工業(yè)企業(yè)無組織VOCs治理案例淺析

王 忠

（泰安市社會信用信息中心，山東 泰安 271000）

引言

PM2.5概念進入大眾視野以來，我國仍頻繁發(fā)生大規(guī)模持續(xù)霧霾天氣。雖然我國近年來投入了大量人力、物力對大氣污染展開治理，取得了不菲成果，但大氣污染防治工作形勢依然嚴(yán)峻。VOCs作為主要污染源之一，對霧霾的形成和區(qū)域分布具有重大影響［1-2］。VOCs主要通過形成二次有機氣凝膠而聚集在大氣中，難以從末端入手治理，因此，對VOCs的治理應(yīng)從源頭上進行。

工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在選擇VOCs治理技術(shù)方案時，應(yīng)根據(jù)不同的工藝流程，確定經(jīng)濟、合理的技術(shù)路線。涉及到工藝物料區(qū)域，例如煉廠企業(yè)儲罐區(qū)域的放空VOCs[3]，大多通過新增管道、冷凝等工藝，使廢氣進入現(xiàn)有火炬系統(tǒng)或新增排放即可滿足VOCs達標(biāo)要求。采用類似方案，既能夠減少企業(yè)物料損失，回收物料，也可使企業(yè)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)達到政府的監(jiān)管要求，可謂“一箭雙雕”。

在某些工業(yè)企業(yè)中，VOCs無組織排放的治理非常棘手，比如涂料行業(yè)、制藥行業(yè)、油墨行業(yè)及工業(yè)廠房中的涂漆房、制藥車間、包裝車間、溶劑車間等，廠房空間大，且大部分為敞開或半敞開設(shè)計，其VOCs的治理標(biāo)準(zhǔn)要達到《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 37822-2019）[4]的要求，其技術(shù)路線選擇較為復(fù)雜、治理成本較高，且不會給企業(yè)帶來多少經(jīng)濟效益，故企業(yè)主觀動力不足，其治理和改造難度較大。

VOCs的處理技術(shù)路線選擇可從其原料組分、安全評估等方面入手，選用吸附法（分子篩、活性炭）、冷凝法、燃燒（蓄熱、催化等）等，相關(guān)技術(shù)要求可參考對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。本文針對工業(yè)企業(yè)廠房無組織排放有機揮發(fā)性氣體的技術(shù)方案進行初步介紹，總結(jié)了幾個典型企業(yè)的工業(yè)廠房實際案例。

1 某汽修廠烤漆房廢氣治理

某汽修廠有一個1 000 m2烤漆房，為汽車開展補漆、烤漆作業(yè)時，少量油漆揮發(fā)，產(chǎn)生VOCs氣體，造成現(xiàn)場環(huán)境惡劣，無法滿足環(huán)保要求。為盡快恢復(fù)汽修廠烤漆正常作業(yè)，通過實地調(diào)查，企業(yè)可選擇最大程度地利用原有設(shè)備，減小施工作業(yè)工程量，縮短施工周期，降低改造投資成本的技術(shù)方案，確保其滿足環(huán)保達標(biāo)排放要求。處理流程見圖1。

圖1 某汽修廠烤漆房廢氣治理工藝流程

采用活性炭吸附技術(shù)方案進行治理，其技術(shù)路線選擇理由如下：（1）油漆揮發(fā)濃度太低，主要污染來自氣味；（2）為降低成本，根據(jù)油漆濃度低的實際情況，采用活性炭吸附，設(shè)計活性炭使用量滿足5年以上需求，以降低更換頻次；（3）只新增風(fēng)機及配套吸風(fēng)罩、風(fēng)管道即可，改造成本低，施工作業(yè)量少，企業(yè)能夠快速恢復(fù)正常生產(chǎn)。

關(guān)鍵設(shè)備選擇：活性炭吸附裝置主要由活性炭層和承托層組成?；钚蕴烤哂邪l(fā)達的孔隙，比表面積大，具有較高的吸附能力，正是由于活性炭的這種特性，使其在VOCs治理中被廣泛應(yīng)用。VOCs氣體由風(fēng)機提供動力，正壓或負(fù)壓進入活性炭吸附裝置，由于活性炭固體表面存在未平衡和未飽和的分子引力或化學(xué)健力，因此當(dāng)此固體表面與氣體接觸時，可使得氣體分子濃聚并保持在固體表面，從而吸附VOCs，實現(xiàn)達標(biāo)排放。

2 某制藥企業(yè)天冬氨基酸生產(chǎn)尾氣治理

在生產(chǎn)天冬氨基酸過程中，存在多處粉塵和VOCs揮發(fā)點：（1）四臺天冬氨基酸蒸發(fā)釜在蒸發(fā)過程中，產(chǎn)生含氨VOCs氣體；蒸發(fā)時蒸發(fā)釜內(nèi)有攪拌過程，產(chǎn)生大量粉塵；（2）天冬氨基酸在蒸發(fā)后，放料過程中產(chǎn)生大量粉塵；（3）四臺天冬氨基酸水解罐在水解時，產(chǎn)生含氨VOCs氣體。處理流程見圖2。

