工業(yè)源揮發(fā)性有機(jī)物治理技術(shù)及管理對(duì)策研究

馬紅妍

（濰坊市高新生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，山東 濰坊 261061）

1 工業(yè)源揮發(fā)性有機(jī)物的概況

1.1 概念、來源及危害

揮發(fā)性有機(jī)物（以下簡(jiǎn)稱VOCs）主要是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，世衛(wèi)組織（WHO）將有機(jī)物的沸點(diǎn)作為判定依據(jù)，沸點(diǎn)為50～260 ℃的各種有機(jī)化合物被定義為揮發(fā)性有機(jī)物[1]。而國(guó)內(nèi)通常會(huì)根據(jù)測(cè)量和核算結(jié)果判定[2]，即依據(jù)《環(huán)境空氣 揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定 罐采樣/氣相色譜-質(zhì)譜法》（HJ 759-2015）對(duì)廢氣中單項(xiàng)VOCs物質(zhì)測(cè)量其質(zhì)量濃度，加和后得到VOCs總量。

在大氣污染中，VOCs來源廣泛。其中，工業(yè)源有機(jī)廢氣主要來源于石化和煤化工行業(yè)，石油類儲(chǔ)運(yùn)和銷售，涂料、油墨、膠黏劑等的生產(chǎn)和使用，還有工業(yè)清洗及涂裝、印刷、膠裝等原料的使用等[3]。VOCs主要包括非甲烷烴類、醛、酮、醇、醚及含氯、含氮、含硫有機(jī)物等，其經(jīng)紫外線照射會(huì)與氮氧化物反應(yīng)形成光化學(xué)煙霧及大量臭氧，而大氣中的SO2、NO2等氣態(tài)污染物被臭氧氧化并會(huì)逐漸凝結(jié)形成PM2.5[4]，這也是霧霾形成的重要因素。因此，加強(qiáng)VOCs污染的防治工作，是當(dāng)前改善我國(guó)大氣環(huán)境復(fù)合型污染的有效途徑之一[5]。

1.2 末端治理技術(shù)簡(jiǎn)介

工業(yè)固定源揮發(fā)性有機(jī)物末端治理技術(shù)主要分為物理法（冷凝、吸收、吸附等）和化學(xué)法（氧化、燃燒等），以及在此基礎(chǔ)上聯(lián)合使用的復(fù)合方法。

1.2.1 冷凝法

該方法是通過降低廢氣溫度或提高系統(tǒng)壓力，使氣態(tài)污染物液化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)凈化廢氣的目的[6]。在實(shí)際應(yīng)用中，可直接采用液氮降低系統(tǒng)溫度來處理、回收有機(jī)廢氣，這是冷凝法中一種比較成熟的方案。

1.2.2 吸收法

該方法是利用液體吸收劑將污染物吸收去除的一種技術(shù)。一般情況下，吸收劑需滿足沸點(diǎn)高、蒸氣壓低的特點(diǎn)，通常會(huì)采用液體石油類、表面活性劑與水的混合液等作為吸收劑[7]。而噴淋塔、洗滌器、填充塔等作為吸收裝置，可使氣液有效接觸面積大、氣液湍流程度大、壓力損失小，因此，具有更好地吸收效果。

1.2.3 吸附法

該方法是利用活性炭、沸石等吸附劑來吸附有機(jī)廢氣中的污染因子，以此實(shí)現(xiàn)廢氣凈化[8]。在實(shí)際應(yīng)用中，木材、煤炭和石油焦等材料經(jīng)熱解、活化等工藝均可制成活性炭，其內(nèi)部具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和化學(xué)基團(tuán)，可有效吸附廢氣中的有機(jī)氣體分子[9]；且活性炭大多是單層分子吸附，一般認(rèn)為活性炭吸附有機(jī)廢氣的飽和容量為20%～40%，需要注意的是，吸附飽和的活性炭需更換或再生。而沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)是利用沸石分子篩的多孔吸附性來處理有機(jī)廢氣，一般不單獨(dú)使用，其主要用途是濃縮有機(jī)廢氣的同時(shí)減少廢氣量，便于后續(xù)燃燒處理；而沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)核心裝置是裝滿沸石的分子篩旋轉(zhuǎn)輪，吸附區(qū)、再生區(qū)和冷卻區(qū)，且隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)往復(fù)循環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)廢氣的吸附濃縮凈化。

