有機廢氣治理技術發展研究

施軍峰 孔彬彬

杭州市環境保護科學研究設計有限公司

有機廢氣治理技術發展研究

施軍峰 孔彬彬

杭州市環境保護科學研究設計有限公司

隨著城市社會、經濟及文化快速發展，能源、資源耗量增長，伴隨著以光化學污染為代表的空氣污染日趨嚴重，空氣質量指數AQI不盡理想。為改善環境空氣質量，降低PM2.5污染濃度，大幅減少PM2.5前體物——VOCs排放量，是當前面臨的緊迫任務。本文通過對工業源有機廢氣的末端治理技術進行一番探討和研究，希望能夠對相關人員有所幫助。

有機廢氣；治理技術

1 引言

在大氣環境中，揮發性有機物（VOCs）發生光化學反應形成臭氧等光化學氧化物質，對環境空氣質量產生影響。以固態或液態形式排放的VOCs會直接形成（一次）PM2.5；以氣態形式排放的，在大氣環境溫度下快速凝結成顆粒物，大部分都是PM2.5；VOCs排放也是二次顆粒物的關鍵前驅物之一，它與其他污染物在大氣環境中通過化學反應生成細顆粒物，造成了大多數的PM2.5污染。VOCs排放來自于自然源和人為源，自然源主要為植被排放等，人為源又分為移動源和固定源，固定源中又包括生活源和工業源等。本文以工業固定源污染控制為重點，著重探討和研究末端治理技術。

2 有機廢氣處理特點

從資源循環利用的角度，溶劑回收是最佳選擇，溶劑回收最常用的方法是吸附法，其中顆粒活性碳吸附、碳纖維吸附等技術是經典的成熟技術代表；冷凝法是溶劑回收的最終手段，也是高濃度VOCs、小風量氣體預處理的常用方法，但冷凝后VOCs濃度仍難達到直接排放的要求，需要和其他方法組合使用。從資源綜合利用的角度，采用燃燒法氧化分解VOCs，并回收利用有機物的分解熱量，TO是最經典的方法，但消耗燃料；RTO可有效提高換熱效率，減少能源消耗；CO可以通過大幅降低氧化溫度，減少能源消耗；若VOCs濃度較低，將VOCs濃度濃縮提高后再采用熱氧化方式進行凈化處理。

3 有機廢氣治理技術

3.1 吸附法

VOCs氣體通過一多孔固體物質，使之附著于其固體表面上，從而達到去除的目的。吸附劑的有效性主要取決于吸附VOCs的表面積，表面積越大吸附能力越大，吸附劑的吸附能力用吸附容量表征，吸附容量主要影響因素有溫度、壓力、濃度、分子量、化學活性、濕度和顆粒物等。

(1)顆粒活性炭吸附。更換式顆粒活性炭吸附在活性炭吸附飽和后，需將碳床內失效活性炭全部重新更換，由于活性炭更換成本較高，通常將此方法用于去除氣味和較低VOCs濃度（＜40～50mg/m3）的場合。再生式固定床顆粒活性炭吸附，至少設置2個床體裝填活性炭，其中1個可以離線脫附再生，其余吸附床可以連續吸附，常用脫附再生工藝是熱吹掃。

(2)蜂窩活性炭吸附。蜂窩活性炭以參照蜂窩陶瓷體制作方式，其最大的特點是利用蜂窩體直通通道，將吸附床空塔速度提高到0.8～1.2m/s，流程阻力下降至800～1200Pa。蜂窩狀活性炭吸附飽和后，熱空氣進行脫附再生，脫附產生的高濃度VOCs氣體，進入催化氧化床氧化分解。

(3)活性炭纖維吸附。活性炭纖維具有吸附物質廣、回收溶劑品質高等特點，采用碳纖維氈制成吸附濾筒，并組成吸附裝置，脫附再生采用蒸汽完成，大多用于溶劑蒸氣的回收。

(4)沸石轉輪吸附。沸石轉輪由沸石、粘結劑、助劑等材料燒結而成的一種蜂窩狀圓盤型吸附部件，VOCs氣體進行沸石轉輪的吸附區，VOCs組份被吸附后，成為凈化氣體排放，當吸附接近飽和時，以高溫（180～220℃）空氣，進行脫附再生，形成VOCs濃縮氣體，并將高濃度氣體送至氧化爐燃燒分解。

