化工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）排放治理淺析

李衛(wèi)東

（南昌市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，江西 南昌 330038）

引言

化工產(chǎn)品的原材料和輔料多為各種化學(xué)物品，在生產(chǎn)時通常會產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），并且種類繁多，排放量大[1]。此類物質(zhì)揮發(fā)進(jìn)入空氣后與各類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，會對環(huán)境造成污染，因此，對化工行業(yè)VOCs排放進(jìn)行有效治理，有利于改善區(qū)域范圍內(nèi)的大氣環(huán)境，維護(hù)人民身體健康，推動化工行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 化工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）概述

1.1 定義

VOCs是標(biāo)準(zhǔn)氣壓下飽和蒸氣壓超過133.32 Pa，沸點在50～260 ℃的有機(jī)物的總稱，其具體類型多達(dá)三百多種，包括含氧有機(jī)化合物、含硫有機(jī)化合物、非甲烷碳?xì)浠衔锏萚2]。VOCs有固體和液體兩種形態(tài)，均具有易揮發(fā)的特性，揮發(fā)后可參與大氣光化學(xué)反應(yīng)及臭氧的形成，是大氣中二次氣溶膠的前體物，也是造成城市光化學(xué)煙霧、灰霾的主要因素之一。

1.2 VOCs的主要來源

VOCs主要來源于工業(yè)生產(chǎn)，尤其是化工行業(yè)，包括石油化工、煤化工等。在許多化工產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸、儲存及使用過程中都可能產(chǎn)生VOCs排放，造成較大的污染問題，例如農(nóng)藥、油漆、膠粘劑、涂料等。在化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，其化學(xué)原料通常需要經(jīng)過分離、合成、蒸餾、成型等加工環(huán)節(jié)，操作過程中有較多的VOCs廢氣排出。在化工產(chǎn)品的物料轉(zhuǎn)移運輸過程中，通常需要更換存儲器具，如果使用的各種管線、設(shè)備、儲存器具密封失效，則會造成VOCs物料泄漏、揮發(fā)并造成污染[3]。此外，若工作人員操作不規(guī)范，導(dǎo)致出現(xiàn)滴、漏、冒等事故時，也會造成VOCs的泄露和揮發(fā)。

2 化工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCS）排放治理技術(shù)

2.1 物理、化學(xué)治理技術(shù)

2.1.1 吸收法

吸收法是目前工業(yè)生產(chǎn)中常用的污染物排放治理措施，是指利用柴油、煤油等各種不揮發(fā)或低揮發(fā)的物質(zhì)作為吸收劑，利用吸收劑與VOCs物質(zhì)之間的物理性質(zhì)差異，分離、吸收污染物質(zhì)，有效凈化有害廢氣，減少化工行業(yè)的排放污染。例如，含氮有機(jī)物揮發(fā)后產(chǎn)生的污染物質(zhì)，可采用尿素溶液（酸性）作為吸收劑，其中的尿素可與氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，清除有害物質(zhì)，達(dá)到良好的吸收效果?；て髽I(yè)可針對自身產(chǎn)品類型，分析生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的VOCs類型和排放情況，建造吸收塔，用吸收劑對排放的廢氣進(jìn)行處理，確保化工生產(chǎn)排放符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，減少污染物排放。吸收法的缺陷在于吸收容量相對有限，需要定期更換吸收劑。

2.1.2 吸附法

吸附法是指將特定吸附劑放入氣態(tài)或液態(tài)的排放物中，利用吸附特性將其中的有毒、有害物質(zhì)吸附在一起，待吸附劑飽和后進(jìn)行脫附處理，將有害物質(zhì)分離出來，從而達(dá)到良好的凈化效果。吸附法也是當(dāng)前化工企業(yè)應(yīng)用較為廣泛的廢氣排放處理方法，常用吸附劑包括沸石、活性炭、纖維合成材料等。活性炭表面孔狀結(jié)構(gòu)有良好的吸附、過濾效果，將其應(yīng)用于硫化氫類排放物吸附處理中，能夠有效實現(xiàn)脫硫，其吸附性能優(yōu)良，且容量大，能夠達(dá)到較為理想的凈化效果?；钚蕴繉Φ獯淄榈奈铰室部蛇_(dá)到98%以上，可有效清除化工排放的廢氣及廢水中的碘代甲烷，降低其污染性。沸石表面有復(fù)雜的孔狀結(jié)構(gòu)，其主要成分為硅鋁酸鹽，其中有大量電荷、離子分布，具有較強的吸附性，可選擇性吸附有害物質(zhì)，使其與無害物質(zhì)分離。目前，纖維合成材料也成為化工企業(yè)廢氣處理中的常用材料，其傳質(zhì)速率強，可有效分離出廢氣中的有毒物質(zhì)。吸附法具有耗能低、工藝成熟等優(yōu)勢，但也存在一些不足。例如需要對吸附劑進(jìn)行再生處理，通常采用高溫加熱對其進(jìn)行解析，清除吸附劑中的有害物質(zhì)，使其從飽和狀態(tài)恢復(fù)到可利用狀態(tài)，實現(xiàn)資源的重復(fù)利用，但在這個過程會增加運行成本，若操作不慎，還容易對環(huán)境造成二次污染[4]。