1.2.4 氧化法

UV光解催化氧化法是指納米二氧化鈦等光催化劑被紫外光線照射激活后產(chǎn)生自由電子，而自由電子躍遷后二氧化鈦在價(jià)帶上光生電子-空穴對(duì)，其氧化能力和自由電子的還原能力，使催化劑與周圍空氣中H2O、O2分子發(fā)生作用生成羥基自由基從而鎖住并分解有機(jī)氣體。而低溫等離子體的產(chǎn)生方式是氣體放電，常用的放電方式為電暈放電。其具體工藝是，當(dāng)發(fā)生電暈放電時(shí)，氣體中被高壓電場(chǎng)加速后的電子會(huì)與周圍的粒子發(fā)生碰撞，而產(chǎn)生更多的自由電子，且形成等離子體，而這些活性電子可打破VOCs中C-H、C-C或C=C化學(xué)鍵，并將其結(jié)構(gòu)破壞，從而達(dá)到凈化有機(jī)廢氣的目的。臭氧氧化技術(shù)主要利用臭氧的氧化特性降解有機(jī)廢氣。

1.2.5 燃燒法

蓄熱燃燒（簡(jiǎn)稱RTO），是利用蓄熱體儲(chǔ)存的熱量將有機(jī)廢氣加熱至700～800 ℃，且反應(yīng)時(shí)間為0.5～1 s，這時(shí)可使有機(jī)廢氣中的可燃物質(zhì)降解，而燃燒時(shí)釋放的熱量被蓄熱體收集，持續(xù)往復(fù)。催化燃燒是將有機(jī)廢氣加熱至200～400 ℃后，且在催化劑的作用下將可燃物質(zhì)降解為無毒無害的小分子物質(zhì)。而催化劑是通過吸附、降低反應(yīng)活化能等方式加快反應(yīng)進(jìn)程，常用的催化劑有Pt、Pa等貴金屬催化劑，CoOX、MnOX等過渡金屬催化劑，LaMnO3、BaCuO2等復(fù)合催化劑以及尖晶石型復(fù)氧化物催化劑等。蓄熱燃燒（簡(jiǎn)稱RTO）是在前兩種技術(shù)基礎(chǔ)上結(jié)合發(fā)展起來的治理技術(shù)，燃燒反應(yīng)和蓄熱交換反應(yīng)是在同一個(gè)固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，而反應(yīng)器兼?zhèn)湫顭崛紵臒崃炕厥绽霉δ芗按呋紵牡蜏剡\(yùn)行功能，這既有效避免了蓄熱燃燒在700～800 ℃高溫條件下產(chǎn)生的NO二次污染，又有效利用了反應(yīng)余熱，由此提高了能源利用效率。

1.3 治理技術(shù)對(duì)比分析

各種不同治理技術(shù)的對(duì)比詳見表1。

表1 不同治理技術(shù)對(duì)比分析表

在實(shí)際運(yùn)用中，由于各種治理技術(shù)的適用范圍不同，所以經(jīng)常將兩種以上技術(shù)聯(lián)合，如冷凝法+活性炭吸附、UV光解氧化/低溫等離子氧化/臭氧氧化+活性炭吸附、沸石轉(zhuǎn)輪+催化燃燒/蓄熱燃燒、活性炭吸附+催化燃燒/蓄熱燃燒等。

