控制技术
吸附法
总结词
利用吸附剂的吸附作用去除挥发性有机物。
详细描述
吸附法是利用固体吸附剂（如活性炭、分子筛等）对挥发性有机物进行吸附， 从而达到净化废气的目的。该方法适用于低浓度、低风量、高净化要求的场合 。
吸收法
总结词
利用吸收剂对挥发性有机物进行吸收，再通过解吸回收有机 物。
挥发性有机物污染控制
CONTENTS 目录
• 挥发性有机物污染概述 • 挥发性有机物污染控制技术 • 挥发性有机物污染控制政策与法规 • 挥发性有机物污染控制案例分析 • 挥发性有机物污染控制展望
CHAPTER 01
挥发性有机物污染概述
定义与特性
定义
挥发性有机物（VOCs）是指在常 温下容易挥发的有机化合物，主 要来源于工业生产、交通运输、 能源生产和生活中。
我国《大气污染防治法》明确规定了挥发性 有机物的排放标准和污染控制要求。
《挥发性有机物排放标准 》
我国针对不同行业制定了挥发性有机物排放 标准，限制了VOCs的排放量。
政策与法规的实施与监管
01
02
03
监管体系
建立完善的监管体系，对 VOCs排放进行监测和监 管，确保企业遵守相关法 规。
执法力度
加大执法力度，对违反 VOCs排放标准的企业进 行处罚，提高违法成本。
燃烧法
总结词
通过燃烧将挥发性有机物转化为二氧 化碳和水。
详细描述
燃烧法是利用高温燃烧将挥发性有机 物与氧气进行氧化反应，转化为二氧 化碳和水。该方法适用于处理高浓度 、易燃的挥发性有机物。
生物法
总结词
利用微生物的代谢作用将挥发性有机物转化为无害物质。
第10章 挥发性有机物污染控制讲解
湿或降温等预处理工艺 后，从滤床底部由下向 上穿过由滤料组成的滤 床，VOCs气体由气相 转移至水—微生物混和 相，通过固着于滤料上 的微生物代谢作用而被 分解掉
不过使用的滤料是诸如 聚丙烯小球、陶瓷、木 炭、塑料等不能提供营 养物的惰性材料。
适用范围
目前研究最多，工艺最 成熟，在实际中也最常 用的生物VOCs气体处 理方式方法。
开发阶段。
光催化降解技术
光催化降解技术的本质是在光电转换中进行氧化还原反应。根据半导 体光催化剂的电子结构，当其吸收一个能量不小于其带隙能（Eg）的 光子时，电子会从充满的价带跃迁到空的导带，而在价带留下带正电 的空穴,价带空穴具有强氧化性，而导带电子具有强还原性，它们可以 直接与反应物作用，还可以与吸附在催化剂上的其他电子给体和受体 反应。例如空穴可以使H2O氧化，电子使空气中O2还原，生成H2O2， ·OH基团和·HO2，这些基团氧化能力都很强，能有效地将VOCs污 染物氧化，最终将其分解为CO2、H2O等无机小分子，达到去除VOCs 污染物的目的。
运行时有机气体从塔底进入，在流 动过程中与已接种的挂膜的生物滤 料接触而被净化，净化后的气体由 塔顶排出。滴滤塔集废气的吸收与 液相再生于一体，塔内增设了可附 着微生物的填料，为微生物的生长、 有机物的降解提供了条件。
启动初期，在循环液中接种了经被 处理有机物驯化的微生物菌种，从 塔顶喷淋而下，与进入滤塔的有机 废气逆向流动，微生物利用溶解于 液相中的有机物质，进行代谢繁殖， 并附着于填料表面，形成生物膜， 完成生物挂膜过程。气相主体的有 机物和氧气经过传输进入微生物膜， 被微生物利用，代谢产物CO2等再 经过扩散作用进入气相主体后外排。
热力燃烧工艺流程图
第十章挥发性有机物污染控制
每mol燃料燃烧时放出的热量称为燃烧热（kJ/mol）。
8.4 燃烧法控制 VOCs污染
2. 燃烧动力学
单位时间VOCs减少
dcVOCs dt
vkcV nOCscO m2
多数情况下， 氧气浓度远高于VOCs浓度
vdcVOCs dt
kcVnOCs
或：cc0ex k p (t [t0)]
A、B、C — 经验常数，由实验确定；
