化工行業(yè)VOCs廢氣治理的應(yīng)用

惠州市南岳環(huán)?？萍加邢薰?蘇艷敏

VOCs廢氣污染已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)廣泛關(guān)注的環(huán)境問題，而VOCs廢氣污染主要來源于化工行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在VOCs廢氣污染治理的過程中需要加強(qiáng)對(duì)化工行業(yè)各工藝環(huán)節(jié)的VOCs廢氣產(chǎn)污分析，同時(shí)還需要充分了解化工行業(yè)現(xiàn)有的VOCs廢氣治理技術(shù)，選擇適合的廢氣治理方案。并且相關(guān)研發(fā)人員還要加強(qiáng)對(duì)VOCs廢氣治理技術(shù)的有效研究，適當(dāng)借鑒先進(jìn)VOCs廢氣治理的經(jīng)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)VOCs廢氣治理技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，從而完善我國(guó)VOCs廢氣治理體系，促進(jìn)化工行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

一、VOCS概述

（一）VOCs的分類及特性

我國(guó)城市地區(qū)的VOCs主要來源包括機(jī)動(dòng)車排放、油品揮發(fā)泄漏、溶劑使用排放、液化石油氣使用、工業(yè)排放等。按揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可分為8類：烷烴類、芳香烴類、烯烴類、鹵代烴類、酯類、醛類、酮類和其他化合物。從環(huán)保意義上講，主要指化學(xué)性質(zhì)活潑的一類揮發(fā)性有機(jī)物。常見的VOCs有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二異氰酸酯（TDI）、二異氰甲苯酯等。

VOCs最典型的共有特性是具有揮發(fā)性。許多VOCs具有易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特性（反應(yīng)性）。目前知道的VOCs在空氣中可發(fā)生很多種化學(xué)反應(yīng)，最主要的幾種反應(yīng)類型包括：（1）VOCs與羥基自由基的反應(yīng)，被氧化成有機(jī)自由基，然后進(jìn)一步分解、反應(yīng)。（2）部分含雙鍵的VOCs（如烯烴、二烯烴等）與臭氧發(fā)生反應(yīng)形成雙自由基，再進(jìn)一步分解、反應(yīng)。（3）少數(shù)含氧有機(jī)物，如甲醛、丙酮等醛酮類VOCs，可以直接被光分解，形成自由基，從而引發(fā)更多反應(yīng)。此外，VOCs是PM2.5和O3的重要前體物，對(duì)夏季臭氧和秋冬季細(xì)顆粒物污染貢獻(xiàn)巨大；一部分VOCs還具有毒性，對(duì)人體健康有害，如苯、甲苯等。

（二）VOCs的危害

1.環(huán)境危害

VOCs對(duì)環(huán)境的危害主要為誘發(fā)霧霾天氣，破壞臭氧層，造成溫室效應(yīng)等。VOCs是形成PM2.5和O3等二次污染物的重要前體物，會(huì)引發(fā)灰霾、光化學(xué)煙霧等大氣環(huán)境問題。隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展以及能源消費(fèi)的持續(xù)增長(zhǎng)，以PM2.5和O3為特征的區(qū)域性復(fù)合型大氣污染日益突出，區(qū)域內(nèi)空氣重污染現(xiàn)象大范圍同時(shí)出現(xiàn)的頻次日益增多，嚴(yán)重制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，威脅人民群眾身體健康。此外，很大一部分VOCs有明顯異味，會(huì)嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量，造成區(qū)域矛盾和投訴居高不下。

2.人體健康危害

VOCs除了會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害以外，對(duì)人體健康也會(huì)造成一定的危害。環(huán)境空氣中部分VOCs具有特殊氣味并且表現(xiàn)出刺激性、腐蝕性、器官毒性、致癌性，對(duì)人體健康造成較大的影響。某些VOCs可使皮膚出現(xiàn)丘疹瘙癢等癥狀，對(duì)眼鼻呼吸道等有刺激作用，導(dǎo)致眼睛、鼻子、喉嚨發(fā)炎，嚴(yán)重時(shí)可引起氣喘、神志不清、暈厥、嘔吐及支氣管炎等；引起胃脹、胃痛，損傷肝、腎，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成頭疼等癥狀；某些揮發(fā)性有機(jī)物（如苯、芥子氣、氯乙烯、4-氨基聯(lián)苯、雙氯甲醚和工業(yè)品級(jí)氯甲醚、甲醛）被認(rèn)為或者已經(jīng)被證實(shí)對(duì)人體具有致癌效應(yīng)，室內(nèi)長(zhǎng)期暴露于高濃度VOCs下會(huì)明顯增加得肺癌、白血病和淋巴瘤的幾率。