2 高新區(qū)有機(jī)廢氣治理現(xiàn)狀

2.1 有機(jī)廢氣治理現(xiàn)狀調(diào)查

濰坊市高新區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為裝備制造、聲光電子、生命健康、軟件信息、新材料及其他新興產(chǎn)業(yè)等，本文以典型企業(yè)的有機(jī)廢氣治理現(xiàn)狀進(jìn)行研究和討論。

具體內(nèi)容詳見表2。

表2 高新區(qū)典型企業(yè)VOCs治理情況匯總表

2.2 有機(jī)廢氣治理現(xiàn)狀分析

由于高新區(qū)有機(jī)廢氣的治理措施單一、效率不高，因此，處理效率一般在64.1%～94.2%區(qū)間，差異較大。在實(shí)際應(yīng)用中，UV光解氧化法被塑料行業(yè)廣泛采用，該技術(shù)對(duì)于中等氣量、低濃度的有機(jī)廢氣處理效率為70%～80%，所以對(duì)塑料行業(yè)異味治理效果較好。而活性炭吸附法應(yīng)用更為廣泛，可單獨(dú)運(yùn)用于中等氣量、中等濃度的有機(jī)廢氣處理，其處理效率為69.8%～94.2%，出口濃度為0.64～2.16 mg/m3，且治理效果較好。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)有機(jī)廢氣濃度升高后，活性炭吸附法可與其他治理措施（如臭氧氧化、UV光解氧化、RCO處理等）聯(lián)合使用，處理效率仍保持60%～70%，處理效率未見顯著提升。其中，在大氣量、高濃度的表面涂裝行業(yè)，活性炭/過濾器/沸石轉(zhuǎn)輪吸附+RTO/催化燃燒/RCO較為常見，處理效率為63.8%～92.4%，差異較大。例如，XX動(dòng)力股份有限公司采用“干式過濾器+活性炭吸附+催化燃燒”三級(jí)處理，處理效率高，因此，多級(jí)處理提升處理效率效果顯著，但與治理設(shè)施運(yùn)營(yíng)效率、管理水平、供應(yīng)商技術(shù)是否成熟可靠等有關(guān)。

3 濰坊高新區(qū)有機(jī)廢氣治理提標(biāo)方向

3.1 企業(yè)內(nèi)部控制對(duì)策

3.1.1 優(yōu)化工藝、源頭替代

要采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝、低VOCs含量的原輔材料，并探索采用密閉、連續(xù)、自動(dòng)的生產(chǎn)技術(shù)，以此減少VOCs的揮發(fā)量；同時(shí)加強(qiáng)廢氣收集，采用負(fù)壓設(shè)計(jì)等方式來提高捕集效率，從而減少VOCs的無組織排放量；并系統(tǒng)梳理以及明確VOCs產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)和工序，尤其是開停車、檢修作業(yè)等非正常工況，要制定具體操作規(guī)程；最后要建立科學(xué)的內(nèi)部考核機(jī)制，定期對(duì)工作人員進(jìn)行技術(shù)提升培訓(xùn)。

3.1.2 選擇高效治理設(shè)施

目前，濰坊高新區(qū)仍有不少企業(yè)選擇單獨(dú)運(yùn)行UV光解氧化等低效處理設(shè)施，因此，整體的處理效率和出口濃度還有很大提升空間。所以，企業(yè)可根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)選擇高效治理設(shè)施或采用多級(jí)凈化方式，來提高有機(jī)廢氣處理效率，建議塑料、橡膠等涉異味行業(yè)選擇UV光解催化氧化+活性炭吸附二級(jí)處理；電子產(chǎn)品制造、檢驗(yàn)檢測(cè)、非織造布、醫(yī)藥及其他中等企業(yè)選擇二級(jí)活性炭吸附裝置；而廢氣量大、污染物濃度高的鑄造、表面涂裝等行業(yè)可選擇活性炭吸附/轉(zhuǎn)輪吸附+催化燃燒/RTO/RCO等二級(jí)或三級(jí)處理方式。

