化工廢水處理中VOC排放的控制

(淄博職業學院制藥與生物工程系，山東淄博，255314)

1 引言

鑒于化工生產的特性，大多數化工生產過程都會產生廢水，因此對廢水的收集和處理必不可少。目前，有一定規模的化工企業幾乎都有自己的廢水收集和處理系統。由于廢水往往貫穿于整個生產工藝流程，因此不同的化學物質(包括溶劑以及副產物)會混存于待處理的工藝廢水中。這些物質很多屬于揮發性有機化合物(即VOC)，往往具有易燃易爆、有毒有味等性質，是造成大氣污染(包括霧霾產生)的重要因素。因此，VOC一直受到各國環保法規越來越嚴格的約束[1]。

化工廢水收集和處理系統是一個特別重要的VOC排放源，因為在廢水的收集和處理過程中，溶解或懸浮于廢水中的VOC容易揮發或被蒸發出來，這些VOC的數量可能還很大。據調查，為滿足國家環境保護法規的要求，用于控制廢水中VOC排放所花的費用僅次于控制從工業尾氣排放出的VOC 所花的費用。本文著重探討與化工廢水處理有關的VOC排放的控制。

2 化工生產中VOC排放的來源

在化工生產裝置整個生命周期的大多數階段，從設計、建設和試車，到運行、工藝異常、計劃中的停車和緊急停車，再到停產或生產線的永久關閉，都有可能產生VOC的排放[2]。一般來說，大量的VOC產生于工廠的運行過程，表1列出了其中可能的來源，表2則列出了廢水處理系統VOC的來源。

表1 化工廠VOC來源

表2 廢水處理系統中VOC來源

3 減少廢水處理過程VOC排放的方法和措施[3-4]

為了減少與化工廢水處理有關的VOC 排放，可以采取的方法或措施包括但不限于：

(1)盡可能從廢水源頭上減少VOC 的排放。

(2)封閉廢水及其逸出物(例如通過加蓋等方式)。

(3)在廢水處理過程增加對VOC的去除工藝。

(4)收集和處理來自廢水的蒸氣形式的VOC排放。

3.1 源頭上減少VOC排放的措施

從源頭上減少VOC的最有效途徑是盡可能減少廢物的產生，防止出現污染。一般可采取以下措施：

(1)用對環境更友好或揮發性更低的物質替代VOC。

(2)減少來自生產過程的VOC的量。

(3)減少來自生產過程的廢水的量。

(4)降低廢水溫度以降低VOC的揮發性(但對廢水的冷卻程度要以不影響下游對VOC的去除效果為限)。

成(組)分替代是源頭遏制VOC等污染物排放的較為簡單可行的方法，但這種方法并非都能行得通。對大多數生產過程，VOC被用作溶劑、組分、或洗滌液等，選擇它的目的是為了利用其某些特定的屬性，包括功能、來源和成本等方面。所以，對更易揮發的VOC進行替換，替代品必須能夠滿足必備的性能指標才行。同樣，改變工藝，有時即便僅是對設備和操作程序進行相對較小的變更，也有助于改善VOC的排放。

一旦在最大程度上減少了上游VOC的來源，下一步還要設計一套能夠容納廢水及其逸出物的收集和處理系統。盡管封閉式廢水收集和處理系統能做到盡量減少VOC向周圍環境中的排放，但是要注意封閉操作本身也可能會產生次生安全問題，即在密閉容器上部空間內形成具有潛在危險的易燃易爆環境，對此應設法加以避免。

3.2 廢水中VOC 的處理方法

當富含VOC 的廢水被輸送到廢水處理廠后，廢水中的VOC可通過以下方式處理：

(1)通過適當方法直接將廢水中VOC破壞掉。

(2)將VOC轉移到某個接收相中，接收相通常是氣相，也可以是非互溶的液相或固相(例如，可用空氣把VOC從廢水中脫出，從而將其轉移到脫除所用的空氣中)，然后從接收相中將VOC回收或將其破壞掉(例如轉移到脫除氣中的VOC 可通過火炬燒掉)。

生化廢水處理也是一種通用性特別強，能夠破壞廢水中VOC的成熟處理方法，其中的好氧生化處理法被廣泛采用。所謂好氧生化處理，簡單地說，是指向廢水中通入大量空氣(該過程稱為“曝氣”)，促使好氧微生物(好氧菌)大量繁殖，利用好氧微生物分解有機物，實現廢水處理的目的，該方法可以把有機污染物通過微生物的氧化轉化為二氧化碳和水等。好氧生化處理又分為活性污泥法和生物膜法兩種，活性污泥法又包括氧化溝活性污泥法、生物降解活性污泥法(absorption biodegradation，簡稱AB法)、間歇式活性污泥法(sequencing batch activated sludge process，簡稱SBR法)等。需要根據待處理廢水中VOC負荷，結合其他措施，采取適當的優化處理條件。注意，好氧生化處理工藝也有可能在曝氣過程中由空氣把VOC從水中帶出而排放到環境中，需結合其他方法加以控制。