3.2 燃燒法

燃燒法是在一定溫度下和有氧條件下，將VOCs燃燒分解為二氧化碳和水的方法，可用于各種有機化合物的分解，適當的溫度和足夠的滯留時間可使VOCs得到較完全的分解，通常氧化分解效率可達95%以上。如果有機物含有氯、氟、硫，全產生酸性污染物，必須在氧化爐后設置洗滌塔經洗滌凈化后才能排放。

(1)直燃式熱氧化爐。直燃式熱氧化爐（TO）是利用熱交換器從煙氣中回收熱量用于預熱廢氣或其他熱能利用以節省能源。采用TO方式處理，廢氣中的顆粒物濃度必須盡可能減少，顆粒物會污染換熱管內壁，降低換熱效率，增加流阻。

(2)蓄熱式執氧化爐。蓄熱式熱氧化爐（RTO）是換熱器采用陶瓷蓄熱床，氧化分解后氣體將自身攜帶大量熱量傳遞并儲蓄在蓄熱床中，然后讓進入氧化器的氣體從蓄熱床中獲得換取熱量。RTO的熱回收效率比TO高，可高達95%，最高處置VOCs濃度約10g/Nm3，當VOCs濃度約為1.5g/Nm3時，可不補充燃料。要求顆粒物濃度不大于35mg/m3或在檢修期間可以安全地去除顆粒物。

(3)催化氧化爐。催化氧化爐（CO）是VOCs流經催化床，催化劑在320℃～450℃溫度下觸發氧化分解反應。CO適宜處理濃度范圍在1000mg/m3以上，上限濃度不宜達到爆炸極限下限的25%；不能用于固體或液體顆粒物濃度較高的場合，會使催化劑受到“污染”形成堵塞；汞、磷、砷、銻和鉍等金屬會使催化劑急性中毒，鉛、鋅、錫等金屬會使催化劑慢性中毒；硫和鹵素化合物會因吸附在一些催化劑表面，使催化劑活性表面被“屏蔽”。一般催化每1～3年須更換或再生。

3.3 冷凝法

冷凝處理是利用廢氣成分中凝結溫度的不同而將較易冷凝的成分分離出來。冷凝作用可包括兩種方式，一是在定壓下，降低系統的溫度；二是在定溫下，增加系統的壓力。最常見到的就是應用于氣態高沸點溶劑的回收，具有設備簡單、操作容易、高濃縮回收率等優點，但應考慮冷凝后的液體二次水污染處理的問題。

4 重點行業適用技術

表面涂裝廢氣，噴涂工段廢氣經預處理后，使漆霧凈化，推薦采用活性炭吸附、沸石轉輪吸附等技術；烘干工段廢氣推薦采用沸石轉輪吸附、熱氧化等技術。

涂料生產廢氣，拌研工段廢氣，經除塵預處理后，推薦采用活性炭吸附、沸石轉輪吸附等技術；包裝工段廢氣推薦采用沸石轉輪吸附、RTo等技術。

包裝印刷廢氣，凹印工藝印刷廢氣推薦采用沸石轉輪吸附技術；干復工段廢氣，經冷凝后，采用活性炭吸附技術；膠印工段廢氣推薦采用RTO技術。

有機化工廢氣，管線輸送泄漏廢氣推薦采用LDAR技術；儲罐呼吸廢氣、裝缷廢氣和工藝廢氣，推薦采用蒸氣平衡回收、冷凝壓縮回收、熱氧化等技術。

5 結語

為進一步加強大氣污染防治，推動大氣環境質量持續改善，全面開展工業源VOCs污染治理，現有治理技術樣式多樣，但是每一種技術都有著不同的缺點和優點。企業必須根據自己的實際情況來合理選擇最佳處理技術，實現環境、經濟和社會效益更優化。

[1]上海市工業固定源揮發性有機物治理技術指引.2013(7)．

[2]2016年國家先進污染防治技術目錄（VOCs防治領域）2016(11).

[3]浙江省工業污染防治“十三五”規劃，2016，10（17）：浙環發[2016]46號.