3.1.3 加強(qiáng)運(yùn)維管理

以濰坊XX機(jī)械有限公司為例，該公司是鑄造行業(yè)，采用“活性炭吸附+RCO裝置”處理有機(jī)廢氣。在實(shí)際處理中，當(dāng)廢氣量為4 529 m3/h、進(jìn)口廢氣濃度為25.7 mg/m3時(shí)，出口廢氣濃度為9.31 mg/m3、處理效率僅為63.8%，明顯低于同類企業(yè)/同類治理設(shè)施的處理效果。因此，企業(yè)應(yīng)全面掌握治理設(shè)施運(yùn)行參數(shù)，分析吸附劑、催化劑的質(zhì)量數(shù)據(jù)、裝填量、更換周期等，確保治理設(shè)施高效、穩(wěn)定運(yùn)行；可探索廢氣治理第三方運(yùn)營(yíng)模式。

3.2 環(huán)境管理的控制對(duì)策

3.2.1 合理規(guī)劃、源頭控制

由于園區(qū)內(nèi)塑料、橡膠、鑄造等行業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中仍然占有一定比重，所以，優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行；相關(guān)部門應(yīng)引導(dǎo)企業(yè)加強(qiáng)項(xiàng)目的可行性研究，推進(jìn)清潔生產(chǎn)設(shè)計(jì)，聘請(qǐng)專業(yè)機(jī)構(gòu)論證原輔材料、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)污環(huán)節(jié)、治理措施等，做好源頭控制；還要提高園區(qū)集聚水平，加強(qiáng)重點(diǎn)時(shí)段、重點(diǎn)行業(yè)VOCs治理；積極推廣使用集中噴涂、溶劑回收、吸附劑再生等方式，提高區(qū)域VOCs治理效率；進(jìn)一步強(qiáng)化項(xiàng)目建設(shè)所涉及的VOCs原料儲(chǔ)運(yùn)、使用過程中的無組織排放管控等。

3.2.2 一廠一策、精準(zhǔn)治污

由于VOCs成分復(fù)雜，不同行業(yè)、企業(yè)、項(xiàng)目的產(chǎn)排情況也各不相同，因此，在治理過程中沒有標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，所以，應(yīng)確定區(qū)內(nèi)VOCs控制的重點(diǎn)行業(yè)、企業(yè)和特征污染因子，統(tǒng)籌兼顧異味和其他有毒有害廢氣控制；組成專家?guī)头鲂〗M，深入企業(yè)進(jìn)行幫扶指導(dǎo)，特別是對(duì)于區(qū)內(nèi)污染物排放量加大的企業(yè)，要構(gòu)建聯(lián)系企業(yè)包靠制度，提供管家式監(jiān)管服務(wù)；堅(jiān)持幫扶服務(wù)與依法監(jiān)管相結(jié)合，制定重點(diǎn)監(jiān)管企業(yè)名單，通過日常檢查、不定期抽查、突擊夜查等方式加強(qiáng)事中事后監(jiān)管；并通過嚴(yán)格執(zhí)法督促企業(yè)履行環(huán)境保護(hù)義務(wù)，以此促進(jìn)地方大氣污染防控工作取得實(shí)效。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前有機(jī)廢氣治理和防控的形勢(shì)嚴(yán)峻，因此，企業(yè)應(yīng)優(yōu)化工藝、源頭替代，選擇高效、技術(shù)成熟穩(wěn)定的治理設(shè)施，并加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)維和人員培訓(xùn)，提升治污水平；同時(shí)，相關(guān)部門要堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，做好產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局，引導(dǎo)工業(yè)集聚，加強(qiáng)源頭管控，促進(jìn)服務(wù)和管理相結(jié)合，進(jìn)而多措并舉推動(dòng)地方環(huán)境控制質(zhì)量穩(wěn)步提升。