淺談活性炭吸附VOCs工藝的十大問題
文/鳳巢
使用方法：通過活性炭的自然吸附能力吸附廢氣，當吸附飽和后，活性炭脫附再生或交給專業危廢公司處理。
原理：活性炭凈化空氣的物理吸附，如圖所示四種情況：
（1）分子直徑大于孔的直徑，由于空間位阻，分子不能入孔，因此不吸附；
（2）分子直徑等于孔的直徑，吸附劑的捕捉力很強，非常適合低濃度吸附；
（3）分子直徑小于孔的直徑，孔內發生毛細管冷凝，吸附容量大；
（4）分子直徑遠小于孔的直徑，吸附分子很容易解吸，解吸速率高，低濃度下的吸附量較小。
國內運用活性炭吸附的治污工藝設備，制造其的環保公司對設備的除污參數，基本上都會提到這類設備的除污效率達到90% 以上， 但是事實呢? 經專家和實驗數據表明，在實際除污應用過程中，除污效率達到90%以上只是理論值。但是，在不同的工作環境下，其除污效率遠比這個理論數值低。那這是什么原因呢？
活性炭的吸附作用，主要是與活性炭的結構有關。活性炭表面原子通過絡合作用、氫鍵、離子交換等多種方式結合起作用。活性炭雖然吸附速率快，但對有機氣體吸附的選擇性低，同時，活性炭對有機氣體的吸附過程也受多種因素的影響，主要包括溫度、工作環境濕度、水霧、酸度、灰塵及被吸附氣體之間的相互作用等。
1、吸附量小
物理吸附存在吸附飽和問題，隨著吸附劑的消耗，吸附能力也變弱，使用一段時間后可能會出現吸附量小或失去吸附功能，不適用于高濃度廢氣。吸附時，存在吸附的專一性問題，對混合氣體，可吸附性會減弱，同時也存在分子直徑與活性炭孔徑不匹配，造成脫附現象；更為明顯的是，從原理上看活性炭吸附只是將有毒害氣體轉移，并沒有達到分解有害氣體的功效。
2、溫度影響
在通常情況下，活性炭吸附設備在溫度方面，一般要求廢氣的溫度低于40℃，25℃的吸附條件比較好，原則上需要對VOCs 氣源進行冷卻才能達到這個溫度，而在實際的工作環境中很難做到恒溫吸附VOCs,如果廢氣的溫度超過400℃，活性炭的吸附效率就會急速下降。而且，當活性炭吸附一定量的VOCs 后暫停工作，則已經吸附VOCs 的活性炭會因氣溫或氣壓的改變又釋放脫附VOCs。
溫度對VOCs吸附影響關系圖
3、相對濕度影響
相對濕度也會對活性炭吸附設備的 吸附效率產生影響。
VOCs在不同濕度下的吸附效果
從我國華南地區的一個沿海大省氣象局發布的環境數據看到，自2016年4月，該省白天氣溫已經出現30℃以上的溫度，甚至在7-9月份，頻繁地出現白天氣溫超過35℃的極端氣候，碳箱蓄熱近50℃。另外，該省自2016年3月開始，平均濕度長期超過70%了。再加上企業生產過程中產生的VOCs 的溫度長期偏高，所含的濕氣也超過了50%。因此，室外環境條件和廢氣環境條件共同作用下，導致了活性炭吸附效率大為降低。活性炭吸附設備的整體吸附效率不到其設計標準的50%。可想而知，在這種情況下，排出的氣體，所含的VOCs肯定是超出了國家規定的可排放標準，直接對大氣產生了污染。
4、氣壓影響
活性炭吸附VOCs過程，如果從低濃度向高濃度吸附，需要確保活性炭在負壓環境下才能進行，在工廠生產實際應用中，設備不可能不停運作。當停止工作不再形成負壓的環境，活性炭已經吸附的VOCs會脫附釋放，再次污染環境。
5、酸性氣體影響
活性炭表面酸性與吸附平衡有著密切的關系。活性炭表面酸性增加，則對酸性及中性有機物的吸附能力大幅降低，而大部分VOCs均顯酸性。
6、粉塵影響
活性炭對VOCs 的吸附則主要受活性炭比表面積、孔徑大小等物理特性的影響。因為活性炭的吸附是無選擇性的，除了吸附VOCs,也會吸附粉塵，隨著活性炭表面粉塵量的增加，活性炭的微孔被堵塞，比表面積降低，降低活性炭對VOCs的吸附能力，致使活性炭“中毒”失活。
7、企業易造假，存在著巨大環保風險