8.2 蒸气压及蒸发
挥发的后果
容易发生汽化，进入大气环境，引起污染； 部分有机物在室温时的蒸气压大于大气压，会剧烈沸腾（乙烷
、丙烷、丁烷）； 作为燃料用的有机物如汽油，液化气等，在装卸、运输过程中
都会因挥发排出大量的VOCs
溶解度与排放的关系
100 b
m
c1 c2
ci
c m －混合气体的爆炸极限
c i －i组分的爆炸极限 a , b , m －各组分的百分含量
8.4 燃烧法控制 VOCs污染 二、燃烧工艺
目前在实际中使用的燃烧净化方法有直接燃烧、热力燃烧 和催化燃烧。
1. 直接燃烧
适用于可燃有害组分浓度较高 或热值较高的废气
设备：燃烧炉、窑、锅炉 温度1100oC左右 火炬燃烧：产生大量有害气体、
8.3 VOCs污染预防
控制技术和措施
固定顶罐 浮顶罐：用于储存大量的高挥发性的液体。用于密封 的浮顶盖浮在液面上，液面以上没有空隙。液体注入 或流出时顶盖随之上下浮动，避免上面所讲述的呼吸 损耗。 蒸气回收系统
加油站油气回收
8.4 燃烧法控制 VOCs污染
用燃烧方法将有害气体、蒸汽、液体或烟尘转化为无 害物质的过程称为燃烧法净化，也称焚烧法。
VOC污染控制PPT演示课件
充入、呼吸和排空损耗
呼吸损耗由两部分组成：
金属膨胀系数tank 1.95 105 / 0 F
tank 1.22 105 / 0 C
由于温度变化造成的体积变化＝液体的体积增加＋气体的体
积增加－容器体积的增加。
的关键参数 建议学时数：3学时
第十章 挥发性有机物污染控制
1.蒸气压及蒸发 2.VOCs（volatile organic compounds）污
染预防 3.VOCs污染控制方法和工艺：燃烧法、吸
收法、冷凝法、吸附法、生物法
挥发性有机物的概念
是指在常温下饱和蒸汽压大于约70Pa，常压下 沸点小于260℃的液体或固体有机化合物，碳原 子数小于12的大多数有机物都是VOCs
k
c
n VO
Cs
cm O2
氧气浓度远高于VOCs浓度
v
dcVOCs dt
kcVn OCs
(10-8)
多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程
k Aexp( E ) RT
VOCs燃烧原理及动力学
VOCs
丙烯醛 丙烯腈
丙醇
氯丙烷 苯
1-丁烯 氯苯 环己胺 1，2-二氯乙烷 乙烷 乙醇 乙基丙稀酸酯 乙烯 甲酸乙酯 乙硫醇
A/s-1
lg p A B T
p －平衡蒸气压，mmHg T －系统温度，K
A、B －经验常数
安托万（Antoine）方程
lg p A B tC
t －温度，oC A、B、C －经验常数，参见表10-2
挥发与溶解
Ps－大气压
挥发与溶解
第10章 VOC污染控制
cm－混合气体的爆炸极限 ci －i组分的爆炸极限
a, b, m －各组分的百分含量
燃烧工艺
直接燃烧
适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气 设备：燃烧炉、窑、锅炉 温度1100oC左右，产物CO2，H2O和N2 火炬燃烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射， 应尽量避免
燃烧工艺
热力燃烧（Thermபைடு நூலகம்l Combustion)
第一节 定义与排放源
挥发性有机物（Volatile organic compounds， VOCs）是一类有机化合物统称，在常温下他们 的蒸发速率大，易挥发。 WHO：熔点低于室温而沸点在50~260℃之间的 挥发性有机化合物的总称。 EPA：除CO、CO2、碳酸、金属碳化物或碳酸盐 之外的，任何能参加大气光化学反应的含碳化合 物。
乙烷 乙醇 乙基丙稀酸酯 乙烯 甲酸乙酯 乙硫醇