2.1.3 等離子體法

等離子體法是指通過高壓放電獲得等離子體，使其中的高能電子、自由基等活性粒子作用于污染物中，破壞有毒有害物質(zhì)的C-C鍵、C-H鍵，使其發(fā)生置換反應(yīng)，分解消除有害物質(zhì)，將VOCs物質(zhì)轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳等無機(jī)物。該方法常用于有害物濃度較低的廢氣治理工作中，治理效率較高。例如，處理含苯的有機(jī)廢氣時，可采用脈沖電暈法進(jìn)行治理，設(shè)定140 kV電壓實施混合電暈，對廢氣中的苯的清除率可達(dá)到82%以上[5]。此外還可利用熱等離子體進(jìn)行PFCs裂解，其具有處理效率高、污染物清除率高、操作簡單等優(yōu)勢，可有效破壞有毒有害污染物，并將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。該法缺陷在于治理成本較高，推廣較為困難，仍有待進(jìn)一步優(yōu)化完善。

2.1.4 靜電油煙凈化法

靜電油煙凈化法是一種利用靜電原理清除廢氣污染物的方式，該法利用風(fēng)機(jī)將工業(yè)生產(chǎn)中排出的廢氣吸入靜電油煙凈化裝置中，使其在均流板上進(jìn)行機(jī)械碰撞。在高壓靜電場的作用下，氣體中的有機(jī)污染物被降解或捕集，從而實現(xiàn)對廢氣的凈化處理。高壓靜電場可使氣體發(fā)生電離，其中的污染物大部分被碳化降解，小部分微小油粒在氣流作用和靜電場的吸附作用下，被集中在正負(fù)極板上，并隨著積累的數(shù)量增多而下流到集油槽，經(jīng)由管道排出。在電場作用下，微米級的油霧可直接降解成為無害的水和二氧化碳，達(dá)到廢氣凈化的效果。靜電油煙凈化裝置具有易拆裝、易清洗、運行成本低、安全系數(shù)高等優(yōu)勢，配合水噴淋等裝置，可達(dá)到更好的VOCs排放治理效果，有效凈化廢氣。

2.1.5 膜分離法

膜分離法是利用化工廢氣中不同組分在高分子膜上的滲透速率差異來實現(xiàn)氣體分離，將廢氣中的VOCs物質(zhì)分離出來，達(dá)到凈化治理的目的。膜分離法常用于天然氣提純工作中，在VOCs廢氣治理中也能達(dá)到良好效果，可實現(xiàn)對VOCs的回收，具有操作簡單便捷、能源消耗低、回收率高的優(yōu)勢，還能有效避免二次污染，但也存在治理成本高的缺陷。膜分離法需要使用膜接觸器、膜元件等多種設(shè)備材料，不僅設(shè)備成本高，維護(hù)保養(yǎng)也較為困難，容易出現(xiàn)構(gòu)件污染、進(jìn)出口堵塞等問題，使用時需進(jìn)行全方位清洗，才能維持設(shè)備的穩(wěn)定運行，其維修養(yǎng)護(hù)的資金成本、人工成本消耗較大。

2.2 生物治理技術(shù)

