揮發(fā)性有機(jī)物的控制政策及治理措施綜述

劉 瀾

(山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030024)

揮發(fā)性有機(jī)物的控制政策及治理措施綜述

劉 瀾

(山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030024)

介紹了揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的定義、來源及污染特性，探討了吸附、催化燃燒、生物凈化三種常用的VOCs治理技術(shù)，并結(jié)合工程實(shí)例，分析了VOCs治理過程中存在的問題，提出了相應(yīng)的解決措施，對(duì)改善空氣質(zhì)量狀況有著重要意義。

揮發(fā)性有機(jī)物，污染物，空氣質(zhì)量

1 概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源消耗大幅攀升，揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds，VOCs)排放量逐步上升[1]，其帶來的不良影響也日益嚴(yán)重。研究表明，VOCs會(huì)降低空氣能見度，破壞大氣臭氧層，少部分VOCs具有毒性且能致癌[2]，這嚴(yán)重威脅了人們的身體健康和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定[3]。因此VOCs的控制與治理勢(shì)必成為改善我國空氣質(zhì)量狀況的重要課題[1]。

VOCs是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(即101.3 kPa)下初始沸點(diǎn)不高于250 ℃的有機(jī)化合物，在我國GB/T 18889—2002室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中VOCs是指在氣相色譜分析中從正己烷(bp.69 ℃)峰到正十六烷(bp.287 ℃)峰之間的所有化合物[2]。環(huán)境中的VOCs具有來源廣、種類多的特點(diǎn)，其來源主要分為自然源和人為源。自然源主要來自植被排放、森林火災(zāi)、野生動(dòng)物排放和濕地厭氧過程等。人為源包括移動(dòng)源(交通運(yùn)輸工具的排放)和固定源，固定源中又包括生活源和工業(yè)源等。生活源VOCs種類繁多，包括建筑裝飾、油煙排放、垃圾焚燒、秸稈焚燒、服裝干洗等。工業(yè)源VOCs排放所涉及行業(yè)廣泛，具有排放強(qiáng)度大、濃度高、污染物種類多、持續(xù)時(shí)間長、對(duì)局部空氣質(zhì)量影響顯著等特點(diǎn)。工業(yè)源中的重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)包括石油煉制和儲(chǔ)運(yùn)、化工、溶劑使用(包括表面涂裝)等[4]。

為有效治理揮發(fā)性有機(jī)物，我國國務(wù)院辦公廳在2010 年5月轉(zhuǎn)發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導(dǎo)意見》(國辦發(fā)〔2010〕33 號(hào))中明確把揮發(fā)性有機(jī)物列入聯(lián)防聯(lián)控重點(diǎn)污染物，并要求部分排放揮發(fā)性有機(jī)物的生產(chǎn)作業(yè)按技術(shù)規(guī)范進(jìn)行污染治理。此外，作為指導(dǎo)性文件，我國環(huán)保部在2013年發(fā)布了《揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)污染防治技術(shù)政策》。該技術(shù)政策提出了生產(chǎn)VOCs物料和含VOCs產(chǎn)品的生產(chǎn)、儲(chǔ)存運(yùn)輸銷售、使用、消費(fèi)各環(huán)節(jié)的污染防治策略和方法，并明確指出VOCs污染防治應(yīng)遵循源頭和過程控制與末端治理相結(jié)合的綜合防治原則。該政策還提倡研發(fā)新技術(shù)、新材料和新裝備，鼓勵(lì)企業(yè)自行開展VOCs監(jiān)測(cè)，并及時(shí)主動(dòng)向當(dāng)?shù)丨h(huán)保行政主管部門報(bào)送監(jiān)測(cè)結(jié)果[4]。