VOCs燃烧原理及动力学
例10-5：试计算燃烧温度分别为538、649和760oC时，去 除废气中99.9%的苯所需的时间。 解：假设燃烧反应为一级，即n=l，对式（10-9）积分， 得 C = exp[ −k (t − t0 )] （10C0 10） 当 T=5380C 时 ， 由 表 10-8 ， 得 k=0.00011/s ， 代 入 式 （10-10），得
第七节 吸附法（Adsorption）
吸附剂选择性强，有效分离，去除低浓度物质 一、吸附工艺
吸附工艺
适于低浓度废气的净化 温度低，540～820oC 必要条件：温度、停留时间、湍流混合
废气
燃烧工艺
热力燃烧
燃烧工艺
催化燃烧（Catalytic Combustion）
燃烧工艺
催化燃烧装置
挥发性有机物污染排放与控制管理
03 挥发性有机物污染控制技术
源头控制技术
生产工艺优化
通过改进生产工艺和设备，降低 生产过程中挥发性有机物的产生 和排放。
原材料替代
使用低挥发性有机物的原材料或 替代品，从源头上减少挥发性有 机物的产生。
密闭与收集系统
建立密闭的生产设施和废气收集 系统，将挥发性有机物废气有效 收集并处理。
过程控制技术
挥发性有机物污染的防治意义
01
VOCs污染防治是环境保护的重要 内容之一，对于改善空气质量、 保障人体健康具有重要意义。
02
加强VOCs排放控制和管理，有利 于推动产业转型升级、促进绿色 发展，同时也符合人民群众对美 好生活的向往和追求。
02 挥发性有机物污染排放现状
排放量与排放源
排放量
近年来，挥发性有机物（VOCs）的 排放量呈上升趋势，对环境造成了严 重污染。
建立挥发性有机物排放标准体系，包括国家排放标准和地方排放标准，并根据实 际情况进行动态调整。
排污许可与总量控制
排污许可
实施排污许可制度，对挥发性有机物排放企业进行排污许可 管理，严格控制排放总量。
总量控制
制定挥发性有机物总量控制目标，通过排污权交易、税收优 惠等手段激励企业减少排放。
环境监测与信息公开
国际合作与经验借鉴
加强国际交流与合作
积极参与国际环保组织活动，分享各国在 VOCs防治方面的成功经验和技术成果。
引进先进技术和管理模式
通过引进国外先进的VOCs控制技术和设备 ，提高国内防治水平。
学习国际法律法规
借鉴国际上针对VOCs排放的法律法规，完 善国内相关法律法规体系。
培养专业人才
加强环保领域人才培养，为VOCs防治提供 智力支持和技术保障。
第十章VOC污染控制
第⼗章VOC污染控制第⼗章挥发性有机物污染控制[教学⽬的] 通过本章的学习，使同学们了解VOCs 性质和来源，理解和掌握VOCs 污染的控制措施，包括燃烧法控制VOCs 、洗涤法控制VOCs 、冷凝法控制VOCs 、吸附法控制VO Cs 、⽣物法控制VOCs 污染。
[教学重点] 本章重点介绍各种VOCs 污染控制[教学难点] 冷凝法控制VOCs 污染，⽣物法控制VOCs 污染[教学⽅法及⼿段] 课堂讲授[课外作业][学时分配] 4学时[教学内容] (1)蒸汽压与蒸发；(2)VOCs 污染预防；(3)燃烧法控制VOCs 污染；(4)洗涤法控制VOCs 污染；(5)冷凝法控制VOCs 污染；(6)吸附法控制VOCs 污染；(7)⽣物法控制VOCs 污染第⼀节蒸⽓压与蒸发⼀、蒸⽓压蒸⽓压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据。
液体或固态物质的蒸汽压⼤⼩与温度有关。
温度越⾼，蒸⽓压越⼤。
空⽓中VOCs 的含量低，可视为理想⽓体，可⽤拉乌尔定律估算混合⽓体中VOCs 的含量。
拉乌尔定律：式中：y i ——⽓相中i 组分的摩尔分数(对理想⽓体＝体积%/100)； x i ——液体中i 组分的摩尔分数：p i ——纯组分i 的蒸⽓压； P ——总压。
