揮發(fā)性有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)改造工程實(shí)例分析

楊昕蒙

（上海城投污水處理有限公司竹園污水處理分公司，上海 200120）

隨著大氣污染防治攻堅(jiān)的開展，顆粒物污染治理取得了成效，環(huán)境空氣質(zhì)量得到了有效改善，但新的挑戰(zhàn)也逐步顯現(xiàn).面臨著細(xì)顆粒物（PM2.5）污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻和臭氧（O3）污染日益凸顯的雙重壓力，特別是在夏秋季，O3已成為導(dǎo)致城市空氣質(zhì)量超標(biāo)的首要因子.研究表明，揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是形成細(xì)顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的重要前體物，也是造成重污染天氣的重要組成部分，因此揮發(fā)性有機(jī)物的治理尤其重要.表面噴涂作業(yè)中由于涂料和稀釋劑中含有有機(jī)溶劑和涂料膜在噴涂、烘干時(shí)的分解物，產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣對(duì)人體健康和環(huán)境空氣質(zhì)量造成不利影響.豫東某車業(yè)有限公司近年來(lái)從源頭采用了低VOCs含量原輔材料替代高VOCs含量原輔材料，噴涂、烘干產(chǎn)生的有機(jī)廢氣采用水簾-低溫等離子-催化氧化工藝，處理后的廢氣排放濃度雖能滿足國(guó)家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)，但隨著生態(tài)環(huán)境部2020年揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅(jiān)方案的實(shí)施，為提高績(jī)效分級(jí)水平，進(jìn)一步減少揮發(fā)性有機(jī)物的排放，企業(yè)對(duì)原有廢氣治理設(shè)施進(jìn)行了改造，進(jìn)一步提高了低VOCs 含量原輔材料替代率，采用活性炭吸附/脫附+RCO 處理技術(shù)代替原有低溫等離子+催化氧化工藝，改造后廢氣處理工藝滿足攻堅(jiān)方案以及河南省地方標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)涂裝工序揮發(fā)性有機(jī)物污染防治技術(shù)規(guī)范（DB41/T 1946-2020）等相關(guān)技術(shù)規(guī)范及政策要求.經(jīng)過(guò)近兩年運(yùn)行，改造后揮發(fā)性有機(jī)廢氣的收集和處理效率得到了進(jìn)一步提高，減少了揮發(fā)性有機(jī)物排放量.

1 原有工程概況

豫東某車業(yè)有限公司位于工業(yè)園區(qū)內(nèi)，主要生產(chǎn)電動(dòng)三輪車，年產(chǎn)量為20萬(wàn)輛，年生產(chǎn)300天，擁有噴漆生產(chǎn)線6條，使用油漆進(jìn)行噴涂，噴涂工序產(chǎn)生的主要污染物為甲苯、二甲苯和非甲烷總烴，采用水簾噴霧-除濕器-低溫等離子-催化氧化工藝，根據(jù)例行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，非甲烷總烴排放濃度10.63 mg/m3～15.26 mg/m3,甲苯與二甲苯排放濃度2.31 mg/m3～3.22 mg/m3，雖然廢氣排放濃度能夠滿足國(guó)家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，但揮發(fā)性有機(jī)物排放量仍然較大，且處理工藝不能滿足生態(tài)環(huán)境部2020年揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅(jiān)方案及河南省地方標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)涂裝工序揮發(fā)性有機(jī)物污染防治技術(shù)規(guī)范（DB41/T 1946-2020）等的要求，因此企業(yè)對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造的同時(shí)，對(duì)廢氣處理系統(tǒng)進(jìn)行改造.

1.1 原有廢氣處理工程存在的問(wèn)題

（1）原有噴漆、烘干廢氣收集效率較低，無(wú)組織排放量較大，處理效率較低.根據(jù)實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，廢氣收集效率低于75%，廢氣處理效率在40%～60%，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，但由于活性炭不能及時(shí)更換補(bǔ)充，實(shí)際運(yùn)行效率有時(shí)會(huì)更低.

