化工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物治理分析

陳慶演

（1.福建海峽人力資源股份有限公司廈門分公司，福建 廈門 361021；2.廈門市同安生態(tài)環(huán)境局，福建 廈門 361021）

化工產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中大多會產(chǎn)生“三廢”，化工行業(yè)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds，VOCs）種類繁多，排放量較大?；ば袠I(yè)VOCs 的高效收集與處理，有利于改善區(qū)域性空氣質(zhì)量，推動化工行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。本文依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及廈門市化工行業(yè)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，對廈門市化工行業(yè)VOCs 治理現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行初步分析。在做好揮發(fā)性有機(jī)物有組織廢氣治理的同時，化工企業(yè)生產(chǎn)過程中無組織廢氣排放也同樣不可忽視。

1 化工行業(yè)VOCs 產(chǎn)生情況

1.1 主要來源

化工行業(yè)排放的VOCs 的特征污染物主要包含以下物質(zhì)：烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、醇、芳香烴、醚、酮、醛、酚、酯、鹵代烴、鹵化物等。苯、甲苯、乙苯、二甲苯等苯系化合物，是當(dāng)前主要的工業(yè)溶劑組分，或用作原料。一般情況下檢測的主要VOCs 組分為芳香烴，例如甲苯、間/對-二甲苯、乙苯和苯；其次為烷烴，包括異丁烷、正丁烷和丙烷。以上這些組分均是我國工業(yè)源VOCs 排放特征研究中的主要成分[1]?；ば袠I(yè)涉及石油煉制、有機(jī)化工、塑料、橡膠等相關(guān)領(lǐng)域，VOCs 排放量大，成分復(fù)雜，對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響較大。

1.2 化工行業(yè)VOCs 產(chǎn)生情況

由于不同化工企業(yè)所用生產(chǎn)原料不同，所產(chǎn)生的VOCs 廢氣組分及濃度存在一定差異，因此在生產(chǎn)過程中無組織排放廢氣需經(jīng)分類收集后進(jìn)行處理。針對廈門市化工企業(yè)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，發(fā)現(xiàn)易揮發(fā)性物料在運輸與轉(zhuǎn)移過程中、反應(yīng)釜取樣口、廢水集輸處理和最終產(chǎn)品灌裝等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，大多數(shù)企業(yè)往往會遺漏這些環(huán)節(jié)的廢氣收集處理，并不重視無組織廢氣的收集，成為化工企業(yè)廢氣源頭得不到徹底解決的重要因素。

1.3 企業(yè)治理現(xiàn)狀

在廈門市所調(diào)查的企業(yè)中，除部分停產(chǎn)外，其余企業(yè)均安裝配備VOCs 氣體處理設(shè)施，且能有效去除作業(yè)過程產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物。其中，采用活性炭吸附工藝的企業(yè)約為28%，采用UV工藝的企業(yè)約為20%，活性炭、UV 工藝聯(lián)用的企業(yè)占比為32%，其他工藝或通過采用水性油墨從源頭減排的企業(yè)占20%。不同企業(yè)采用相同工藝，治理效率由于揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)口風(fēng)量、濃度及種類等因素影響，存在一定差異。

2 化工行業(yè)VOCs 治理技術(shù)探討

2.1 吸附處理技術(shù)

吸附處理技術(shù)的工作原理是通過借助吸附性能優(yōu)異的物質(zhì)如活性炭，憑借VOCs 中烴分子的親和性，將廢氣中烴類物質(zhì)盡數(shù)吸附。當(dāng)吸附劑達(dá)到飽和，采取高溫加熱方式使其解吸，實現(xiàn)吸附物質(zhì)的再生與重復(fù)利用[2]，在一定程度上減少了資源使用量，節(jié)省成本。該技術(shù)通常運用于組分單一、氣流穩(wěn)定、低濃度的有機(jī)廢氣治理。一般情況下，吸附劑的理化性質(zhì)、VOCs 成分等均會影響吸附效果。因此，企業(yè)在選用此類工藝時，要綜合考慮吸附劑類型與污染物種類，爭取將揮發(fā)性有機(jī)物處理效率最大化。吸附治理技術(shù)具有能耗低、處理效率高、工藝日趨成熟等優(yōu)勢，同時也存在諸多問題，即運行成本高、吸附劑飽和后需進(jìn)行再生，極易造成生態(tài)環(huán)境的二次污染。

