東莞市塑膠行業(yè)VOCs治理技術(shù)調(diào)研

張熾輝，蔡卓弟，黃冰，李景岳，何明

（1.東莞市環(huán)境科學(xué)學(xué)會，廣東 東莞 523000；2.東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心，廣東 東莞 523000；3.東莞市化工學(xué)會，廣東 東莞 523000）

引言

揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs）是指在101.325Pa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，任何沸點(diǎn)低于或等于250℃的有機(jī)化合物[1]，常溫狀態(tài)下易揮發(fā)，包含非甲烷總烴等有機(jī)物。VOCs是光化學(xué)煙霧的主要前體物，也是導(dǎo)致臭氧污染的主要原因，而細(xì)粒子中的有機(jī)物的高含量也與大氣VOCs有密切關(guān)系。VOCs種類繁多，包括酮、酚、酯、醛、醇醚等含氧有機(jī)物，含氮有機(jī)物，鹵代烴等幾百種物質(zhì)[2]。VOCs是大氣環(huán)境的主要污染物，不僅會危害周邊居民的身體健康，還會促進(jìn)城市光化學(xué)煙霧和霾的生成，影響區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量[3]。

塑膠行業(yè)是東莞市VOCs排放的主要來源之一，占總排放量的28.6%[4]。塑膠生產(chǎn)包括上游工藝、成型工藝和后處理工藝，在破碎、配料、干燥、塑化擠出（包括注塑、擠塑、吸塑、吹塑、滾塑、發(fā)泡等）、噴涂、烘干、印刷等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，由于工藝溫度高，易產(chǎn)生VOCs氣體。特別是在后處理工藝中，采用溶劑增亮、涂料涂飾、絲網(wǎng)及曲面印刷、手繪補(bǔ)漆、黏膠組裝等方式對塑膠產(chǎn)品進(jìn)行表面裝飾、美化、抗老化及耐腐蝕的處理中，存在較大的VOCs排放。因此，必須配置廢氣收集和凈化治理裝置。

目前，VOCs治理技術(shù)有回收技術(shù)和銷毀技術(shù)[5]?；厥占夹g(shù)主要包括吸收法[5]、吸附法[6、7]、冷凝法[8]及膜分離[9]。銷毀技術(shù)主要包括直接焚燒、蓄熱式直接催化焚燒、催化燃燒、蓄熱式催化燃燒、生物法[10]、光催化氧化[11]、等離子體破壞等。由于VOCs成分復(fù)雜，濃度、流量、成本等因素不同，每種VOCs治理技術(shù)都有其自身的優(yōu)勢和使用限制，如何選擇合適的技術(shù)是VOCs治理工作必須面對的問題。

本研究在大量數(shù)據(jù)調(diào)查統(tǒng)計和工程案例現(xiàn)場調(diào)研的基礎(chǔ)上，對塑膠行業(yè)VOCs治理技術(shù)的應(yīng)用情況變化和經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行了分析，列舉了某塑膠企業(yè)的工程實例，以期為東莞市塑料行業(yè)VOCs治理在技術(shù)選擇上提供參考。

1 數(shù)據(jù)調(diào)查和監(jiān)測

數(shù)據(jù)調(diào)查對象主要為東莞市VOCs排放量較大的塑膠行業(yè)企業(yè)。調(diào)查數(shù)據(jù)主要通過前期摸底排查、后期跟蹤更新和典型案例現(xiàn)場調(diào)研三種方式實現(xiàn)。前期摸底排查以全市33個鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)環(huán)境分局為調(diào)查主力，分區(qū)逐一摸底排查，建立各鎮(zhèn)區(qū)整治名錄，最后匯總于本研究小組。后期跟蹤更新是各生態(tài)環(huán)境分局根據(jù)整治名錄，督促企業(yè)提升治理技術(shù)，定期查訪、跟蹤記錄，上報數(shù)據(jù)和治理設(shè)施更新情況。典型案例現(xiàn)場調(diào)研是本研究小組根據(jù)最新的調(diào)查數(shù)據(jù)，選擇有代表性的工程案例，到企業(yè)現(xiàn)場核實，調(diào)研企業(yè)的生產(chǎn)原輔料、規(guī)模、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品、VOCs處理技術(shù)的選擇應(yīng)用、治理設(shè)施運(yùn)行工況、投入費(fèi)用和運(yùn)行成本等。