2 VOCs治理技術(shù)及工程案例

2.1 VOCs主要治理技術(shù)

VOCs的治理技術(shù)總體上可分為回收技術(shù)與銷毀技術(shù)?；厥占夹g(shù)是通過物理方法，調(diào)節(jié)溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來收集游散的有機(jī)污染物的方法，主要包括吸附技術(shù)、吸收技術(shù)、冷凝技術(shù)及膜分離技術(shù)等；銷毀技術(shù)是通過化學(xué)或生化反應(yīng)，用熱、光、催化劑或微生物等將有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變成為二氧化碳和水等無毒害無機(jī)小分子化合物的方法，主要包括高溫焚燒、催化燃燒、生物氧化、低溫等離子體破壞和光催化氧化技術(shù)等[4]。下文選擇了三種比較典型的技術(shù)方法進(jìn)行介紹。

2.1.1 吸附技術(shù)

作為目前應(yīng)用最廣的治理技術(shù)，吸附法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、凈化效率高的優(yōu)點(diǎn)。其原理是利用各種固體吸附劑(如活性炭、活性炭纖維、分子篩等)對(duì)排放廢氣中的污染物進(jìn)行吸附凈化，具體技術(shù)主要包括固定床吸附技術(shù)、移動(dòng)床(含轉(zhuǎn)輪)吸附技術(shù)、流化床吸附技術(shù)和變壓吸附技術(shù)等。目前最成熟的吸附系統(tǒng)是1977年—1979年在日本開發(fā)成功的蜂窩輪吸附[5]，此系統(tǒng)在經(jīng)過多年的改善后,蜂窩狀吸附輪的性能得到了明顯提高，特別是在Mitsuma等人提出的制造蜂窩輪新方法后,VOCs的去除率上升至90%～95%[6]。但是，吸附法僅對(duì)低濃度的VOCs廢氣具有良好的吸收效果，并且使用后的固體吸附劑容易導(dǎo)致VOCs廢氣從氣相轉(zhuǎn)移為固相引起二次污染的問題[7]。國內(nèi)目前主要是采用固定床吸附技術(shù)，吸附劑通常為顆?；钚蕴亢突钚蕴坷w維。近年來，國外和我國臺(tái)灣地區(qū)較多地采用了移動(dòng)床(分子篩轉(zhuǎn)輪吸附濃縮)技術(shù)。吸附濃縮—催化燃燒技術(shù)是將吸附和催化燃燒相結(jié)合的一種集成技術(shù)，將大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣經(jīng)過吸附/脫附過程轉(zhuǎn)換成小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣，然后經(jīng)過催化燃燒凈化。該方法適合于大風(fēng)量、低濃度或濃度不穩(wěn)定的廢氣治理[4]。

2.1.2 催化燃燒技術(shù)

催化燃燒是在催化劑的催化下，將有機(jī)污染物熱力分解成二氧化碳、水以及氯化物等無毒或毒性小的無機(jī)物的過程，此方法是對(duì)直接燃燒法的改進(jìn)和提升。直接燃燒法主要適用于處理高濃度VOCs廢氣，其運(yùn)行溫度通常需800 ℃～1 200 ℃時(shí),工藝能耗成本較高，且燃燒尾氣中容易出現(xiàn)二噁英、NOx等副產(chǎn)物;催化燃燒可以在遠(yuǎn)低于直接燃燒溫度條件下處理低濃度的VOCs氣體,具有凈化效率高、無二次污染、能耗低的特點(diǎn)，是商業(yè)上處理VOCs應(yīng)用最有效的處理方法之一[8]。然而，催化燃燒也有其限制條件，其中催化劑的優(yōu)劣對(duì)熱分解效率和能耗有著決定性的作用。在催化燃燒中用得較多的催化劑是貴金屬催化劑，如Pt，Pd，Au和Rh等是典型的貴金屬催化劑[9-11]。這類催化劑通常負(fù)載在載體上,具有活性高,選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，但是成本較高,且容易中毒。因此尋找經(jīng)濟(jì)適用、穩(wěn)定性較好的催化劑是推廣催化燃燒技術(shù)的關(guān)鍵[8]。

2.1.3 生物凈化技術(shù)