廈門某化工企業(yè)設(shè)置了2 套活性炭吸附塔設(shè)施，設(shè)計風(fēng)量分別為20000 m3/h 和15000 m3/h，進(jìn)口1 的非甲烷總烴濃度為12.8 mg/m3，進(jìn)口2非甲烷總烴濃度為11.8 mg/m3，出口處的非甲烷總烴濃度為2.78 mg/m3，去除率為72.9%。現(xiàn)有的吸附工藝大部分是采用活性炭作為吸附劑，但因活性炭易燃、反應(yīng)設(shè)備占地面積大、脫附不徹底，從而影響凈化效率以及活性炭吸附技術(shù)的進(jìn)一步推廣，因此有必要尋找活性炭的替代物質(zhì)。

與活性炭相比，沸石吸附、脫附效率高，尤其是吸附VOCs 所產(chǎn)生的壓降較低，沸石輪轉(zhuǎn)吸附濃縮-催化燃燒工藝具有凈化處理效率高、設(shè)備占地面積小、運行安全穩(wěn)定等特點[3]，是治理低濃度大風(fēng)量VOCs 有機(jī)廢氣的最佳選擇。企業(yè)將來在更換吸附處理技術(shù)時，可考慮將活性炭吸附工藝替換為沸石吸附工藝。

2.2 UV 光解技術(shù)

UV 光解技術(shù)在廈門市化工行業(yè)中使用占比較高。UV 光解法以紫外線光為能源，納米TiO2為催化劑，將有機(jī)物最終降解成二氧化碳、水等其他無害成分，使處理后的廢氣達(dá)標(biāo)排放[4]。由于其自身具有明顯的優(yōu)勢，可快速高效氧化揮發(fā)性有機(jī)物，在化工企業(yè)中普及率也較高。

廈門某企業(yè)，UV 光解設(shè)備進(jìn)口處非甲烷總烴濃度為11.9 mg/m3，出口處非甲烷總烴濃度為6.47 mg/m3，UV 光解處理的去除率為70.7%。該處理技術(shù)適用于有機(jī)廢氣濃度高、溫度低、風(fēng)量小的工況，無需其他添加劑，節(jié)能環(huán)保。但在處理揮發(fā)性有機(jī)物過程中會生成不徹底氧化的副產(chǎn)物，這種副產(chǎn)物在理化性質(zhì)上與初始揮發(fā)性有機(jī)物具有一定差異，或許會衍生出毒副作用更強(qiáng)的物質(zhì)，給后續(xù)處理帶來更棘手的問題。

在選用UV 光解法時，企業(yè)需要考慮某些因素對工藝運行效果的影響。例如在選擇光照強(qiáng)度時，利用VOCs 的濃度、風(fēng)量、所需去除的污染物量等參數(shù)，大致推算出所需的光照強(qiáng)度區(qū)間，經(jīng)過進(jìn)一步優(yōu)化后再確定光照強(qiáng)度；在設(shè)置UV 光解工藝所處環(huán)境的濕度、溫度參數(shù)時，需要考慮到溫度對燈管轉(zhuǎn)化效率的影響，同時環(huán)境中適宜的濕度可帶來更多的水分，這有助于UV 光照射下產(chǎn)生更多的活性自由基，進(jìn)而提高VOCs 的處理效率。除此之外，還需考慮VOCs 在處理裝置中的反應(yīng)停留時間、流速，使揮發(fā)性有機(jī)物與活性物質(zhì)、臭氧接觸更充分，增大反應(yīng)傳質(zhì)面積，最后還需考慮UV 燈管的間隔距離、燈管與催化劑承托槽的距離，并定期更換UV 燈管，維持穩(wěn)定的降解效率。

2.3 靜電油煙凈化技術(shù)

