東莞市塑膠行業VOCs治理技術調研

張熾輝，蔡卓弟，黃冰，李景岳，何明

（1.東莞市環境科學學會，廣東 東莞 523000；2.東莞市環保產業促進中心，廣東 東莞 523000；3.東莞市化工學會，廣東 東莞 523000）

引言

揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs）是指在101.325Pa標準大氣壓下，任何沸點低于或等于250℃的有機化合物[1]，常溫狀態下易揮發，包含非甲烷總烴等有機物。VOCs是光化學煙霧的主要前體物，也是導致臭氧污染的主要原因，而細粒子中的有機物的高含量也與大氣VOCs有密切關系。VOCs種類繁多，包括酮、酚、酯、醛、醇醚等含氧有機物，含氮有機物，鹵代烴等幾百種物質[2]。VOCs是大氣環境的主要污染物，不僅會危害周邊居民的身體健康，還會促進城市光化學煙霧和霾的生成，影響區域大氣環境質量[3]。

塑膠行業是東莞市VOCs排放的主要來源之一，占總排放量的28.6%[4]。塑膠生產包括上游工藝、成型工藝和后處理工藝，在破碎、配料、干燥、塑化擠出（包括注塑、擠塑、吸塑、吹塑、滾塑、發泡等）、噴涂、烘干、印刷等生產環節中，由于工藝溫度高，易產生VOCs氣體。特別是在后處理工藝中，采用溶劑增亮、涂料涂飾、絲網及曲面印刷、手繪補漆、黏膠組裝等方式對塑膠產品進行表面裝飾、美化、抗老化及耐腐蝕的處理中，存在較大的VOCs排放。因此，必須配置廢氣收集和凈化治理裝置。

目前，VOCs治理技術有回收技術和銷毀技術[5]。回收技術主要包括吸收法[5]、吸附法[6、7]、冷凝法[8]及膜分離[9]。銷毀技術主要包括直接焚燒、蓄熱式直接催化焚燒、催化燃燒、蓄熱式催化燃燒、生物法[10]、光催化氧化[11]、等離子體破壞等。由于VOCs成分復雜，濃度、流量、成本等因素不同，每種VOCs治理技術都有其自身的優勢和使用限制，如何選擇合適的技術是VOCs治理工作必須面對的問題。

本研究在大量數據調查統計和工程案例現場調研的基礎上，對塑膠行業VOCs治理技術的應用情況變化和經濟成本進行了分析，列舉了某塑膠企業的工程實例，以期為東莞市塑料行業VOCs治理在技術選擇上提供參考。

1 數據調查和監測

數據調查對象主要為東莞市VOCs排放量較大的塑膠行業企業。調查數據主要通過前期摸底排查、后期跟蹤更新和典型案例現場調研三種方式實現。前期摸底排查以全市33個鎮區生態環境分局為調查主力，分區逐一摸底排查，建立各鎮區整治名錄，最后匯總于本研究小組。后期跟蹤更新是各生態環境分局根據整治名錄，督促企業提升治理技術，定期查訪、跟蹤記錄，上報數據和治理設施更新情況。典型案例現場調研是本研究小組根據最新的調查數據，選擇有代表性的工程案例，到企業現場核實，調研企業的生產原輔料、規模、生產工藝、產品、VOCs處理技術的選擇應用、治理設施運行工況、投入費用和運行成本等。

監測數據主要通過企業提供的竣工監測報告、委托監測和現場監測方式獲得，特別是典型工程案例多采用現場采樣監測方式進行，以求數據的真實性、可靠性和對現場工況的實際反映。

2 調研結果與討論

2.1 塑膠行業VOCs治理技術應用的變化

調研涉及東莞市1974家塑膠企業，其中沒有采取任何治理設施的企業477家，占24.2%；關閉、低VOCs或無VOCs產生的企業751家，占38.0%；有采用治理設施的企業746家，占37.8%。可見，東莞市經歷了多年VOCs治理，塑膠行業已淘汰關閉了一批重污染企業，一些企業撤銷了VOCs產生工序，更多企業有了采用低VOCs原輔材料或水性涂料的趨向，但部分無治理設施的企業仍是需加強整治的重點。

本次研究主要討論東莞市塑膠行業中已設置VOCs治理設施的企業。從圖1可看出，治理前后均為活性炭吸附法的企業數量最多，同時企業已從單一的活性炭吸附技術向新興技術、高治理效率技術和組合技術轉變。UV光解+活性炭吸附是塑膠行業最受關注的VOCs治理技術，上升的幅度最大，達300多家。吸附法和UV+活性炭法兩法合占塑膠行業的8成以上，其他治理技術雖逐漸增多，但應用的企業數量較少。根據企業現場的調研反饋，9家燃燒法中，有6家采用吸附濃縮+催化燃燒法，3家采用蓄熱式焚燒法（RTO），治理效率均達90%以上，都有較好的處理效果，是今后需重點推廣的治理技術。