2.2 VOCs工程案例

2.2.1 冷凝回收和熱力燃燒復(fù)合技術(shù)

以廣安某高新材料公司為例，該公司主要從事樹脂、薄膜、復(fù)合材料及制品在內(nèi)的相關(guān)電子信息材料產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。其VOCs主要包括覆銅板生產(chǎn)車間的乙酸乙酯，二甲基甲酰胺(DMF)揮發(fā)廢氣，丁酮揮發(fā)廢氣，以及薄膜、封膠及樹脂生產(chǎn)過程中的有機(jī)氣體。

根據(jù)《揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)污染防治技術(shù)政策》中提出的“VOCs源頭控制”和“采用工業(yè)生產(chǎn)過程中減少VOCs形成和揮發(fā)的清潔生產(chǎn)技術(shù)”，同時(shí)考慮到該企業(yè)有機(jī)廢氣產(chǎn)生量較大，且目前國內(nèi)有機(jī)廢氣污染形勢(shì)較為嚴(yán)峻的情況，該公司采取了先吸收回用然后再處理排放的方式，即根據(jù)污染物質(zhì)的物化性質(zhì)來設(shè)計(jì)廢氣處理方式，其中DMF采用“三級(jí)水吸收+蒸餾塔回收+RTO焚燒工藝”，丁酮采用“冷凝+活性炭吸附+蒸餾塔回收+RTO焚燒工藝”。

鑒于DMF與水互溶，且該企業(yè)部分產(chǎn)品有部分水產(chǎn)生，必須將DMF與水分離才能回用，因此該企業(yè)采用了“水吸收+蒸餾分離系統(tǒng)”來回收DMF?；厥障到y(tǒng)主要由廢氣收集管道、冷凝機(jī)組、吸收塔、自控儀表系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、水循環(huán)管道系統(tǒng)和蒸餾塔等幾部分組成。工作原理是將來自各個(gè)工段的工藝廢氣匯總于集氣箱中，通過風(fēng)機(jī)將其打入列管式冷凍機(jī)組中，使部分DMF冷凝下來，由于DMF廢氣產(chǎn)生量大，經(jīng)冷凝后約有30%的DMF被冷凝下來(注：各工藝對(duì)DMF的純度要求較高，冷凝下來的DMF需經(jīng)過精餾后方可重復(fù)使用)，未冷凝廢氣接著被送至吸收塔中。吸收塔的第一段為提濃噴淋，噴林液為循環(huán)吸收DMF的水溶液，促進(jìn)吸收，為此目的，第一階段采用大水量循環(huán)吸收，并且對(duì)進(jìn)塔的吸收液要進(jìn)行冷卻處理。不斷濃集的吸收液部分輸送至廢水罐，待后續(xù)用已有的濕法回收精餾塔蒸餾回收DMF。氣體經(jīng)過第一階段后進(jìn)入后續(xù)第二階段進(jìn)一步被吸收。第二階段采用填料塔結(jié)構(gòu)，吸收液采用低濃度水，吸收DMF后的吸收液補(bǔ)充到第一吸收段(吸收DMF后的吸收液部分參與循環(huán)，一部分補(bǔ)充到第一吸收段)。第三階段同樣采用填料塔結(jié)構(gòu)，吸收液為純水，來保證廢氣的出口濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)(吸收DMF后的吸收液部分參與循環(huán)，一部分補(bǔ)充到第一吸收段)。有機(jī)廢氣現(xiàn)經(jīng)過吸收塔利用水吸收去除其中的DMF后，達(dá)標(biāo)排放。富集吸收液送至濕法工藝廢水罐，利用蒸餾裝置分離出DMF和水。