生物治理法是一種較新的VOCs排放治理方法，是指利用微生物的生物活動對有機(jī)污染物進(jìn)行氧化分解，通過生物代謝使其轉(zhuǎn)變?yōu)樗?、二氧化碳等無害物質(zhì)，從而達(dá)到消除污染的目的，具有成本低、操作簡單、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢。采用生物治理技術(shù)處理VOCs廢氣，一般分為三個步驟：首先需要將廢氣中的污染物從氣相轉(zhuǎn)化為液相；其次需要控制液體中有機(jī)污染物的濃度，使其更好地滲透進(jìn)生物層中，利用生物層中的各種微生物和活性物質(zhì)對污染物進(jìn)行分解吸收；最后，經(jīng)過微生物代謝后的有機(jī)污染物被降解，轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無害的無機(jī)物，即可將其排出。目前生物處理技術(shù)的常用操作工藝有過濾法、生物洗滌法等。過濾法通常是利用土壤、木屑、有機(jī)堆肥等物質(zhì)建立一個生物濾池，將化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過初步處理后送入濾池中，進(jìn)入含有豐富微生物的有機(jī)填料層，使廢氣中的污染物被其中的微生物氧化分解，再從生物濾池頂端排出。該方法可有效處理廢氣中含有的苯、酚、乙醛等有害物質(zhì)。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，采用生物濾池處理含苯乙烯的廢氣時，進(jìn)氣濃度為200～800 mg/m3，清除苯乙烯的最高速率可達(dá)到66.78 g/（m2·h），具有良好的治理效率和治理效果。生物洗滌法則需要建立一個生物洗滌塔，利用壓力噴淋均勻噴灑生物懸浮液，使其與廢氣中的污染物充分融合，溶解有機(jī)污染物，將其轉(zhuǎn)化為液態(tài)并進(jìn)入含有豐富活性物質(zhì)的污泥池中，有效清除其中的有害物質(zhì)。

3 化工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）排放綜合治理措施

3.1 加強排放源頭管控

加強源頭控制是治理污染的關(guān)鍵，VOCs排放主要來源于化工生產(chǎn)中的各種原料和輔料。化工產(chǎn)品的原料和輔料在各種加工工藝和化學(xué)反應(yīng)下生成VOCs，并在生產(chǎn)、運輸、使用的過程中發(fā)生揮發(fā)、泄露，進(jìn)而產(chǎn)生污染。受到治理技術(shù)、治理成本等各方面因素限制，目前化工行業(yè)的VOCs排放治理情況并不理想，為了降低污染物排放治理的負(fù)擔(dān)，相關(guān)企業(yè)應(yīng)從源頭上降低化工產(chǎn)品原料、輔料的VOCs含量，采用高固含量涂料、水性涂料等低反應(yīng)活性、VOCs含量低的環(huán)保材料，從源頭上實現(xiàn)減排。例如，采用水性油墨代替油性油墨。水性油墨無需采用有機(jī)溶劑進(jìn)行稀釋，VOCs含量低，可有效減少有機(jī)污染物排放，環(huán)保性更強?；ば袠I(yè)應(yīng)積極推行綠色生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)理念，加強推廣各種低VOCs含量或不含VOCs的環(huán)保型原料、輔料，做好對排放源頭的管控。但目前行業(yè)中VOCs含量低的原輔材料替代品明顯不足，推廣范圍也不夠大，實現(xiàn)化工行業(yè)的綠色生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)仍有很長的路要走，相關(guān)人員仍需加強對低污染化工原輔料替代品的研發(fā)，從源頭上減少有機(jī)污染物的生成。

3.2 加強對治理工藝的優(yōu)化改造

除了源頭控制之外，加強末端治理也非常重要，化工企業(yè)應(yīng)當(dāng)堅持綠色生產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展理念，重視VOCs排放治理工作，積極優(yōu)化更新治理技術(shù)和設(shè)備設(shè)施，提高治理效率與質(zhì)量，嚴(yán)格將污染物排放量控制在國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，做到“應(yīng)收盡收”，盡可能地降低化工生產(chǎn)中的廢氣、廢水對環(huán)境的污染和破壞。企業(yè)應(yīng)對自身VOCs的排放類型、數(shù)量、濃度等有明確的認(rèn)知，針對VOCs排放特性，將各種類型的有機(jī)污染物處理技術(shù)進(jìn)行對比，選擇治理效率高、效果好、運行成本較低的治理技術(shù)，并制定科學(xué)的治理計劃，有組織、有計劃地進(jìn)行VOCs的排放和處理。考慮到技術(shù)和成本問題，化工企業(yè)可積極與第三方專業(yè)排污治理公司展開合作，借助其先進(jìn)的技術(shù)手段優(yōu)化VOCs排放治理方案，對效率低、性能較差的治理技術(shù)進(jìn)行升級和改造，可將單一治理技術(shù)升級為組合式的排污治理系統(tǒng)，實現(xiàn)優(yōu)勢互補和效率最大化，從而有效控制區(qū)域內(nèi)的VOCs整體排放量，改善大氣環(huán)境。

