化工行業(yè)VOC廢氣治理探討

王森建+孟健婷

摘 要：VOC廢氣是形成臭氧和細(xì)顆粒物（PM2.5）污染的重要前體物，在霧霾的形成過程中扮演重要角色?；ば袠I(yè)是VOC廢氣主要排放行業(yè)之一，本文通過對(duì)化工行業(yè)VOC廢氣的產(chǎn)生環(huán)節(jié)和處理方法進(jìn)行分析，對(duì)現(xiàn)有處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件進(jìn)行探討，從而綜合論述了VOC廢氣的處理技術(shù)和治理要求，以期為VOC廢氣污染防治做出一定貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：VOC；化工；廢氣治理；

引 言：

近年來，我國節(jié)能減排工作取得巨大成效，SO2、NOx、煙粉塵等主要大氣污染物的排放量大幅削減，但是減排工作的成效未能在環(huán)境空氣質(zhì)量改善方面得到充分體現(xiàn)，近年全國各地臭氣擾民事件頻發(fā)，局部地區(qū)霧霾愈發(fā)嚴(yán)重，VOC排放量仍呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。為進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量，迫切需要全面加強(qiáng)VOC污染防治工作。國家已經(jīng)印發(fā)《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》，化工行業(yè)是VOC廢氣整治的重點(diǎn)行業(yè)之一，必需從工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)全面防治VOC廢氣污染，有針對(duì)性的應(yīng)用先進(jìn)處理技術(shù)，削減VOC廢氣排放量，從源頭減少霧霾的產(chǎn)生前體物，切實(shí)提高空氣質(zhì)量，提升人民生活幸福水平。

1 化工行業(yè)VOC廢氣簡(jiǎn)述

1.1 VOC廢氣的概念

VOC廢氣主要是指揮發(fā)性有機(jī)物污染氣體，是參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，包括非甲烷烴類、含氧有機(jī)物、含氯有機(jī)物、含氮有機(jī)物、含硫有機(jī)物等，是形成臭氧和細(xì)顆粒物（PM2.5）污染的重要前體物。

1.2 化工行業(yè)VOC廢氣的危害及主要產(chǎn)生環(huán)節(jié)

化工企業(yè)生產(chǎn)過程中使用到大量的揮發(fā)性有機(jī)物原料和溶劑，如烴類、苯系物、胺類化合物、含硫有機(jī)物、含氯有機(jī)物等，成分非常復(fù)雜。這些物質(zhì)不但會(huì)參與大氣光化學(xué)反應(yīng)形成霧霾，大多還具有生物毒性和難聞的氣味，部分物質(zhì)具有致癌性，如不能有效治理，將帶來巨大危害。化工生產(chǎn)中產(chǎn)生VOC廢氣的部位較多，且比較分散，其來源大致有以下幾方面。

（1）有機(jī)液體儲(chǔ)罐區(qū)。主要是“大呼吸”和“小呼吸”過程產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。

（2）逸散VOC廢氣的生產(chǎn)工序。化工生產(chǎn)中，常有合成、混合、過濾、壓濾、離心、蒸餾、結(jié)晶、沉降、粉碎、烘干等工序，都有可能發(fā)生有機(jī)物和溶劑揮發(fā)而逸散到空氣中。

（3）生產(chǎn)車間內(nèi)的物料轉(zhuǎn)移。在生產(chǎn)中，物料從一個(gè)容器轉(zhuǎn)移到另一個(gè)容器時(shí)，會(huì)發(fā)生吸入或放出氣體的現(xiàn)象。

（4）生產(chǎn)過程泄漏。在正常工況下，無論設(shè)備管件多好，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，設(shè)備零部件的腐蝕和磨損增加，因此物料泄漏是不可避免的。

（5）生產(chǎn)管理不善，造成人為污染。由于操作人員的失誤，發(fā)生泄漏、非正常排放等。

2 VOC廢氣處理技術(shù)

VOC廢氣的處理技術(shù)基本分為兩大類，即回收技術(shù)和銷毀技術(shù)。

2.1 回收技術(shù)

回收技術(shù)是通過物理的方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來富集分離有機(jī)污染物的方法，主要包括冷凝技術(shù)、吸收技術(shù)、吸附技術(shù)、膜分離技術(shù)等。

2.1.1 冷凝技術(shù)

利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同的飽和蒸汽壓的性質(zhì)，采用降低系統(tǒng)溫度或提高系統(tǒng)壓力，使處于蒸汽狀態(tài)的污染物冷凝，從廢氣中分離出來的過程。一般適用于高濃度、高沸點(diǎn)、小氣量、單組分VOC廢氣的凈化。

2.1.2 吸收技術(shù)