圖2 某制藥企業(yè)天冬氨基酸生產(chǎn)尾氣治理工藝流程

由于尾氣排放口沒有設(shè)計有效的收集處理裝置，采用直接排空，不能滿足環(huán)保要求。本文通過分析，發(fā)現(xiàn)上述粉塵和VOCs水溶性較好，釋放的氨氣體采用水吸收。因此，針對上述企業(yè)實際情況，可優(yōu)先采取水洗的方式進行粉塵和氨氣VOCs收集處理，且無需更換現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備即能滿足環(huán)保要求。

關(guān)鍵設(shè)備選擇：水洗吸收塔在VOCs處理中得到廣泛應(yīng)用，吸收塔選用一種高效低阻力設(shè)備，將流態(tài)化工作原理應(yīng)用到氣、液、固三相設(shè)備中，強化了反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)過程。氣體在引風(fēng)機的作用下進入水洗吸收塔，先在除塵室內(nèi)以水膜方式分離掉大部分粉塵；經(jīng)過均風(fēng)板的均布作用成為極其均勻細小的條狀流，以一定的速度沖擊均風(fēng)板上部水層，產(chǎn)生劇烈的流態(tài)化，處于劇烈流態(tài)化的水層與VOCs迅速產(chǎn)生反應(yīng)，從而完成VOCs的脫除。由于一定的液層高度及劇烈的流態(tài)化，液滴和氣流融合、碰撞，對粉塵及VOCs進行了充分地粘附吸收，并延長了反應(yīng)時間，因而效率大大提高。

選擇水洗吸收塔具有以下優(yōu)勢：（1）除塵效率高—二次除塵的應(yīng)用，可以將除塵效率提高到99.5%，最小分離粒徑可以達到2 μm，排入環(huán)境中的空氣達到國家行業(yè)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求；（2）VOCs脫除效率高—脫除反應(yīng)為動力吸收過程，反應(yīng)時間長，傳熱傳質(zhì)效率高，加快了對VOCs的吸收；（3）不結(jié)垢，不堵塞—采用特殊的噴液結(jié)構(gòu)，確保不會產(chǎn)生結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象；（4）風(fēng)機不帶水—通過添加除霧脫濕裝置，確保風(fēng)機不產(chǎn)生帶水現(xiàn)象，保證了風(fēng)機的使用壽命。

3 某肥料制造企業(yè)復(fù)合肥生產(chǎn)線廢氣治理

某肥料制造企業(yè)復(fù)合肥生產(chǎn)線，現(xiàn)場產(chǎn)生粉塵和含氨VOCs氣體，造成現(xiàn)場環(huán)境惡劣，不能滿足環(huán)保要求。本文根據(jù)現(xiàn)場情況，專門針對這特殊VOCs氣體進行處理，以減小施工量，縮短施工周期，降低用戶投資成本，保證環(huán)保達標(biāo)排放。處理流程見圖3。

圖3 某肥料制造企業(yè)復(fù)合肥生產(chǎn)線尾氣治理工藝流程

在生產(chǎn)線現(xiàn)場含有粉塵和含氨VOCs氣體揮發(fā)處設(shè)計收集口，氣體在引風(fēng)機的作用下，先進入一級吸收塔，再進入二級吸收塔，經(jīng)兩塔反應(yīng)后達標(biāo)排放。

關(guān)鍵設(shè)備選擇：吸收塔先在噴淋池內(nèi)加入一定比例的脫除藥劑，脫除藥劑為市場常用化工原料。氣體在引風(fēng)機的作用下先進入一級吸收塔，先在除塵室內(nèi)用水膜的方式將大部分粉塵分離掉，然后經(jīng)過均風(fēng)板的均布作用成為極其均勻細小的條狀流，以一定的速度沖擊均風(fēng)板上部的漿液層，產(chǎn)生劇烈的流態(tài)化，處于劇烈流態(tài)化的漿液狀脫除藥劑與VOCs迅速產(chǎn)生反應(yīng)，從而完成VOCs一級脫除。由于一定的液層高度及劇烈的流態(tài)化，液滴和氣流融合、碰撞，對粉塵及VOCs進行充分地粘附吸收，而且延長了反應(yīng)時間，因而效率大大提高，在充足的藥劑作用下，VOCs的脫除率可以達到90%以上。

一級脫除后，在引風(fēng)機作用下再進入二級吸收塔，噴淋池內(nèi)加入另一種比例的脫除藥劑，進行二級脫除，二級吸收塔原理與一級吸收塔一樣，處理后氣體可達標(biāo)排放。

4 某有機化工企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)車間有機廢氣治理

某有機化工企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)車間產(chǎn)生連續(xù)有機廢氣，其工藝生產(chǎn)過程連續(xù)運行，產(chǎn)生大量有機廢氣，主要成分為VOCs和NOx。VOCs來自生產(chǎn)過程中的溶劑揮發(fā)，生產(chǎn)切換等過程，具有較高熱值，可燃性較好，因此優(yōu)先選用蓄熱式燃燒（RTO）法進行處理，處理流程見圖4。處理工藝主要分為3個系統(tǒng)：廢氣燃燒處理系統(tǒng)、尾氣凈化系統(tǒng)、煙羽治理排放系統(tǒng)。