圖1 塑膠行業VOCs治理技術應用變化

2.2 不同末端治理技術的經濟性分析

VOCs末端治理技術可分為傳統技術、新興技術和組合技術。傳統技術包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分離法等。新興技術有光催化氧化法和等離子體法等。組合技術有光催化氧化+活性炭吸附、等離子體+活性炭吸附和吸附濃縮+催化燃燒法等。各類末端治理工藝的特點不同，在進行特定VOCs廢氣治理方案的選擇時，應從技術和經濟性上考慮，結合廢氣的有機成分、含量、溫度、壓力、安全性和生產工藝的協同作用等方面綜合評定，最終確定最佳的治理技術。本研究主要從經濟性方面進行分析。

根據調研數據和有關文獻資料，歸納出不同VOCs治理技術的經濟性參考指標（見下表）。UV光解法和等離子體法憑借低投入低運行費用優勢迅速受到企業青睞。吸附回收法和冷凝回收法雖然投入低，但綜合經濟性不高，不推薦單獨使用，建議聯合使用以提高去除效率和增加經濟性。吸附-催化燃燒、蓄熱催化燃燒（RCO）和蓄熱式焚燒（RTO），雖然前期投入較大，但由于運行費用合理，治理效率穩定可靠，可擇優考慮。

不同VOCs治理技術的適宜濃度和經濟性表

現場調查表明，企業在選擇VOCs末端治理技術時，治理設施的經濟性居首位。為此，有必要深入研究進氣濃度與VOCs治理技術經濟性的關系。從圖2可看出，活性炭吸附法（曲線C、D）在濃度小于5mg/m3時，費用最省，超過10mg/m3時費用直線上升，因此，濃度在5mg/m3以內的采用此技術費用較低。帶有熱回收功能的RTO和催化燃燒法（曲線A、B），相對費用較高，但在濃度高于100mg/m3后費用迅速減少，熱回收抵消了昂貴的運行成本。因此，增加熱回收利用可大幅削減運行成本，值得推薦。

2.3 分子篩吸附脫附-蓄熱式催化燃燒RCO技術工程實例

從方法原理與應用實例來看，以上所述的技術均有一定的治理效果，關鍵是治理設施的技術參數要符合設計要求，應與企業的工況匹配，后期的運行管理應規范合理。圖3為東莞市某公司設計的VOCs治理工藝，產生的有機廢氣中，主要含甲苯、二甲苯、乙酯、丁酯、丁酮等，屬于低濃度大風量類型，采用分子篩吸附脫附-蓄熱式催化燃燒RCO技術，處理發泡造粒生產過程中低溫聚合工段產生的有機廢氣，凈化效率高達92%，有機廢氣得到有效去除。

研究表明，塑膠行業的廢氣主要包括含氧有機物、芒香烴、烷烴、鹵代烴、烯烴和含氮有機物等237種VOCs物質。其中含氧有機物占50%以上，其次為由苯及苯系物、萘組成的芳香烴，后面排名分別為烷烴、鹵代烴、烯烴和含氮有機物。塑膠表面涂裝中的噴涂、烘干、印刷工藝廢氣應采用吸附-冷凝回收法和吸附-催化燃燒法或其他組合技術，VOCs廢氣凈化效率應達到90%以上。據現場監測，結果如圖4所示，芳香烴、含氧有機物、烷烴、鹵代烴都得到了有效去除，效果顯著。

3 結論與建議

（1）東莞市塑膠行業VOCs治理，大多采用撤銷VOCs產生工序、更換低VOCs原輔料的措施，治理技術從單一的活性炭吸附技術向新興技術、高治理效率技術和組合技術轉變。

（2）由于UV光解法和等離子體法具有成本優勢，應用案例不斷增加，東莞地區UV光解+活性炭吸附是塑膠行業最受關注的VOCs治理技術，但在后期運行監管方面，必須注意排放的穩定達標。建議企業關注吸附劑的飽和周期并及時落實更換，加強運行臺賬記錄和管理，確保設施穩定運行。

（3）經濟性是企業選擇VOCs治理技術首要考慮的因素，吸附-催化燃燒、RCO和RTO法，雖投資成本較高，但治理效率高，運行穩定。建議有條件的企業增加熱回收工藝，降低整體運行成本，達到費用合理、治理效果顯著的目的。

（4）在選擇適宜治理工藝的前提下，后期規范合理的運行管理非常重要。建議每年定期對總排口及廠界開展監測，監測指標須包含臭氣濃度和非甲烷總烴、廢氣處理設施監測進出口參數，并核算VOCs的去除率。

圖2 濃度與費用的關系

圖4 塑膠企業RCO技術的治理效果

圖3 塑膠企業VOCs治理技術工藝流程圖