（2）原有噴漆、烘干廢氣采用低溫等離子-催化氧化處理工藝，不能滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)劃和技術(shù)政策要求.該工藝雖然采用的不是單一的處理工藝，但根據(jù)生態(tài)環(huán)境部2020年揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅(jiān)方案的要求：對(duì)達(dá)不到要求的VOCs收集、治理設(shè)施進(jìn)行更換或升級(jí)改造，確保達(dá)標(biāo)排放；除惡臭異味治理外，一般不采用低溫離子、光催化、光氧化等技術(shù).河南省地方標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)涂裝工序揮發(fā)性有機(jī)物污染防治技術(shù)規(guī)范（DB41/T 1946-2020）規(guī)定：大、中型規(guī)模工業(yè)涂裝工序，噴涂、流平廢氣采用濕式除塵或干式過(guò)濾+活性炭吸附/脫附+常規(guī)催化燃燒或蓄熱催化燃燒，烘干廢氣采用降溫+活性炭吸附/脫附+常規(guī)催化燃燒或蓄熱催化燃燒.排污許可申請(qǐng)和核發(fā)技術(shù)規(guī)范（HJ1124-2020）中廢氣推薦工藝為：噴漆、烘干廢氣，采用活性炭吸附、吸附/濃縮+熱力燃燒/催化氧化.重污染天氣重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南（2020年修訂版）工業(yè)涂裝行業(yè)中，A級(jí)、B級(jí)企業(yè)使用溶劑型涂料時(shí)，VOCs 廢氣采用吸附濃縮+燃燒、燃燒等治理技術(shù)，處理效率A 級(jí)不低于95%、B 級(jí)不低于85%.由此看出，原有噴漆、烘干廢氣采用的處理工藝不能滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范和技術(shù)政策的要求.

2 廢氣改造工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況分析

2.1 廢氣改造工藝選擇

有機(jī)廢氣目前采取的工藝處理措施有吸收、吸附、燃燒、生物法，低溫等離子、光催化法等[1-3]，幾種方法的比較見(jiàn)表1：

表1 有機(jī)廢氣主要處理方法比較

調(diào)漆廢氣、噴漆廢氣、流平廢氣具有風(fēng)量大、廢氣濃度低等特點(diǎn)，不適用燃燒法、冷凝回收法、吸收法等方法處理該類有機(jī)廢氣，根據(jù)國(guó)內(nèi)同行業(yè)調(diào)查[4-5]，一般采用濕法或干法+活性炭吸附處理方法來(lái)處理，結(jié)合工程實(shí)際情況，考慮去除效率、運(yùn)行費(fèi)用等因素，針對(duì)調(diào)漆廢氣、噴漆廢氣、流平廢氣本項(xiàng)目采用“活性炭吸附/脫附+RCO裝置”處理工藝[6].

烘干廢氣屬于中高濃度廢氣，按照河南省工業(yè)涂裝工序揮發(fā)性有機(jī)物污染防治技術(shù)規(guī)范（DB41/T 1946-2020）和排污許可證申請(qǐng)與核發(fā)技術(shù)規(guī)范—鐵路、船舶、航空航天和其他運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)推薦工藝，該部分廢氣直接引入RCO 裝置進(jìn)行處理，也可以采用“活性炭吸附/脫附+RCO 裝置”處理工藝[7].根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，本項(xiàng)目烘干廢氣采用“活性炭統(tǒng)吸附/脫附+RCO裝置”處理工藝.具體處理工藝流程見(jiàn)圖1：

2.2 廢氣處理系統(tǒng)改造工藝特點(diǎn)

（1）干式過(guò)濾器

干式過(guò)濾器是基于慣性分離的原理.強(qiáng)迫負(fù)載氣流多次改變方向，比空氣重的粒子就會(huì)粘附在壁面上，而空氣則沒(méi)有特別的阻礙繼續(xù)運(yùn)動(dòng).當(dāng)空氣自由通過(guò)孔洞時(shí)，粒子吸附在褶皺處，直至過(guò)濾飽和.

