企業(yè)VOCs污染控制與治理措施分析

王亞明

上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125

1 VOCs的危害

1.1 O3污染

VOCs為大氣中O3（臭氧）的關(guān)鍵前體物，VOCs中一半以上的物質(zhì)可成為光化學(xué)反應(yīng)的載體，通過陽光中的紫外線照射后，大氣中NOb會與其產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，而造成二次污染，形成O3、PANs等。由于臭氧的氧化性較強(qiáng)，人體吸入后，其呼吸道黏膜與相關(guān)組織將受到嚴(yán)重的刺激與破壞，還會對人眼產(chǎn)生較大的刺激。

1.2 細(xì)顆粒物污染

細(xì)顆粒物主要指的是在空氣動力學(xué)下直徑不大于2.5μm的情況下，在空氣中長時(shí)間懸浮的顆粒物。相關(guān)學(xué)者報(bào)道，VOCs是大氣中二次氣溶膠活動的直接參與者，細(xì)顆粒物是氣溶膠的主要內(nèi)容，沉降比較困難，在空氣中存留較長時(shí)間后，在光線的照射下，導(dǎo)致大氣能見度降低，這就是霧霾天氣形成的過程。

1.3 有毒有害空氣污染

VOCs中包含的有毒有害空氣污染物有重金屬污染物及持久性有機(jī)物污染物等。在1990年美國頒布的《清潔空氣法案（修正案）》中，共包含189種有毒有害空氣污染物，而VOCs所占的比例超過了70%。

1.4 惡臭污染

VOCs本身的氣味具有刺激性，會出現(xiàn)惡臭污染。其主要特征表現(xiàn)在含有硫化物或者還原態(tài)氮，易揮發(fā)，環(huán)狀結(jié)構(gòu)低碳式或不飽和低碳等。就目前表現(xiàn)來看，存在特殊臭味的VOCs占據(jù)較大比例。

2 當(dāng)前我國企業(yè)在控制VOCs方面仍存在問題

通常而言，VOCs治理設(shè)備采用“活性炭吸附+氮?dú)饷摳?冷凝回收”的處理工藝，對廢氣的溫度、濕度比較敏感，比較明顯的是在高溫高濕天氣（特別是高溫天和陰雨天氣）處理效果較差，煙囪排放口的濃度數(shù)據(jù)普遍偏高，時(shí)不時(shí)會出現(xiàn)排放超標(biāo)現(xiàn)象。究其原因，則主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）氮?dú)饷摳诫m然提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性，但脫附和冷凝的效果相對較差，最終影響了活性炭的吸附能力及設(shè)備的處理能力。

（2）各套VOCs處理設(shè)備的非甲烷總烴排放曲線波動較明顯，特別是周期性出現(xiàn)排放峰值，這個(gè)峰值的存在很容易造成排放超標(biāo)?；钚蕴抗摅w具有特殊性，因此每個(gè)罐體在脫附完成后，罐體內(nèi)都會存留有一股含高濃度VOCs的廢氣不能及時(shí)排出，在罐體重新投入吸附后會隨同其他廢氣一并進(jìn)入排氣口，雖然會經(jīng)過吸附后的干凈空氣混合稀釋，但是也會造成排放口的濃度突然升高導(dǎo)致有超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

3 國內(nèi)治理VOCs的主要措施

3.1 以提高設(shè)備處理能力為依據(jù)所采取的措施

企業(yè)VOCs排放源是工業(yè)涂裝，排放區(qū)域主要涉及涂裝車間，目前企業(yè)所有的涂裝油漆車間都配備了VOCs末端治理設(shè)備。但通過觀察近2年的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的設(shè)備在高溫季節(jié)，油漆用量超過原有設(shè)計(jì)使用量前提下仍可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)現(xiàn)象。由于環(huán)保要求提高，油漆車間的產(chǎn)能不斷提高，油漆用量大幅增加，涂裝作業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常超過設(shè)備的原設(shè)計(jì)處理能力，達(dá)標(biāo)排放的壓力越來越大，為此亟須對設(shè)備進(jìn)行改造，提升設(shè)備處理能力刻不容緩。

（1）以提高現(xiàn)有設(shè)備處理能力為原理，在提高現(xiàn)有設(shè)備中活性炭的吸附能力的過程中，盡可能地縮短每個(gè)單元的脫附時(shí)間，具體可從以下兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：①提高升溫速度，使罐體升溫時(shí)間縮短；②降低冷卻液溫度，使罐體降溫時(shí)間縮短，同時(shí)也可以使活性炭脫附更徹底。對此，根據(jù)環(huán)科院做的相關(guān)試驗(yàn)，從甲苯和二甲苯在不同溫度中的飽和濃度可以明顯看出，環(huán)境溫度越高，甲苯和二甲苯的飽和濃度越高，反之則越低。

（2）當(dāng)企業(yè)在生產(chǎn)過程中涉及設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)與檢修等活動時(shí)，可以采用批量生產(chǎn)的形式，以及間歇性生產(chǎn)的措施，對每批生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行檢修。對此，企業(yè)必須嚴(yán)格控制生產(chǎn)環(huán)節(jié)中非正常工況產(chǎn)生的污染，防止出現(xiàn)違規(guī)排放的情況，并在采取措施后將評估結(jié)果匯報(bào)給上級部門，并將排放與治理情況公布于公眾平臺，便于群眾監(jiān)督[1]。