（三）我國(guó)VOCs廢氣治理現(xiàn)狀

由于歷史原因，多年的工業(yè)化進(jìn)程中排放的大量廢氣已經(jīng)使我國(guó)的自然生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)了很大變化，環(huán)境污染非常嚴(yán)重，霧霾天氣遍布全國(guó)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們知識(shí)水平的普遍提高，環(huán)境治理越來越受到重視。由于揮發(fā)到空氣中的VOCs氣體不容易控制，而且危害非常大，因此最有效的方法是控制它的產(chǎn)生。鑒于此，國(guó)家不僅出臺(tái)了很多法律法規(guī)、環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范文件，同時(shí)還投入了大量的資金支持VOCs治理工作。近年來，企業(yè)也按照國(guó)家要求在使用燃料時(shí)應(yīng)用廢氣處理設(shè)備，或選用了環(huán)保燃料或其他清潔能源，對(duì)于工業(yè)用溶劑也盡量選擇污染小的種類，同時(shí)對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行管理，大大減少了VOCs的排放量。對(duì)于人們的出行，國(guó)家也大力宣傳倡導(dǎo)綠色出行，多使用公共交通，減少私人車輛行駛，新能源汽車的發(fā)展已經(jīng)成為一種新的趨勢(shì)，很多地區(qū)也陸續(xù)推出了車輛限行政策，但治理效果仍然不夠理想。目前VOCs的排放量雖然得到了很大程度的控制，但由于工業(yè)生產(chǎn)一直在發(fā)展，VOCs廢氣的成分越來越復(fù)雜，處理難度越來越大，因此，VOCs廢氣的治理工作仍然存在著相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

二、化工行業(yè)VOCs廢氣產(chǎn)污分析

化工產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，關(guān)乎各行各業(yè)的發(fā)展。化工行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模龐大，具有門類繁多、工藝復(fù)雜、產(chǎn)品多樣等特點(diǎn)?；ば袠I(yè)分為基礎(chǔ)化工和石油石化兩個(gè)一級(jí)子行業(yè)，其中，基礎(chǔ)化工行業(yè)包括農(nóng)用化工、化學(xué)纖維、化學(xué)原料、塑料及制品、橡膠及制品、其他化學(xué)制品等二級(jí)子行業(yè)；石油石化行業(yè)包括石油開采、石油化工、油服工程等二級(jí)子行業(yè)。無論是基礎(chǔ)化工行業(yè)還是石油石化行業(yè)都是VOCs廢氣的排放大戶，是VOCs廢氣治理的主要目標(biāo)。

化工行業(yè)雖然門類繁多、工藝復(fù)雜，但是VOCs產(chǎn)污來源相對(duì)固定?；ば袠I(yè)VOCs產(chǎn)污環(huán)節(jié)主要集中在VOCs物料儲(chǔ)存、物料轉(zhuǎn)移和輸送過程、生產(chǎn)設(shè)備與管線組件泄漏、生產(chǎn)工藝操作過程、敞開液面、非正常排放等。因此，在對(duì)化工行業(yè)VOCs廢氣治理的過程中應(yīng)該針對(duì)以上各個(gè)產(chǎn)污環(huán)節(jié)的VOCs逸散通過源頭削減、過程控制和末端治理三管齊下進(jìn)行有效控制，才能確保VOCs廢氣治理達(dá)到理想的效果。

三、化工行業(yè)VOCs廢氣治理技術(shù)的應(yīng)用

化工行業(yè)VOCs廢氣的產(chǎn)污特性，決定了其在VOCs廢氣治理時(shí)，要采用綜合治理方案。綜合治理方案主要從源頭削減、過程控制和末端治理這三個(gè)方面入手，再結(jié)合管理臺(tái)賬和自行監(jiān)測(cè)等環(huán)境管理手段。（1）源頭削減：通過使用低VOCs含量的原輔材料、清潔生產(chǎn)工藝等措施減少VOCs的產(chǎn)生；（2）過程控制：通過對(duì)工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備性能、運(yùn)行操作以及技術(shù)管理等提出控制要求，減少VOCs的無組織排放；（3）末端治理：通過應(yīng)用經(jīng)濟(jì)高效治理技術(shù)，確保VOCs廢氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放；（4）環(huán)境管理手段：通過管理涉及VOCs各產(chǎn)污環(huán)節(jié)的相關(guān)臺(tái)賬和定期的自行監(jiān)測(cè)，進(jìn)行自查自糾，減少非正常排放的產(chǎn)生。