（2）活性炭吸附/脫附+RCO 催化燃燒[8]廢氣進(jìn)行有效收集后，先進(jìn)行預(yù)處理（干式過(guò)濾器），再進(jìn)入活性炭吸附裝置，氣體在活性炭床層保持一定的停留時(shí)間，氣體中的VOCs被吸附在活性炭表面，潔凈氣體從活性炭床層排出后可以直接通過(guò)引風(fēng)機(jī)排空，經(jīng)過(guò)RCO處理后的潔凈氣體通過(guò)熱交換到一定溫度后作為脫附風(fēng)，通過(guò)活性炭床進(jìn)行脫附，從活性炭吸附裝置脫附出來(lái)的濃縮有機(jī)物進(jìn)入RCO裝置后，通過(guò)貴金屬催化劑燃燒分解，分解溫度在200～250℃，有機(jī)廢氣被分解為二氧化碳和水，以此循環(huán)，待廢氣脫附分解完成排入煙囪后達(dá)標(biāo)排放.

催化燃燒技術(shù)作為VOCs廢氣處理工藝之一，因?yàn)槠鋬艋矢?，燃燒溫度低（一般低?50℃），燃燒沒(méi)有明火，不會(huì)有NOx等二次污染物生成，安全節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，在環(huán)保市場(chǎng)有很好的發(fā)展前景.

（3）改造工藝對(duì)噴漆生產(chǎn)線的調(diào)漆室進(jìn)行了封閉收集、烘干室密閉設(shè)置抽風(fēng)系統(tǒng)，廢氣的收集效率可以達(dá)到90%以上，有效減少了廢氣的無(wú)組織排放；同時(shí)廢氣的末端處理效率達(dá)到95%以上，有效減少了揮發(fā)性有機(jī)物的排放.

2.3 運(yùn)行效果分析

本工程自2022年投入運(yùn)行以來(lái)，根據(jù)日常監(jiān)督性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及在線監(jiān)測(cè)的情況，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，日常監(jiān)督性監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2，在線監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3.

表2 廢氣例行監(jiān)測(cè)結(jié)果表

表3 2022～2023年在線監(jiān)測(cè)結(jié)果（出口濃度/（mg.m-3））

由實(shí)際運(yùn)行結(jié)果可知，廢氣去除效率達(dá)到92%～97%，經(jīng)處理后有機(jī)廢氣排放濃度能夠滿足工業(yè)涂裝工序揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)（DB41/1951-2020）要求,運(yùn)行穩(wěn)定達(dá)標(biāo).

2.4 環(huán)境效益

原有工程VOCs排放量為67.85 t/a，廢氣處理系統(tǒng)改造后，VOCs排放量為1.43 t/a，VOCs減排量為66.42 t/a，具有很好的環(huán)境效益.

2.5 分析與探討

（1）運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)關(guān)注活性炭吸附裝置的正常維護(hù).廢氣通過(guò)活性炭吸附，可將大風(fēng)量低濃度的有機(jī)廢氣濃縮為小風(fēng)量高濃度的廢氣，再進(jìn)入RCO裝置處理，可以節(jié)約運(yùn)行成本.

（2）為減少有機(jī)廢氣的產(chǎn)生，應(yīng)從源頭、生產(chǎn)過(guò)程、末端治理等全過(guò)程控制，采用低VOC含量原輔材料，減少無(wú)組織排放等，末端治理設(shè)備應(yīng)保持良好的運(yùn)行狀態(tài).

3 結(jié)論

噴涂廢氣處理系統(tǒng)經(jīng)改造采用“活性炭吸附/脫附+RCO裝置”處理工藝，符合河南省工業(yè)涂裝工序揮發(fā)性有機(jī)物污染控制技術(shù)指南和排污許可證申請(qǐng)與核發(fā)技術(shù)規(guī)范—鐵路、船舶、航空航天和其他運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)要求.廢氣收集效率達(dá)到99%，去除效率達(dá)到95%～99%，經(jīng)處理后廢氣排放濃度滿足工業(yè)涂裝工序揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)（DB41/1951-2020）要求.具有操作溫度低，熱回收效率高，運(yùn)行成本較RTO 低，污染物去除效率高等特點(diǎn).經(jīng)該工藝處理后，大大減少了有機(jī)廢氣的排放，具有較好的環(huán)境效益.