圖4 某有機化工企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)車間有機廢氣治理工藝流程

4.1 廢氣燃燒處理系統(tǒng)

有機廢氣進入RTO燃燒系統(tǒng)前，設(shè)置氣液分離器，使得來自生產(chǎn)過程中，進入到廢氣收集系統(tǒng)的液體在分離器中實現(xiàn)氣液分離，避免將液體帶入RTO中影響RTO的正常運行，同時也能減少廢氣系統(tǒng)的引風(fēng)機等設(shè)備及管道的液體污染。

在廢氣管道系統(tǒng)中，設(shè)計RTO停車檢修工況下備用的活性炭吸附塔，滿足設(shè)備切換和停車檢修過程的使用要求。RTO配套的連續(xù)燃燒系統(tǒng)，設(shè)置天然氣助燃，入口管道上設(shè)置新鮮空氣配風(fēng)系統(tǒng)，滿足RTO的多種工況操作適應(yīng)性。天然氣的消耗主要受到有機廢氣的熱值影響，企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機廢氣熱值較高。本案例所采取的燃燒工藝，通常情況下，天然氣僅作為輔助使用，有機廢氣自身就能夠充分燃燒，天然氣主要用于開工和補氣用途。針對熱值較高的有機廢氣，蓄熱式燃燒法處理工藝具有投資小、操作靈活、滿足多種運行工況、污染物可深度處理的優(yōu)勢。

4.2 尾氣凈化系統(tǒng)

經(jīng)RTO充分燃燒后的尾氣由于含有氮氧化物，尾氣呈酸性，故尾氣系統(tǒng)采用急冷+水洗雙塔處理，采用堿液吸收方式脫出氮氧化物，將其轉(zhuǎn)化為鹽排放進入污水處理系統(tǒng)。為確保充分吸收尾氣中的污染物及節(jié)約用水，水洗塔采用循環(huán)操作方式設(shè)計。

4.3 煙羽治理排放系統(tǒng)

因企業(yè)所在地環(huán)保部門針對煙囪排氣筒達標(biāo)排放尾氣提出了更高的要求，即排氣筒處在任何大氣條件下不出現(xiàn)煙羽情況，減少環(huán)境影響區(qū)域人員對企業(yè)的投訴。通過調(diào)研分析，煙羽的產(chǎn)生原因主要是在煙囪口排入大氣的過程中因溫度降低，煙氣中部分汽態(tài)水和污染物會發(fā)生凝結(jié)，在煙囪口形成霧狀水汽，霧狀水汽會因天空背景色和天空光照、觀察角度等原因發(fā)生顏色的細微變化，形成“有色煙羽”，通常為白色、灰白色或藍色等。因此，在治理工藝流程中設(shè)置了蒸汽加熱尾氣凈化系統(tǒng)出口，升高排入煙囪排氣筒氣體的溫度，降低氣體的濕度，防止水汽凝結(jié)，消除煙羽，滿足環(huán)境管理要求。

關(guān)鍵設(shè)備選擇：蓄熱氧化爐（RTO）操作溫度不低于850 ℃，煙氣在爐內(nèi)停留2秒以上，使得燃燒過程可能產(chǎn)生的二噁英得到完全分解，并使廢氣充分氧化分解，保證VOCs去除率在98%以上。氧化產(chǎn)生的高溫氣體流經(jīng)特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預(yù)熱后續(xù)進入的有機廢氣，從而節(jié)省廢氣升溫的燃料消耗。

5 結(jié)論

綜上所述，為達到VOCs無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)的要求，工業(yè)企業(yè)需結(jié)合自身實際，采取“一問題一技術(shù)方案”的原則開展設(shè)計。企業(yè)要充分考慮物料儲存、轉(zhuǎn)移、輸送等過程產(chǎn)生VOCs的具體情況，制定可行的技術(shù)方案。不過，其治理過程也有一些共同點：（1）首先是無組織排放的廢氣收集系統(tǒng)，多采用引風(fēng)機+集氣罩+集氣管道實現(xiàn)；（2）對收集廢氣進行有針對性的處理，或活性炭吸附、水吸收、藥劑吸收等，需要根據(jù)物料化學(xué)特性進行設(shè)計；（3）通過采取“收集—處理—排放”治理措施，能夠減少無組織排放VOCs。

總之，在采取治理措施后，企業(yè)無組織排放VOCs能夠達標(biāo)排放。但是由于建設(shè)污染治理設(shè)施需要進行環(huán)保投資，環(huán)保投入主要產(chǎn)生的是環(huán)境和社會效益，產(chǎn)生的經(jīng)濟價值較小，企業(yè)積極性不高，自身改造動力不足，主要推動力來自政府的環(huán)保監(jiān)管要求。因此，為更好地做好VOCs的治理工作，除了加強監(jiān)管，落實國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)外，相關(guān)部門可利用一些相關(guān)政策和機制，提高企業(yè)進行環(huán)保改造和治理的積極性。