監(jiān)測數(shù)據(jù)主要通過企業(yè)提供的竣工監(jiān)測報告、委托監(jiān)測和現(xiàn)場監(jiān)測方式獲得，特別是典型工程案例多采用現(xiàn)場采樣監(jiān)測方式進(jìn)行，以求數(shù)據(jù)的真實性、可靠性和對現(xiàn)場工況的實際反映。

2 調(diào)研結(jié)果與討論

2.1 塑膠行業(yè)VOCs治理技術(shù)應(yīng)用的變化

調(diào)研涉及東莞市1974家塑膠企業(yè)，其中沒有采取任何治理設(shè)施的企業(yè)477家，占24.2%；關(guān)閉、低VOCs或無VOCs產(chǎn)生的企業(yè)751家，占38.0%；有采用治理設(shè)施的企業(yè)746家，占37.8%。可見，東莞市經(jīng)歷了多年VOCs治理，塑膠行業(yè)已淘汰關(guān)閉了一批重污染企業(yè)，一些企業(yè)撤銷了VOCs產(chǎn)生工序，更多企業(yè)有了采用低VOCs原輔材料或水性涂料的趨向，但部分無治理設(shè)施的企業(yè)仍是需加強(qiáng)整治的重點(diǎn)。

本次研究主要討論東莞市塑膠行業(yè)中已設(shè)置VOCs治理設(shè)施的企業(yè)。從圖1可看出，治理前后均為活性炭吸附法的企業(yè)數(shù)量最多，同時企業(yè)已從單一的活性炭吸附技術(shù)向新興技術(shù)、高治理效率技術(shù)和組合技術(shù)轉(zhuǎn)變。UV光解+活性炭吸附是塑膠行業(yè)最受關(guān)注的VOCs治理技術(shù)，上升的幅度最大，達(dá)300多家。吸附法和UV+活性炭法兩法合占塑膠行業(yè)的8成以上，其他治理技術(shù)雖逐漸增多，但應(yīng)用的企業(yè)數(shù)量較少。根據(jù)企業(yè)現(xiàn)場的調(diào)研反饋，9家燃燒法中，有6家采用吸附濃縮+催化燃燒法，3家采用蓄熱式焚燒法（RTO），治理效率均達(dá)90%以上，都有較好的處理效果，是今后需重點(diǎn)推廣的治理技術(shù)。

圖1 塑膠行業(yè)VOCs治理技術(shù)應(yīng)用變化

2.2 不同末端治理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析

VOCs末端治理技術(shù)可分為傳統(tǒng)技術(shù)、新興技術(shù)和組合技術(shù)。傳統(tǒng)技術(shù)包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分離法等。新興技術(shù)有光催化氧化法和等離子體法等。組合技術(shù)有光催化氧化+活性炭吸附、等離子體+活性炭吸附和吸附濃縮+催化燃燒法等。各類末端治理工藝的特點(diǎn)不同，在進(jìn)行特定VOCs廢氣治理方案的選擇時，應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性上考慮，結(jié)合廢氣的有機(jī)成分、含量、溫度、壓力、安全性和生產(chǎn)工藝的協(xié)同作用等方面綜合評定，最終確定最佳的治理技術(shù)。本研究主要從經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行分析。

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)和有關(guān)文獻(xiàn)資料，歸納出不同VOCs治理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性參考指標(biāo)（見下表）。UV光解法和等離子體法憑借低投入低運(yùn)行費(fèi)用優(yōu)勢迅速受到企業(yè)青睞。吸附回收法和冷凝回收法雖然投入低，但綜合經(jīng)濟(jì)性不高，不推薦單獨(dú)使用，建議聯(lián)合使用以提高去除效率和增加經(jīng)濟(jì)性。吸附-催化燃燒、蓄熱催化燃燒（RCO）和蓄熱式焚燒（RTO），雖然前期投入較大，但由于運(yùn)行費(fèi)用合理，治理效率穩(wěn)定可靠，可擇優(yōu)考慮。