丁酮回收采用類似系統(tǒng)。根據(jù)丁酮的特性，先進(jìn)入前空氣冷卻器進(jìn)行預(yù)冷卻，經(jīng)預(yù)冷卻后廢氣進(jìn)入一套活性炭有機(jī)溶劑凈化回收裝置，其中的有機(jī)物(丁酮)被吸附床中的活性炭(纖維)吸附下來，從而使廢氣得到凈化處理。經(jīng)凈化回收處理后的氣體從吸附床底部由防爆離心通風(fēng)機(jī)送至排氣筒排空。吸附飽和的吸附床用熱空氣進(jìn)行脫附。熱空氣由吸附床底進(jìn)入，穿過吸附劑，將被吸附的有機(jī)物(丁酮)脫附出來并帶出吸附床，在后冷凝器中冷凝成液體進(jìn)入溶劑回收系統(tǒng)精餾后再回用。吸附床完成脫附并經(jīng)干燥再生后，切換回吸附狀態(tài)，從而完成一個(gè)操作循環(huán)。整個(gè)過程幾個(gè)吸附床連續(xù)交替、循環(huán)運(yùn)行。后冷卻器采用型鋼制空氣冷卻器，冷卻水系統(tǒng)選用冷卻塔、循環(huán)水泵進(jìn)行淡水循環(huán)冷卻。吸附與再生采取電動(dòng)方式。活性炭吸附凈化裝置的吸附、脫附操作全部采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中具有相互聯(lián)鎖的功能，可根據(jù)工藝作業(yè)的變動(dòng)，通過修改程序，隨意調(diào)整吸附、再生周期等參數(shù)。

對(duì)于回收后產(chǎn)生的廢氣及其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的VOCs，在考慮成本，環(huán)保功效及技術(shù)難度后，該企業(yè)選擇采用熱力燃燒技術(shù)，將有機(jī)廢氣通過燃燒轉(zhuǎn)為二氧化碳、水以及氯化物等無毒或毒性小的無機(jī)物。在焚燒爐樣式選擇上，該企業(yè)根據(jù)自身生產(chǎn)特點(diǎn)采用了自由式RTO廢氣焚燒爐。相比于其他類似的焚燒爐，自由式RTO焚燒爐不僅擁有更好的環(huán)保性能(對(duì)廢氣的氧化更加徹底)，還具有體積小，重量輕，升溫快的特點(diǎn)，在裝配上還可自由調(diào)節(jié)，和收集及轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的契合度高。更為關(guān)鍵的是，自由式RTO焚燒爐造價(jià)成本低，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用不高，運(yùn)行過程更加安全可靠。

2.2.2 吸附和催化燃燒復(fù)合技術(shù)

以什邡市某新型超功能材料有限公司為例，該公司主要致力于生產(chǎn)聚苯硫醚(PPS)樹脂、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)樹脂及聚磷酸銨(APP)。VOCs主要來自于全流程置換抽排氣不凝氣，部分工段不凝氣及產(chǎn)品干燥廢氣。廢氣主要包括溶劑NMP揮發(fā)氣體，丁醛揮發(fā)氣體，低分子硫化物等。

該公司結(jié)合自身工藝特點(diǎn)，采用了冷凝、活性炭吸附、催化燃燒工藝對(duì)VOCs進(jìn)行處理，同時(shí)考慮到去除VOCs廢氣中夾雜的無機(jī)酸性氣體，在冷凝及吸附之間加入了一步二級(jí)堿洗。