靜電油煙凈化裝置是一種利用靜電原理的油煙凈化裝置，揮發(fā)性有機(jī)物通過風(fēng)機(jī)作用，被吸入靜電油煙凈化器，揮發(fā)性有機(jī)物形成的油霧滴、顆粒在均流板上通過機(jī)械碰撞作用而被捕集。當(dāng)氣流緩慢進(jìn)入高壓靜電場時，在電場作用下，油煙氣體發(fā)生電離，油霧荷電，大部分組分被降解炭化；剩余部分微小油粒在吸附電場的電場力及氣流作用下向電場的正負(fù)極板移動，被收集在極板上并在自身重力的作用下流到集油承托槽，經(jīng)排油通道排出，余下的微米級油霧被電場降解為二氧化碳和水，最終釋放出潔凈空氣；同時在高壓發(fā)生器的作用下，電場內(nèi)生成一定濃度的臭氧，可去除揮發(fā)性有機(jī)物中的異味[5]。

將剛制得的高鹽稀態(tài)醬醪進(jìn)行淋油并充分?jǐn)嚢瑁匀帐礁啕}稀態(tài)醬油的發(fā)酵工藝進(jìn)行發(fā)酵，先將其混勻并分裝至9個容器中，置于15 ℃的生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行醬油前期發(fā)酵，每天攪拌1次至第15 d，按表1添加 2×106個/g(醬醪)酵母，隨后每天升高發(fā)酵溫度1 ℃，直至30 ℃并保持，持續(xù)發(fā)酵到第45 d；再按表1添加酵母2×106個/g(醬醪)，以9號樣品為空白對照；發(fā)酵約90 d時，控制醬醪發(fā)酵溫度于35 ℃到發(fā)酵結(jié)束，整個發(fā)酵周期為180 d[23]。

廈門市某化工企業(yè)靜電油煙凈化裝置進(jìn)口處非甲烷總烴濃度為5.13 mg/m3，經(jīng)過靜電油煙凈化裝置處理后，出口處非甲烷總烴濃度為1.66 mg/m3，去除率為63.5%，滿足當(dāng)?shù)嘏欧乓?。該裝置易拆裝、抗沖擊性能好，維護(hù)方便且便于清洗，設(shè)備運行時噪音小、阻力小，運行成本較低且安全系數(shù)高。企業(yè)考慮采用復(fù)合式靜電油煙凈化裝置，結(jié)合機(jī)械或者水噴淋的方式，進(jìn)而使VOCs 達(dá)到更高的凈化效果，提高凈化效率。

2.4 活性炭結(jié)合UV 光解技術(shù)

在對廈門市化工企業(yè)的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，部分化工企業(yè)選用的是VOCs 處理組合工藝，組合工藝相比于單工藝在處理成分復(fù)雜且濃度發(fā)生變化的揮發(fā)性有機(jī)物時，具有更高的處理效率?；钚蕴?UV 光解工藝是在吸附劑的表面負(fù)載一層或多層光催化劑，在適宜強(qiáng)度的紫外光照射下，有機(jī)廢氣在催化劑的作用下被分解為CO2、H2O 和無機(jī)小分子[6]，最終揮發(fā)性有機(jī)物得到無害化處理。這種組合技術(shù)比較適合低濃度廢氣的處理，通過活性炭表面豐富的微孔結(jié)構(gòu)，將揮發(fā)性有機(jī)物富集到光催化劑表面，減少反應(yīng)所需的接觸時間，提高凈化效率。此外，吸附劑也可以吸附?jīng)]有反應(yīng)完全的中間產(chǎn)物，避免二次污染。

廈門市某企業(yè)采用活性炭+UV 光解工藝，揮發(fā)性有機(jī)物停留時間為2 s，UV 燈管設(shè)置數(shù)量為30 個，燈管功率為4.5 kW，納米TiO2催化劑用量為4 層，活性炭填充量為0.4 m3，活性炭及UV 光解設(shè)備進(jìn)口處非甲烷總烴濃度為12.8 mg/m3，經(jīng)過該工藝處理后，出口處非甲烷總烴濃度為3.7 mg/m3，去除率為71%?；钚蕴?UV 光解組合技術(shù)設(shè)備的空間結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步優(yōu)化，大大降低了設(shè)備占地面積，并且光催化反應(yīng)的條件溫和、能耗低、操作簡易，具有良好的應(yīng)用前景。但該技術(shù)仍存在催化劑易失活、活性炭吸附容量有限以及催化劑、吸附填料需定期更換等問題，設(shè)備浄化效率會出現(xiàn)波動，因此還需繼續(xù)研究具有更加優(yōu)良特性的吸附材料及催化劑。