不同VOCs治理技術(shù)的適宜濃度和經(jīng)濟(jì)性表

現(xiàn)場調(diào)查表明，企業(yè)在選擇VOCs末端治理技術(shù)時，治理設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性居首位。為此，有必要深入研究進(jìn)氣濃度與VOCs治理技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系。從圖2可看出，活性炭吸附法（曲線C、D）在濃度小于5mg/m3時，費(fèi)用最省，超過10mg/m3時費(fèi)用直線上升，因此，濃度在5mg/m3以內(nèi)的采用此技術(shù)費(fèi)用較低。帶有熱回收功能的RTO和催化燃燒法（曲線A、B），相對費(fèi)用較高，但在濃度高于100mg/m3后費(fèi)用迅速減少，熱回收抵消了昂貴的運(yùn)行成本。因此，增加熱回收利用可大幅削減運(yùn)行成本，值得推薦。

2.3 分子篩吸附脫附-蓄熱式催化燃燒RCO技術(shù)工程實例

從方法原理與應(yīng)用實例來看，以上所述的技術(shù)均有一定的治理效果，關(guān)鍵是治理設(shè)施的技術(shù)參數(shù)要符合設(shè)計要求，應(yīng)與企業(yè)的工況匹配，后期的運(yùn)行管理應(yīng)規(guī)范合理。圖3為東莞市某公司設(shè)計的VOCs治理工藝，產(chǎn)生的有機(jī)廢氣中，主要含甲苯、二甲苯、乙酯、丁酯、丁酮等，屬于低濃度大風(fēng)量類型，采用分子篩吸附脫附-蓄熱式催化燃燒RCO技術(shù)，處理發(fā)泡造粒生產(chǎn)過程中低溫聚合工段產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，凈化效率高達(dá)92%，有機(jī)廢氣得到有效去除。

研究表明，塑膠行業(yè)的廢氣主要包括含氧有機(jī)物、芒香烴、烷烴、鹵代烴、烯烴和含氮有機(jī)物等237種VOCs物質(zhì)。其中含氧有機(jī)物占50%以上，其次為由苯及苯系物、萘組成的芳香烴，后面排名分別為烷烴、鹵代烴、烯烴和含氮有機(jī)物。塑膠表面涂裝中的噴涂、烘干、印刷工藝廢氣應(yīng)采用吸附-冷凝回收法和吸附-催化燃燒法或其他組合技術(shù)，VOCs廢氣凈化效率應(yīng)達(dá)到90%以上。據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，結(jié)果如圖4所示，芳香烴、含氧有機(jī)物、烷烴、鹵代烴都得到了有效去除，效果顯著。

3 結(jié)論與建議

（1）東莞市塑膠行業(yè)VOCs治理，大多采用撤銷VOCs產(chǎn)生工序、更換低VOCs原輔料的措施，治理技術(shù)從單一的活性炭吸附技術(shù)向新興技術(shù)、高治理效率技術(shù)和組合技術(shù)轉(zhuǎn)變。

（2）由于UV光解法和等離子體法具有成本優(yōu)勢，應(yīng)用案例不斷增加，東莞地區(qū)UV光解+活性炭吸附是塑膠行業(yè)最受關(guān)注的VOCs治理技術(shù)，但在后期運(yùn)行監(jiān)管方面，必須注意排放的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。建議企業(yè)關(guān)注吸附劑的飽和周期并及時落實更換，加強(qiáng)運(yùn)行臺賬記錄和管理，確保設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）經(jīng)濟(jì)性是企業(yè)選擇VOCs治理技術(shù)首要考慮的因素，吸附-催化燃燒、RCO和RTO法，雖投資成本較高，但治理效率高，運(yùn)行穩(wěn)定。建議有條件的企業(yè)增加熱回收工藝，降低整體運(yùn)行成本，達(dá)到費(fèi)用合理、治理效果顯著的目的。

（4）在選擇適宜治理工藝的前提下，后期規(guī)范合理的運(yùn)行管理非常重要。建議每年定期對總排口及廠界開展監(jiān)測，監(jiān)測指標(biāo)須包含臭氣濃度和非甲烷總烴、廢氣處理設(shè)施監(jiān)測進(jìn)出口參數(shù)，并核算VOCs的去除率。

圖2 濃度與費(fèi)用的關(guān)系

圖4 塑膠企業(yè)RCO技術(shù)的治理效果

圖3 塑膠企業(yè)VOCs治理技術(shù)工藝流程圖