（一）源頭削減治理技術(shù)的應(yīng)用

1.從產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化控制VOCs廢氣的產(chǎn)生

調(diào)整化工產(chǎn)業(yè)布局，將原來的粗放式生產(chǎn)加工，轉(zhuǎn)變?yōu)榧s式發(fā)展模式。對(duì)該行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行全面剖析，吸收跨國(guó)企業(yè)經(jīng)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，利用規(guī)模產(chǎn)業(yè)鏈的辦法，引導(dǎo)上游企業(yè)加大化工產(chǎn)品的研發(fā)創(chuàng)新，研發(fā)出更多低VOCs含量的化工產(chǎn)品。讓中下游的化工生產(chǎn)企業(yè)能夠使用低VOCs含量物料作為原材料，對(duì)中下游產(chǎn)品進(jìn)行綠色改良，以促進(jìn)整個(gè)化工行業(yè)的良性發(fā)展。

2.從生產(chǎn)原料使用控制VOCs廢氣的產(chǎn)生

使用低（無）VOCs含量、低反應(yīng)活性的物料作為生產(chǎn)原輔材料，加快對(duì)芳香烴、含鹵素有機(jī)化合物的綠色替代，使用非鹵代烴和非芳香烴溶劑；使用無毒、無害或低毒、低害的物料作為生產(chǎn)原輔材料，減少有毒、有害原輔材料的使用。

3.從生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝選用控制VOCs廢氣的逸散

在明確VOCs廢氣產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)的前提下，不斷地對(duì)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，選用全密閉、連續(xù)化、自動(dòng)化等先進(jìn)的生產(chǎn)工藝技術(shù)，以及高效密閉的工藝和設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，防止有毒有害氣體揮發(fā)到大氣環(huán)境中。與此同時(shí)，盡量選用無泄漏、低泄漏的泵，壓縮機(jī)、過濾機(jī)、離心機(jī)、干燥設(shè)備等輔助生產(chǎn)設(shè)備和密閉式的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。

（二）過程控制治理技術(shù)的應(yīng)用

1.開展設(shè)備與管線組件泄漏檢測(cè)與修復(fù)（LDAR）工作

對(duì)載有VOCs物料（含氣態(tài)和液態(tài)）的設(shè)備和管線組件的密封點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，建立密封點(diǎn)檔案并制定“泄漏檢測(cè)與修復(fù)”的管理制度和工作計(jì)劃，包括對(duì)密封點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)和標(biāo)記，制定該項(xiàng)工作開展的程序，確定檢測(cè)方法、檢測(cè)頻率、泄漏濃度限值和修復(fù)要求等。

建立密封點(diǎn)LDAR信息管理平臺(tái)，全面分析泄漏點(diǎn)的信息，對(duì)易泄漏環(huán)節(jié)制定針對(duì)性的改進(jìn)措施，以減少設(shè)備和管線組件中VOCs的泄漏排放。

2.控制VOCs物料儲(chǔ)存過程的廢氣排放

VOCs物料儲(chǔ)存于密閉的容器、包裝袋、儲(chǔ)罐、儲(chǔ)庫(kù)、料倉(cāng)中，并確保在非取用狀態(tài)時(shí)盛裝VOCs物料的容器做好加蓋、封口等保持密閉的措施。揮發(fā)性有機(jī)液體儲(chǔ)存設(shè)施在符合安全等相關(guān)規(guī)范的前提下，依據(jù)儲(chǔ)存物料的真實(shí)蒸氣壓選擇適宜的儲(chǔ)罐罐型進(jìn)行儲(chǔ)存，如壓力罐、低壓罐、固定頂罐、高效密封的浮頂罐或安裝頂空聯(lián)通置換油氣回收裝置的拱頂罐等。同時(shí)采取平衡措施控制進(jìn)出罐流量、維持罐內(nèi)氣相平衡，并定期對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行維護(hù)檢查。