采用低揮發(fā)或不揮發(fā)液體為吸收劑，通過吸收裝置利用廢氣中各種組分在吸收劑中的溶解度或化學(xué)反應(yīng)特性的差異，使廢氣中的有害組分被吸收劑吸收，從而達(dá)到凈化廢氣的目的。一般適用于氣量、高濃度、低溫度、高壓力VOC廢氣的凈化。

2.1.3 吸附技術(shù)

利用固體吸附劑對(duì)廢氣中各組分吸附選擇性的不同而分離的方法。VOC通過吸附被濃縮到吸附劑表面上，再進(jìn)行后續(xù)一次性拋棄、蒸汽脫附回收、真空脫附回收或熱脫附催化燃燒處理。一般適用于大氣量，低濃度，凈化要求高的VOC廢氣凈化。吸附法是最經(jīng)典和常用的VOCs凈化技術(shù)，也是目前工業(yè)VOCs治理的主流技術(shù)之一。

2.1.4 膜分離技術(shù)

利用天然或人工合成的膜材料來分離污染物的過程。廢氣首先進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮后冷凝，冷凝下來的有機(jī)物進(jìn)行回收，余下的進(jìn)入膜分離單元后分為兩股，一股返回壓縮機(jī)重新進(jìn)行處理，一股處理后排出。

該法是一種新型的高效分離方法，一般適用于濃度、小氣量、有較高回收價(jià)值的VOC廢氣處理。

2.2 銷毀技術(shù)

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，主要包括熱力焚燒、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。

2.2.1 熱力焚燒技術(shù)

熱力焚燒法指將廢氣加熱并控制燃燒溫度在700℃以上，在此溫度下，大部分的有機(jī)物都可以被分解為CO2和水H2O，去除效率可達(dá)95%以上。

基本可以處理所有的VOC廢氣，但投資費(fèi)用較高，特別當(dāng)濃度低時(shí)需補(bǔ)充染料，運(yùn)行費(fèi)用高。主要方式包括直接熱力焚燒法、蓄熱式焚燒法（RTO）、鍋爐熱力焚燒法。

2.2.2催化燃燒技術(shù)

催化燃燒法是利用催化劑在較低溫度下將VOC氧化分解，反應(yīng)溫度通常為250～500℃之間。由于催化燃燒法的溫度低，和熱力焚燒法相比，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用較低。

當(dāng)廢氣中含有能引起催化劑中毒或易產(chǎn)生二噁英的物質(zhì)時(shí)，如含硫、鹵素，不宜采用催化燃燒法。其余VOC基本均可以，尤其是中等濃度的廢氣。

2.2.3 生物處理技術(shù)

將廢氣中的有機(jī)物通過雙膜理論的方式擴(kuò)散至生物膜，然后利用微生物的代謝活動(dòng)將復(fù)雜的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單、無毒的無機(jī)物和其它細(xì)胞質(zhì)。

主要包括生物過濾床、生物洗滌床和生物滴濾床等方式，一般用于可生物降解的低濃度VOC廢氣。

2.2.4 低溫等離子體技術(shù)

在常溫常壓下，通過高壓脈沖放電獲得高能電子、離子和自由基等活性粒子，與VOC廢氣發(fā)生作用，將其轉(zhuǎn)化為CO2、SO2等無害或低害物質(zhì)。

該法初期應(yīng)用于除臭凈化，效果較好，但對(duì)VOC的作用機(jī)理研究還不夠充分，凈化效率偏低，有中間產(chǎn)物形成，一般用于低濃度VOC廢氣的處理。

2.2.5 光催化技術(shù)

在一定波長(zhǎng)光照條件下，催化劑發(fā)生光生載流子的分離，光生電子和空穴在與離子或分子結(jié)合生成活性自由基，自由基將有機(jī)物大分子降解為其他小分子或CO2和H2O，光催化劑本身不發(fā)生變化。

一般適用于低濃度VOC廢氣的處理，凈化效率偏低，有中間產(chǎn)物形成，存在反應(yīng)慢、催化劑會(huì)失活等缺點(diǎn)。

結(jié)束語：

化工行業(yè)VOC廢氣排放量大、危害大，必需進(jìn)行有效治理。在治理方案上首先要考慮從源頭控制廢氣產(chǎn)生量，推廣使用低（無）VOC 含量、低反應(yīng)活性的原輔材料和產(chǎn)品，全面推進(jìn)化工企業(yè)設(shè)備動(dòng)靜密封點(diǎn)、儲(chǔ)存、裝卸、廢水系統(tǒng)、有組織工藝廢氣和非正常工況等源項(xiàng)整治。在源頭控制的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同廢氣的性質(zhì)使用相應(yīng)的處理技術(shù)。優(yōu)先使用回收技術(shù)，對(duì)于無法回收的VOC廢氣，建議推廣使用熱力焚燒、催化燃燒、生物處理等高效、徹底的銷毀技術(shù)，全面完成行業(yè)整治和VOC減排要求，減少VOC廢氣污染對(duì)空氣質(zhì)量和居民健康的影響。

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