为了计算⽓液平衡体系的有关多数，在热⼒学中，通常选⽤克劳修斯—克拉佩龙((Clausius －Clapyron)⽅程：(10-2) 式中：p ——与液相平衡的⽓体蒸⽓压，mmHg ；T ——系统温度，K ；A 和B ——由实验确定的经验常数。
通常情形下，实验数据可以⽤安托万(Antoine)⽅程更好地表⽰： )(lg C t B A p +-= (10-3) 式中：t ——温度，℃；A 、B 和C ——经验常数。
⼆、挥发与溶解在实际应⽤中．⼤部分有机物均置于与⼤⽓相通的容器内，因此，容易发⽣汽化，进⼈⼤⽓环境，引起污染。
部分有机物(如⼄烷、丙烷、丁烷)在室温时的蒸⽓压⼤于⼤⽓压，会剧烈沸腾，因此，此类物质必须加压密闭保存，作为燃料⽤的有机物如汽油、液化⽓等，在装卸、运输过程中都会因挥发排出⼤量的VOCs ，加剧⼤⽓环境的污染。
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题。
其工艺流程如下：
吸附法净化的工艺流程
燃烧极限浓度范围＝爆炸极限浓度范围
对空气而已，氧的体积百分含量为21%，因此只要确定空 气中可燃组分的浓度即可，该极限范围有上限与下限2个 值。空气中可燃组分低于下限时，燃烧产生的热量不足以 引燃周围混合气体，因而，不能继续燃烧，也不会引起爆 炸；空气中可燃组分高于爆炸上限时，由于氧气不足也不 能引起爆炸。
接燃烧法
直接燃烧法，又称火焰燃烧法，它是把可燃的VOCs
当作燃料来燃烧的一种方法。该法适合处理高浓度 VOCs,燃烧温度控制在1100℃以上，去除效率95%以
上。
热力燃烧法要求VOCs在较高气速下(4.5～7.5 m/s)进入热交换
器增温后，通入热力燃烧室，控制反应温度700～870℃，停留 时间0.3～1 s进行燃烧。该法适用于处理高浓度VOCs。去除率 可达95%以上。其工艺流程如下：
第10章 挥发性有机物污染控制
教学内容 §1 蒸汽压与蒸发 §2 VOCs污染预防 §3 VOCs污染控制
教学要求 要求了解VOCs性质和来源，理解和掌握VOCs污染的控制措 施，包括燃烧法控制VOCs、洗涤法控制VOCs、冷凝法控制 VOCs、吸附法控制VO Cs、生物法控制VOCs污染。 教学重点 本章重点介绍各种VOCs污染控制。
VOCs 对人体健康的危害主要表现在以下几个方面：
危害呼吸系统： 呼吸困难﹑胸闷﹑使呼吸次数减少，严重时导致昏迷或 死亡； 危害循环系统： 呼吸变化导致脉搏和血压变化，使人体产生头晕、头 痛、缺氧﹑心跳﹑血压不正常和心血管疾病； 危害消化系统： 经常接触 VOCs 物质，会使出现人厌食，恶心甚至呕 吐，进而发展为消化功能减退； 危害内分泌系统： 经常受VOCs 物质刺激，内分泌系统的分泌功能会紊 乱，影响机体的代谢活动；
工艺改革
通过工艺改革以减少VOCs的形成比末端治理措施更 为有效。
非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺，如流化床 粉剂涂料和紫外平版印刷术。 减少石油及石化生产过程中的原料及成本等的各种 损耗是减少VOCs排放的重要措施。回收利用放空气 体，改进改善工艺设备减少油品的挥发损失。
有机废气的净化
甲醛也是挥发性有机化合物，但甲醛易溶于水，与其他挥
发性有机化合物有所不同，室内来源广泛，释放浓度也 高。因此，常把甲醛与其他挥发性有机化合物分别阐述。
VOCs 来源
燃料的燃烧；
1 来源
建筑材料、室内装饰材料和生活及办公用品。 例如：有机溶剂、油漆及含水涂料；
工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等。
VOCs 危害