活性炭雖然便宜，但使用活性炭吸附法處理VOCs達標排放實際運維費用是十分高昂的，同時自然吸、脫附管理難、適用性受多種因素影響，不適合含粉塵、水汽、乳狀物等廢氣處理，難穩定環保達標。且大量飽和后的活性炭處理更耗費巨大，該方法僅是將污染物吸附轉移，如對飽和后活性炭轉移過程無嚴格把關跟蹤，則極易造成二次污染。但因前期投資少，企業自然選用較多，現雖監管難（炭箱內沒有活性炭，活性炭設施過于簡陋、幾乎不換炭，活性炭選用與實際設計不符，使用量過少等），但環保部門終會有所行動的，存在著巨大環保風險。而且容易造假應付環保管理。（如：炭箱內沒有活性炭，活性炭設施過于簡陋、幾乎不換炭，活性炭實際工程與設計不符，使用量過少等。）
圖為廣東某企業僅放少許活性炭并長期不更換、造假
6月12日，督查組對北京市東城區典盛經貿有限公司現場檢查時發現，該公司調漆房作業期間門窗敞開，廢氣直排，VOCs收集處理設施閑置；打磨、拋光工序無抑塵設施；噴漆房底棉、活性炭長期未更換；大量廢機油濾芯、廢機油桶、廢漆桶堆放在維修車間未轉移處置。督查組已將檢查發現的問題移交當地環保部門調查處理。
有機廢氣處理設施內部無活性炭吸附裝置
6月14日夜，督查組對濟南市長清區濟南藝高數控機械有限公司現場檢查時發現，該公司噴漆房中漆霧和有機廢氣未經過濾棉和活性炭吸附直排，廢氣處理設施中有大量粉塵，活性炭吸附裝置未安裝到位。督查組已將檢查發現的問題移交當地環保部門調查處理。
廢氣治理設施無活性炭
8、使用過后的廢活性炭是危險廢物
活性炭形狀不定，通常是黑色粉末狀或塊狀、顆粒狀、蜂窩狀，通過加工處理所獲得。由于活性炭本身具有的吸附性能，能夠吸大多數大氣污染物，吸附效率較為理想，因此在生活中常被當作吸附劑使用。活性炭本身不具備危險性，因此被拋棄的純活性炭不屬于危險廢物。
吸附VOCs后的廢活性炭是不是危廢？
根據《國家危險廢物名錄》中關于HW12、HW49大類危險廢物的定義，涂裝行業和化工行業的吸附VOCs后的廢活性炭（以下簡稱“VOCs廢活性炭”）可明確認定為危險廢物；
那么有的企業要問了：“我們不涉及上述兩個行業，在生產過程中產生的VOCs活性炭可不可以按一般固廢的要求處置呢？”答案是：絕對不行。
可見，其他行業的VOCs廢活性炭屬于HW49其他廢物900-041-49的描述“含有或沾染毒性、感染性危險廢物的過濾吸附介質”，故也應該被認定為危險廢物。
VOCs廢活性炭也沒有在危險廢物豁免管理清單之列。
可以確認，VOCs廢活性炭不存在豁免情形，而是直接按照危險廢物進行管理。
9、后期處理及其麻煩
產生了VOCs廢活性炭該如何處理？
首先，廢活性炭的管理計劃必須向環保部門備案。
其次，企業不得擅自處置廢活性炭。
最后，企業必須委托具資質單位或個人進行處置。
禁止將廢活性炭交給供貨商帶回。（這是實務工作常見的違法情形）
違法處置VOCs廢活性炭，該承擔民事、行政、刑事責任。
10、安全性低
雖然活性炭吸附技術的設備相對簡單，只需將一定量的活性炭顆粒固定在載體上就可以使用，且活性炭吸附在VOCs的穩定氣流中，短時間內活性炭橫截面積的吸附效果也顯著，但是，對于源源不斷的廢氣氣流，這只是很小的一部分吸附，容易達到飽和，對于總體的吸附效率很低；再者，對廢氣中的臭氧、氮氧化物需要特種吸附材料吸附，常用的活性炭吸附材料不能滿足。此外，由于VOCs絕大部分是易燃、易爆的化合物，VOCs處理工程在設計時要充分考慮安全。
總結：
（1）活性炭吸附量小，不適用于高濃度以及混合氣體廢氣
（2）活性炭吸附只是將有毒害氣體轉移，并沒有達到分解有害氣體的功效。
（3）運維費用十分高昂。
（4）受溫度、濕度、氣壓、PH值及粉塵的影響極大，難穩定環保達標。
（5）企業易造假，存在著巨大環保風險。
（6）使用過后的廢活性炭是危險廢物。
（7）后期處理及其麻煩。
（8）安全性低，易燃易爆