3.2 以濃度為劃分依據(jù)所采取的措施

為降低廢氣排放濃度，首要問題是解決廢氣排放溫度，可從以下幾個(gè)方面著手改進(jìn)：采用320℃導(dǎo)熱油鍋爐對廢氣加熱，提高加熱溫度及升溫速度；在現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)（常溫水冷，表冷）后面再增加一套冷凍水冷凝系統(tǒng)（深冷），以提高冷凝效果；增加脫附罐冷卻換熱器，利用冷凍機(jī)冷媒，對脫附罐進(jìn)行冷卻，將脫附罐內(nèi)溫度冷卻至30℃以下；為解決脫附時(shí)吸附罐換罐時(shí)瞬時(shí)超標(biāo)問題，對設(shè)備管路進(jìn)行調(diào)整，換罐時(shí)的高濃度廢氣通過單獨(dú)管道重新送入設(shè)備進(jìn)風(fēng)口，通過設(shè)備再次吸附處理后排放。

（1）低濃度下治理廢氣的主要措施（小于500mg/m3）。①光催化氧化技術(shù)。目前，氧化技術(shù)研究較多的就是光催化氧化，通過光照射催化劑，電子躍遷，而生成電子（空穴對），氧化還原與凈化有機(jī)廢氣。該技術(shù)的優(yōu)勢在于，無毒化催化，并且在溫度與壓力正常的情況下，反應(yīng)時(shí)的刺激性較小。但是，其不足之處在于催化劑降低的情況下就會失活，會產(chǎn)生較多的副產(chǎn)物，在凈化工藝下，其效率不明顯。②吸附技術(shù)。吸附法在氣體凈化中的應(yīng)用比較廣泛，在VOCs廢氣治理中也較常用?；钚蕴烤哂形⒖捉Y(jié)構(gòu)且表面積較大，可用于氣體回收。對于多種濃度較低的污染物治理，人們常用活性炭，其價(jià)格低廉，所消耗的能量也不高，便于使用，僅需要接觸空氣后便可實(shí)現(xiàn)廢氣的治理。但是其不足之處在于，因氣體混合后具有較多的水蒸氣，會減少活性炭使用的有效時(shí)間，因此要定期更換，這就增加了回收的成本投入[2]。③低溫等離子技術(shù)。該技術(shù)主要是以低外加電場為載體，通過介質(zhì)所釋放出的高能電子，結(jié)合揮發(fā)性有機(jī)物分子后，發(fā)生物理與化學(xué)反應(yīng)，從而降解有害氣體。該技術(shù)的最佳使用時(shí)機(jī)為廢氣濃度小于100mg/L，其缺點(diǎn)在于投入較大，成本較高。

（2）中等濃度下治理廢氣的主要措施（500～5000mg/m3）。①燃燒法。該方法又可分為直接燃燒法與催化燃燒法。直接燃燒以廢氣為燃料，對其加熱，直至溫度超過有機(jī)溶劑的燃點(diǎn)（760～980℃），然后對其燃燒凈化。該方法在具有較高濃度及較高熱值的廢氣凈化中比較適用，其優(yōu)勢在于能夠快速徹底實(shí)現(xiàn)凈化，并基本不會產(chǎn)生有機(jī)副產(chǎn)物。然而，其也有缺陷，在燃燒時(shí)由于會產(chǎn)生較高的溫度，可能會帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)。催化燃燒技術(shù)為在VOCs燃燒溫度較低情況下，使用催化劑進(jìn)行無火焰燃燒，使氣體分解為水蒸氣與二氧化碳，處理的主要內(nèi)容為高溫狀態(tài)下能夠分解的有機(jī)氣體及可燃?xì)怏w，其使用較多的是濃度范圍較高且回收價(jià)值較小的混合有機(jī)廢氣。以上技術(shù)優(yōu)勢在于能夠?qū)⑷紵臏囟冉档?，充分利用能量，由于使用無焰燃燒技術(shù)，其溫度不會過高，也不用對空氣進(jìn)行冷卻處理，可顯著增加熱效。然而以上技術(shù)對燃燒條件的要求較高，并且對催化劑的要求也較高。②生物過濾。使用生物降解的技術(shù)來處理一些有機(jī)物與無機(jī)物的有害氣體，能夠科學(xué)處理工業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的污染物。該技術(shù)的處理效率較高，并且簡單實(shí)用，但是去除較難降解及濃度較高的生物比較困難。

（3）高濃度下治理廢氣的主要措施（大于5000mg/m3）。①冷凝法。該方法主要是對VOCs進(jìn)行回收，主要機(jī)理為在溫度與壓力不同的情況下，其飽和蒸氣壓也會有不同的表現(xiàn)，在氣態(tài)污染下，可以使溫度降低，并且通過增加壓力來實(shí)現(xiàn)一些有機(jī)物的凝結(jié)，達(dá)到VOCs凈化與回收目的。該技術(shù)回收純度較高，并且操作方便，輸出后的狀態(tài)為液態(tài)油，能夠?qū)崿F(xiàn)直接利用，但該方法需要的溫度條件較低，會耗費(fèi)大量的電能，與綠色生產(chǎn)不符[3]。②吸收法。該方法的工作方式為在工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣中，使用清水或溶液吸收揮發(fā)性氣體，從而實(shí)現(xiàn)廢氣收集。該方法的使用范圍為濃度較高的廢氣，使用該方法可減少企業(yè)的投入，操作比較安全，但是其操作較復(fù)雜，需要不斷補(bǔ)充消耗較快的吸收劑。

4 結(jié)束語

綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)中會出現(xiàn)很多具有污染性的廢氣，其中，VOCs排放是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，雖然目前具有很多可用技術(shù)，但是技術(shù)有利弊，同時(shí)各企業(yè)的生產(chǎn)和VOCs的排放情況也各不相同，需要根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況采取有效的治理與控制措施，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的治理與經(jīng)濟(jì)相協(xié)調(diào)的目標(biāo)。