VOCs的定义
根据WHO定义，VOCs 是指在常温下，沸点50℃-260℃ 的各种有机化合物。
VOCs 按化学结构可分为：烷类、芳烃类、酯类、醛类 和其他等。目前已鉴定出的有300多种。最常见的有苯、甲 苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、 二异氰酸酯（TDI）、二异氰甲苯酯等。
VOCs 处理技术
燃烧法 溶剂吸收法 吸附法 冷凝法
控制技术
生物法 吸附-催化氧化技术 光催化降解技术 等离子体
燃烧法
燃烧法是利用VOCs易燃烧性质进行处理的一种方法。VOCs气 体进入燃烧室，在足够高的温度、过量的空气、高温湍流条件 下，进行完全燃烧，最终生成CO2、H2O后外排。但存在投资 较高、运行费用高且不完全燃烧会产生二次污染的缺点。
危害神经系统： 长期受到低浓度VOCs 物质刺激会引起嗅觉疲劳、嗅觉 丧失，最后导致大脑皮质兴奋和抑制的调节功能失调。
§2 VOCs污染预防
VOCs控制技术可分为两类
改进工艺技术、更换设备和防止泄漏为主的预防性措施
替换原材料，减少引入到生产过程中的VOCs总量 改变运行条件，减少VOCs的形成和挥发 更换设备等，减少VOCs泄露
热力燃烧工艺流程图
催化燃烧法是VOCs经过热交换器、预热器加温后，进入催
化反应器，进行催化燃烧。该法适用于低浓度 VOCs 的处理。 其工艺流程如下：
催化燃烧工艺流程图
吸收法的原理是采用低挥发或不挥发性溶剂对VOCs进行吸 收，再利用VOCs分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。 吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特 征、VOCs种类、浓度、性质和吸附系统的操作温度、湿度、压 力等因素。 该方法具有技术成熟、运行简单的优点,但存在处理效果很难
基本方法：冷凝法、吸收法、吸附法、燃烧（催 化燃烧、热力燃烧或直接燃烧）、膜法、生物法 等，或上述方法的组合。 选择方法：既考虑技术上的可行性，又考虑经济 上的可行性。具体应从污染物的性质、浓度、净 化要求并结合生产中的具体情况以及投资、运转 费用、回收效益等诸方面予以考虑，同时还要综 合考虑环境效益和社会效益。
通常采用的燃烧方式有直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧 法。据资料介绍，当废气的质量浓度超过1500ppm时，焚烧 法是唯一有效的办法 。
VOCs燃烧原理及动力学
燃烧与爆炸 当混合气体含有的氧和可燃组分在一定的浓度范围内，某一 点被燃着时产生的热量，可以继续引燃周围的混合气体，此 浓度范围就是爆炸极限浓度范围
末端治理为主的控制性措施
VOCs控制技术
VOCs替代
涂料施工、喷漆、电缆、印刷、粘接、金属清洗等行业均需利 用有机溶剂，在使用时有机溶剂绝大部分经挥发进入大气环 境，造成严重的局部污染，而且还有可能造成对健康环境的潜 在危害。因此，采用无毒或低毒原料替代或部分代替有机溶 剂，做到不排或少排有害的VOCs，是减少这类污染的有效途径。
达到期望标准。且不同VOCs气体需要使用不同的洗涤液，因而
运行费用高，此外还必须对排液进行处理。
其工艺流程如下：
吸收一般吸工艺流程图
吸附法
吸附法控制VOCs的原理是将含VOCs的气态混合物与多孔性固 体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子吸附力或化学键 力，把混合气体中VOCs组分吸附留在固体表面的分离过程。 该方法的优点是设备简单，动力消耗少，去除效果好，但是由于 吸附容量的限制而存在再生和更换的问题以及产生二次污染问