3.3 加強排放監(jiān)管

化工企業(yè)的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，許多環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)VOCs排放，導(dǎo)致VOCs排放治理的難度較大，治理成本高，工作內(nèi)容繁雜。部分化工企業(yè)由于管理理念、能力、技術(shù)、費用等多方面的限制，對VOCs的排放和治理缺乏組織性和計劃性，許多排污環(huán)節(jié)缺乏合理的治理設(shè)施和控制機(jī)制，使得污染物直接排放至自然環(huán)境中，造成嚴(yán)重污染。無組織排放是當(dāng)前化工企業(yè)VOCs排放的顯著特征[6]。相關(guān)監(jiān)管部門應(yīng)當(dāng)加強對化工企業(yè)無組織排放的管理，要求企業(yè)嚴(yán)格把控各個排污環(huán)節(jié)，有組織、有計劃地將VOCs污染物進(jìn)行集中處理、集中排放，對整個化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行全面控制。監(jiān)管部門應(yīng)成立專門的監(jiān)管小組，對管理范圍內(nèi)的化工企業(yè)進(jìn)行全方位盤查，及時發(fā)現(xiàn)無組織VOCs排放問題，并監(jiān)督、協(xié)助企業(yè)進(jìn)行整改，列出生產(chǎn)過程中的每一處污染物泄漏源，要求企業(yè)及時修補漏洞。監(jiān)管部門應(yīng)鼓勵企業(yè)升級VOCs排放治理系統(tǒng)，加強工藝技術(shù)的優(yōu)化改造，使各化工企業(yè)都能嚴(yán)格遵守國家和地方相關(guān)法規(guī)的要求，保障VOCs排放的密閉性，以便于集中進(jìn)行凈化處理，減少有機(jī)污染物的逸散揮發(fā)。

3.4 加強教育培訓(xùn)

企業(yè)管理人員對VOCs排放治理工作的重視度也是影響治理效率與效果的重要因素。部分化工企業(yè)管理者對VOCs的危害缺乏足夠認(rèn)知，未意識到VOCs無組織排放對氣候環(huán)境和人體健康的巨大影響；也有部分企業(yè)管理者缺乏足夠的社會責(zé)任意識和正義感，為了追求更高經(jīng)濟(jì)效益，降低生產(chǎn)成本，對高污染、高排放問題視而不見；還有部分管理者對污染物排放治理問題有足夠的重視度，但對各種先進(jìn)治理技術(shù)缺乏了解，設(shè)備和技術(shù)陳舊落后，導(dǎo)致治理效率低下。針對上述問題，相關(guān)監(jiān)管部門應(yīng)加強對化工企業(yè)管理者的教育培訓(xùn)，增強其VOCs排放治理意識、法律意識和社會責(zé)任意識，并提高企業(yè)管理者對相關(guān)先進(jìn)治理技術(shù)的了解程度。此外，化工企業(yè)內(nèi)部也應(yīng)加強宣傳、教育和培訓(xùn)工作。

4 結(jié)語

總而言之，化工行業(yè)的生產(chǎn)類型廣泛，生產(chǎn)過程復(fù)雜，產(chǎn)品多種多樣，涉及VOCs排放的環(huán)節(jié)較多，加強VOCs排放治理非常具有必要性。各類化工企業(yè)需針對自身產(chǎn)品類型、原料輔料等，分析自身VOCs的排放類型、排放量及排放濃度等，合理選擇治理技術(shù)，制定治理方案。監(jiān)管部門也需重視對化工企業(yè)VOCs排放治理情況的監(jiān)督管理，加強教育培訓(xùn)。此外，還需要加強對低VOCs含量原輔料的研發(fā)與推廣，加強對治理技術(shù)的優(yōu)化改造，以切實降低VOCs排放量和治理成本，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。