3 污染防治措施及建議

3.1 提高源頭控制水平

針對廈門市化工企業(yè)的現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，化工企業(yè)所使用的大部分原輔材料是VOCs 排放的重要來源，如有機(jī)溶劑、原油、涂料等。受處理技術(shù)、成本等多方面因素的限制，目前低VOCs 含量原輔材料的源頭替代產(chǎn)品明顯不足。在廈門市眾多化工行業(yè)中，從源頭減排，使用水性油墨的化工企業(yè)占有率不達(dá)10%。

建議廈門市化工企業(yè)開展清潔生產(chǎn)，從源頭控制原輔材料的VOCs 含量，積極推廣并使用較少產(chǎn)生或不產(chǎn)生VOCs 的原輔材料。例如，使用綠色、低反應(yīng)活性的原輔材料，在企業(yè)內(nèi)建造化學(xué)反應(yīng)設(shè)施時可使用水性涂料、高固含量涂料等環(huán)保型涂料，減少揮發(fā)性有機(jī)物的產(chǎn)生。

3.2 無組織排放問題

化工企業(yè)生產(chǎn)工藝及流程較為復(fù)雜，生產(chǎn)過程涉及多處排污環(huán)節(jié)，VOCs 無組織排放存在顯著特征。盡管相關(guān)國家、地方性法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對VOCs 無組織排放提出密閉要求，但部分化工企業(yè)的逸散揮發(fā)問題仍然較為嚴(yán)峻，部分企業(yè)對此并未能積極落實。

建議廈門市化工企業(yè)成立監(jiān)察小組開展盤查，排查生產(chǎn)過程中的VOCs 無組織排放現(xiàn)狀，查找出每處生產(chǎn)環(huán)節(jié)的泄漏源，并在短時間內(nèi)修補(bǔ)泄漏點；對企業(yè)生產(chǎn)工藝進(jìn)行升級改造、優(yōu)化，采用密閉的生產(chǎn)技術(shù)，以密閉加蓋的方式收集廢水處理與處置過程中產(chǎn)生的VOCs 氣體；選用全密閉集氣罩或密閉空間方式，保持生產(chǎn)車間的微負(fù)壓環(huán)境，減少揮發(fā)性廢氣的逸散[7]。

3.3 優(yōu)化處理工藝

改進(jìn)揮發(fā)性有機(jī)物處理工藝，提高末端治理效率，做到“能收盡收，高效處理”，這是化工企業(yè)實現(xiàn)VOCs 總量減排的關(guān)鍵途徑，也是控制揮發(fā)性有機(jī)物出口排放濃度的根本途徑。對于VOCs有組織排放，化工企業(yè)應(yīng)根據(jù)企業(yè)自身揮發(fā)性有機(jī)物的排放特性、種類、濃度等實際情況合理制定處理計劃，對多種類型的揮發(fā)性有機(jī)物處理工藝進(jìn)行比選，遴選出符合企業(yè)自身實際情況的工藝。同時，廈門市化工企業(yè)可以爭取第三方機(jī)構(gòu)的技術(shù)支持，例如引進(jìn)專家、技術(shù)幫扶團(tuán)隊，對目前大多數(shù)化工企業(yè)所使用的處理效率較低的單一活性炭吸附、光催化氧化等技術(shù)進(jìn)行升級改造，優(yōu)化組合工藝，力爭實現(xiàn)處理效率最大化，為區(qū)域性VOCs 控制、減排做出貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

廈門市化工行業(yè)所涉及生產(chǎn)類型較廣泛，生產(chǎn)過程涉及VOCs 的環(huán)節(jié)較多，且各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的VOCs 組成成分、濃度均有差異，采用單一治理技術(shù)難以確保VOCs 的達(dá)標(biāo)排放。因此，廈門市各化工企業(yè)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣特點，綜合VOCs 治理技術(shù)的適用條件、運行成本等因素，選擇合適的工藝，達(dá)到凈化效率高、無二次污染等，實現(xiàn)化工企業(yè)綠色、高效、清潔生產(chǎn)與良性發(fā)展。