揮發(fā)性有機(jī)液體的裝卸采取全密閉、液下裝載等方式，嚴(yán)禁噴濺式裝載。汽油、石腦油、煤油等高揮發(fā)性有機(jī)液體和苯、甲苯、二甲苯等危險(xiǎn)化學(xué)品的裝卸過程優(yōu)先采取高效油氣回收措施。

3.控制生產(chǎn)工藝過程的廢氣排放

液態(tài)VOCs物料采用密閉管道輸送方式或采用高位槽（罐）、桶泵等給料方式密閉投加；粉狀、粒狀VOCs物料采用氣力輸送方式或采用密閉固體投料器等給料方式密閉投加。無法密閉投加的，在密閉空間內(nèi)操作，或進(jìn)行局部氣體收集，廢氣排至VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)。

生產(chǎn)期間，所有涉VOCs的生產(chǎn)工序采用密閉設(shè)備或在密閉空間內(nèi)操作，廢氣應(yīng)排至VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)；無法密閉的，應(yīng)采取局部氣體收集措施，廢氣應(yīng)排至VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)。

4.控制敞開液面的廢氣排放

工藝過程排放的含VOCs廢水，集輸系統(tǒng)采用密閉管道輸送；如采用溝渠輸送，應(yīng)加蓋密閉。廢水集輸系統(tǒng)的接入口和排出口應(yīng)采取與環(huán)境空氣隔離的措施。

對(duì)于開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，定期開展循環(huán)水塔和含VOCs物料換熱器進(jìn)出口的總有機(jī)碳（TOC）檢測(cè)工作，并將其納入泄漏檢測(cè)與修復(fù)（LDAR）工作中。

5.控制非正常工況廢氣排放

制定開停車、檢維修、生產(chǎn)異常等非正常工況的操作規(guī)程和污染控制措施。載有VOCs物料的設(shè)備及其管道在開停工（車）、檢維修和清洗時(shí)，應(yīng)在退料階段將殘存物料退凈，并用密閉容器盛裝，退料過程廢氣排至VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)；清洗及吹掃過程排氣排至VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)。

（三）末端治理控制技術(shù)的應(yīng)用

1.工藝廢氣收集原則

根據(jù)生產(chǎn)工藝、操作方式以及廢氣性質(zhì)、處理和處置方法，設(shè)置不同的廢氣收集系統(tǒng)，盡可能對(duì)廢氣進(jìn)行分質(zhì)收集，各廢氣收集系統(tǒng)均應(yīng)實(shí)現(xiàn)壓力損失平衡及較高的收集效率。

廢氣收集系統(tǒng)的輸送管道應(yīng)密閉并在負(fù)壓下運(yùn)行，若處于正壓狀態(tài)，應(yīng)對(duì)管道組件的密封點(diǎn)進(jìn)行泄漏檢測(cè)，納入泄漏檢測(cè)與修復(fù)（LDAR）工作中。

2.末端治理技術(shù)的選用

VOCs廢氣的末端治理技術(shù)主要有吸附法、燃燒法（熱力燃燒和催化燃燒）、吸收法、冷凝法、生物法及其組合技術(shù)。各種末端治理技術(shù)都有其特定的適用范圍，在選用具體的治理技術(shù)時(shí)，應(yīng)先對(duì)VOCs廢氣的組分及濃度、溫度、濕度、風(fēng)量等進(jìn)行分析后，再?gòu)募夹g(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性兩方面考慮選擇。

與此同時(shí)，還需結(jié)合不同處理風(fēng)量對(duì)廢氣治理技術(shù)進(jìn)行選擇。如大風(fēng)量低濃度的VOCs廢氣建議選用吸附濃縮+催化燃燒/熱力燃燒組合技術(shù)；小風(fēng)量低濃度的VOCs廢氣則可直接選用吸附法進(jìn)行治理，但需定期更換活性炭，確保廢氣的治理效果；中小風(fēng)量中高濃度的VOCs廢氣可選用催化燃燒（CO/RCO）和熱力燃燒（TO/RTO）治理技術(shù)。