可以使用空氣、水蒸氣、氮氣或天然氣把廢水中的VOC轉移到氣相中。如果使用的是水蒸氣，那么可以通過把汽提塔的塔頂蒸氣加以冷凝的方式，回收有價值或可再利用的VOC成分，然后再把回收的VOC 冷凝液返回到工藝當中。但是，冷凝過程的能量消耗，以及將被熱的水蒸氣洗提后的廢水再進行冷卻的能量消耗，所花的費用可能較高。

3.3 減少廢水處理過程VOC排放的一般步驟

總體上，為減少從工藝裝置中和廢水處理過程中的VOC排放，企業可采取如下具體步驟：

(1)制訂泄漏檢測和修復計劃，并嚴格執行。

(2)安裝密封式排液收集系統，以便在工藝停車期間容納工藝流體。

(3)使用密閉式有機材料管槽將廢水和溢出液輸送到廢水處理站。

(4)在罐區使用浮頂罐并安裝尾氣收集系統。

(5)對貨運卡車、軌道車、駁船等裝卸裝置，必要時需安裝有機蒸氣回收系統。

(6)對廢水平衡池、沉淀池、溶解空氣曝氣裝置、生物氧化裝置、物理和化學處理裝置以及澄清器(池)等加蓋密封。

(7)采用合適的VOC去除和破壞技術，將水中溶解的VOC濃度降低到向環境排放容許的程度。

(8)對與抑制VOC排放相關的工藝危險因素及時加以識別和消除，至少也應使其減輕或得到控制。

泄漏檢測與修復計劃的執行應當與生產裝置的維保相一致，通過這項工作可以檢測和消除VOC從法蘭、密封口、取樣口和其他短暫泄漏源的排放。泄漏檢測一般僅需便攜式分析裝備就能完成，費用相對較低。由于泄漏能得到更好的檢測和修復，減少了原料、中間體和產品的損失，所投入的必要檢測裝備和人工費用實際能很快補償回來。

3.4 關于管路末端控制方法

長期的實踐表明，用于治理空氣污染的管路末端控制方法不足以控制VOC排放，因為很多這些方法僅是把一種形式的污染轉化為另一種形式的污染。例如，火炬、焚燒爐和鍋爐可產生副產物CO、CO2、NOx及顆粒物，并且它們對VOC的破壞或焚化效率大多不超過98%。同樣，碳吸收器、滌氣器和冷凝器的效率都有其局限性，有些還會產生因污染物冷凝所造成的有害物質殘留。

盡管有這些缺點存在，但很多管路末端控制方法仍有其優勢，這些優勢表現在：管路末端控制可被用于現有的工藝裝置而不必對裝置本身進行大規模改造；具有可預見的控制或處理程度；容易被環保部門認可，因為它們屬于經過實踐檢驗的傳統治理技術。

隨著國家環保執法力度的加大以及人們環保意識的不斷增強，迫使越來越多的化工企業逐漸遠離對VOC末端控制的依賴，轉而尋求通過工藝改進等方式從源頭上減少VOC的排放，從而也減輕了廢水處理過程控制VOC排放的壓力。

3.5 利用頭腦風暴尋求解決途徑

頭腦風暴法作為一種產生創意的方式，在各行各業應用日漸廣泛，同樣也適用于對與化工廢水處理有關的VOC 排放的控制。化工企業通過召集職工進行頭腦風暴研討會，集思廣益，常常可獲得一系列減少廢水處理廠上游及廢水處理過程中VOC排放的可選方案或構想。其中有些措施比較容易實現，例如通過把冷凝器的溫度降低可提高VOC的回收率；另一些措施的實現則需要更復雜的設備改動、更深入的安全或技術研究，有時還需要獲得客戶的認可(因采取這些措施可能使產品質量受到影響)。

頭腦風暴研討小組應當依據實施需要的時間、成功的可能性、可能要花的費用，以及VOC排放的預期減少率等指標，對具有實施潛力的方案進行排序。表3所列是國外某合成化工廠利用頭腦風暴對潛在污染防范方案(主要是源頭控制措施)進行的排序結果，在此僅供參考。

表3 合成反應操作可供選擇的污染防范方案

4 結語

控制化工廢水處理中VOC的排放，需要綜合利用多種方法和措施，甚至還可利用頭腦風暴法產生一些現實可行的或具有實施潛力的構想。盡管管路末端處理會繼續對控制某些化工生產過程乃至廢水處理中的VOC排放發揮重要作用，但那些能積極采取從源頭上減少VOC排放措施的企業，由于能更好地順應國家對環保的日益嚴格的要求，無疑將在當前和未來具有更大的競爭優勢。