由于該企業(yè)尾氣中含有大量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)，為了降低成本、減少排放，所以首先對(duì)尾氣進(jìn)行集中冷凝，冷凝得到的NMP、水混合液回收到儲(chǔ)液罐，等待后期的精餾分離回用。因?yàn)槲矚庵泻胁糠譄o機(jī)酸性廢氣硫化氫和氯化氫，所以冷凝過后，要經(jīng)過兩級(jí)堿洗，堿液采用濃度為5%的NaOH液體。無機(jī)酸堿反應(yīng)速度快、效率高，經(jīng)過兩級(jí)堿洗后，對(duì)無機(jī)酸性氣體有很好的去除效果。吸收的廢堿液到達(dá)一定濃度后，排放至廢水處理站集中處理。但二級(jí)堿洗后，廢氣濕度較大，容易降低活性炭吸附能力，也會(huì)堵塞活性炭表面的多孔結(jié)構(gòu)，使活性炭失活，因此，在堿洗和吸附間加裝預(yù)處理裝置(冷凝+干燥)，使經(jīng)過堿吸收的廢氣脫水、干燥，提高活性炭的吸附性能力?；钚蕴课胶?，廢氣應(yīng)已基本達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但考慮到該公司聚苯硫醚的低分子硫化物有惡臭氣味，所以增加了催化燃燒工藝。同時(shí)，考慮到活性炭吸附后的氣體濃度較低，難以達(dá)到自身熱平衡，該公司在考慮總體氣量較小，成本不高的情況下設(shè)計(jì)了電力供熱設(shè)備，并用出口的熱空氣去預(yù)熱進(jìn)口的氣體，以達(dá)到能量的充分利用。

3 現(xiàn)存問題及思考

雖然我國VOCs控制情況日益改善，但仍存在不少問題。首先，由于重視程度不夠及VOCs廢氣管理與監(jiān)控條件所限，我國環(huán)境監(jiān)管部門對(duì)VOCs的排放源分布，排放強(qiáng)度和治理情況等基礎(chǔ)信息掌握較少。我國自主的VOCs監(jiān)測(cè)仍停留在小規(guī)模探索及科研上，缺乏廣域上的調(diào)查與統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致空氣VOCs污染特征等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匱乏[13]。同時(shí)，我國VOCs方面的研究多采用歐盟及美國的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)算[14，15]，導(dǎo)致研究結(jié)果缺乏針對(duì)性和可靠性。其次，由于我國VOCs控制起步較晚，各類法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)缺乏準(zhǔn)確性，針對(duì)性及系統(tǒng)性?，F(xiàn)行的《大氣污染法》也缺乏對(duì)VOCs的具體陳述。同時(shí)，國家和地方大氣污染防治相關(guān)的法律、法規(guī)中對(duì)于有毒有害廢氣的污染防治管理?xiàng)l文僅局限于突發(fā)性事故條件，缺少對(duì)有毒有害廢氣污染源環(huán)保準(zhǔn)入、日常監(jiān)管和風(fēng)險(xiǎn)防范方面的專項(xiàng)具體要求，系統(tǒng)有效的有毒有害廢氣污染防治和監(jiān)管體系有待建立。在控制技術(shù)方面，我國VOCs技術(shù)多引進(jìn)或模仿國外技術(shù)，在技術(shù)更新上也多跟蹤國外研究成果，缺乏自主研究和適合本國基本國情的控制技術(shù)[13]。介于以上問題，本文建議首先將VOCs的控制管理內(nèi)容修編入《大氣污染防治法》，并完善VOCs相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，作為以后開展相關(guān)工作的法定依據(jù)。同時(shí)明確VOCs減排目標(biāo)，提出具體減排計(jì)劃，為未來工作的落實(shí)和考核提供支撐。其次，加大對(duì)我國VOCs研究與調(diào)查的投入，特別是重點(diǎn)污染區(qū)域的污染普查和VOCs數(shù)據(jù)庫建立，為其他工作提供理論依據(jù)。最后，鼓勵(lì)有利于VOCs控制的新材料，新技術(shù)，新裝備的研發(fā)，推進(jìn)我國自主研究的VOCs治理技術(shù)的發(fā)展。

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The technological policy and control measures of VOCs review

Liu Lan

(ShanxiJinhuankeyuanEnvironmentalResourcesCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

The paper introduces the definition,origins and pollution features of VOCs,explores three common technologies for its treatment including absorption,catalytic combustion,and biological purification,analyzes some problems in the treatment by combining with engineering cases,and points out respective solutions,so as to improve the air quality.

VOCs,pollutant,air quality

2015-10-12

劉 瀾(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)36-0203-04

X131 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A