此外還需要考慮廢氣溫度和濕度對(duì)各種治理技術(shù)處理效果的影響。若廢氣溫度較高或者濕度較大，采用吸附法時(shí)需要先對(duì)廢氣進(jìn)行降溫預(yù)處理或者除濕預(yù)處理，以保證活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附效果。

3.末端治理的運(yùn)行管理

廢氣收集處理系統(tǒng)和VOCs末端治理設(shè)施應(yīng)在生產(chǎn)工藝設(shè)備啟動(dòng)前開機(jī)運(yùn)行，即廢氣收集處理系統(tǒng)和VOCs末端治理設(shè)施達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)后才能開啟生產(chǎn)工藝設(shè)備投入正常生產(chǎn)。廢氣收集處理系統(tǒng)和VOCs末端治理設(shè)施在生產(chǎn)工藝設(shè)備運(yùn)行的全過程（包括啟動(dòng)、停車、維護(hù)等）均應(yīng)保持正常運(yùn)行，并在生產(chǎn)工藝設(shè)備停車后將系統(tǒng)中所有VOCs廢氣凈化處理完后才可停機(jī)。

（四）環(huán)境管理手段的應(yīng)用

1.建立環(huán)境管理臺(tái)賬

建立VOCs物料全過程管理的臺(tái)賬記錄制度，包括含VOCs原輔材料臺(tái)賬、密封點(diǎn)泄漏和檢測(cè)臺(tái)賬、含VOCs原輔材料儲(chǔ)存臺(tái)賬、含VOCs原輔材料裝載臺(tái)賬、含VOCs廢水集輸系統(tǒng)臺(tái)賬、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)臺(tái)賬、非正常工況排放臺(tái)賬、事故排放臺(tái)賬、廢氣治理設(shè)施運(yùn)行臺(tái)賬和維護(hù)保養(yǎng)臺(tái)賬、危廢臺(tái)賬等。

2.定期組織自行監(jiān)測(cè)

根據(jù)相關(guān)行業(yè)的《排污單位自行監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》和《排污許可證申請(qǐng)與核發(fā)技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于各廢氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、監(jiān)測(cè)指標(biāo)及最低監(jiān)測(cè)頻次的要求，分別對(duì)有組織廢氣和無組織廢氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并保留原始的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.其他環(huán)境管理方式

政府部門要充分發(fā)揮自身的監(jiān)管職能，結(jié)合不同行業(yè)的實(shí)際狀況制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和政策，確保企業(yè)都能夠嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定，實(shí)現(xiàn)廢氣的達(dá)標(biāo)排放；對(duì)于不按照規(guī)定要求達(dá)標(biāo)排放的企業(yè)要進(jìn)行嚴(yán)格處罰，且重點(diǎn)加大對(duì)此類企業(yè)的管控力度。此外，政府部門還應(yīng)該做好相關(guān)法律法規(guī)和政策文件的宣導(dǎo)工作，讓化工企業(yè)對(duì)VOCs廢氣治理理念的認(rèn)識(shí)更加深刻；并加大資金、政策的支持力度，鼓勵(lì)企業(yè)開展廢氣治理工作，促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到全面升級(jí)和優(yōu)化，減少VOCs廢氣的產(chǎn)生和排放。

四、結(jié)束語(yǔ)

VOCs具有易揮發(fā)性特征，現(xiàn)階段的研究表明，VOCs是PM2.5和O3的重要前體物，對(duì)夏季臭氧和秋冬季細(xì)顆粒物污染貢獻(xiàn)巨大；部分VOCs還具有毒性，對(duì)人體健康有害。VOCs主要來源包括機(jī)動(dòng)車排放、油品揮發(fā)泄漏、溶劑使用排放、液化石油氣使用、工業(yè)排放等，其中化工行業(yè)是VOCs廢氣的排放大戶。化工行業(yè)的VOCs產(chǎn)污來源相對(duì)固定，在進(jìn)行VOCs廢氣治理時(shí)，針對(duì)各產(chǎn)污環(huán)節(jié)采用源頭削減、過程控制和末端治理的綜合治理方案，能夠確保VOCs廢氣治理達(dá)到理想的效果。但是，為了促進(jìn)化工行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，仍需加強(qiáng)對(duì)VOCs廢氣治理技術(shù)的有效研究，實(shí)現(xiàn)VOCs廢氣治理技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，從而充實(shí)我國(guó)VOCs廢氣治理體系。