工業源揮發性有機物治理技術及管理對策研究

馬紅妍

（濰坊市高新生態環境監控中心，山東 濰坊 261061）

1 工業源揮發性有機物的概況

1.1 概念、來源及危害

揮發性有機物（以下簡稱VOCs）主要是指參與大氣光化學反應的有機化合物，世衛組織（WHO）將有機物的沸點作為判定依據，沸點為50～260 ℃的各種有機化合物被定義為揮發性有機物[1]。而國內通常會根據測量和核算結果判定[2]，即依據《環境空氣 揮發性有機物的測定 罐采樣/氣相色譜-質譜法》（HJ 759-2015）對廢氣中單項VOCs物質測量其質量濃度，加和后得到VOCs總量。

在大氣污染中，VOCs來源廣泛。其中，工業源有機廢氣主要來源于石化和煤化工行業，石油類儲運和銷售，涂料、油墨、膠黏劑等的生產和使用，還有工業清洗及涂裝、印刷、膠裝等原料的使用等[3]。VOCs主要包括非甲烷烴類、醛、酮、醇、醚及含氯、含氮、含硫有機物等，其經紫外線照射會與氮氧化物反應形成光化學煙霧及大量臭氧，而大氣中的SO2、NO2等氣態污染物被臭氧氧化并會逐漸凝結形成PM2.5[4]，這也是霧霾形成的重要因素。因此，加強VOCs污染的防治工作，是當前改善我國大氣環境復合型污染的有效途徑之一[5]。

1.2 末端治理技術簡介

工業固定源揮發性有機物末端治理技術主要分為物理法（冷凝、吸收、吸附等）和化學法（氧化、燃燒等），以及在此基礎上聯合使用的復合方法。

1.2.1 冷凝法

該方法是通過降低廢氣溫度或提高系統壓力，使氣態污染物液化，進而實現凈化廢氣的目的[6]。在實際應用中，可直接采用液氮降低系統溫度來處理、回收有機廢氣，這是冷凝法中一種比較成熟的方案。

1.2.2 吸收法

該方法是利用液體吸收劑將污染物吸收去除的一種技術。一般情況下，吸收劑需滿足沸點高、蒸氣壓低的特點，通常會采用液體石油類、表面活性劑與水的混合液等作為吸收劑[7]。而噴淋塔、洗滌器、填充塔等作為吸收裝置，可使氣液有效接觸面積大、氣液湍流程度大、壓力損失小，因此，具有更好地吸收效果。

1.2.3 吸附法

該方法是利用活性炭、沸石等吸附劑來吸附有機廢氣中的污染因子，以此實現廢氣凈化[8]。在實際應用中，木材、煤炭和石油焦等材料經熱解、活化等工藝均可制成活性炭，其內部具有豐富的孔隙結構和化學基團，可有效吸附廢氣中的有機氣體分子[9]；且活性炭大多是單層分子吸附，一般認為活性炭吸附有機廢氣的飽和容量為20%～40%，需要注意的是，吸附飽和的活性炭需更換或再生。而沸石轉輪技術是利用沸石分子篩的多孔吸附性來處理有機廢氣，一般不單獨使用，其主要用途是濃縮有機廢氣的同時減少廢氣量，便于后續燃燒處理；而沸石轉輪技術核心裝置是裝滿沸石的分子篩旋轉輪，吸附區、再生區和冷卻區，且隨著轉輪的轉動往復循環，可以實現對有機廢氣的吸附濃縮凈化。

1.2.4 氧化法

UV光解催化氧化法是指納米二氧化鈦等光催化劑被紫外光線照射激活后產生自由電子，而自由電子躍遷后二氧化鈦在價帶上光生電子-空穴對，其氧化能力和自由電子的還原能力，使催化劑與周圍空氣中H2O、O2分子發生作用生成羥基自由基從而鎖住并分解有機氣體。而低溫等離子體的產生方式是氣體放電，常用的放電方式為電暈放電。其具體工藝是，當發生電暈放電時，氣體中被高壓電場加速后的電子會與周圍的粒子發生碰撞，而產生更多的自由電子，且形成等離子體，而這些活性電子可打破VOCs中C-H、C-C或C=C化學鍵，并將其結構破壞，從而達到凈化有機廢氣的目的。臭氧氧化技術主要利用臭氧的氧化特性降解有機廢氣。

1.2.5 燃燒法

蓄熱燃燒（簡稱RTO），是利用蓄熱體儲存的熱量將有機廢氣加熱至700～800 ℃，且反應時間為0.5～1 s，這時可使有機廢氣中的可燃物質降解，而燃燒時釋放的熱量被蓄熱體收集，持續往復。催化燃燒是將有機廢氣加熱至200～400 ℃后，且在催化劑的作用下將可燃物質降解為無毒無害的小分子物質。而催化劑是通過吸附、降低反應活化能等方式加快反應進程，常用的催化劑有Pt、Pa等貴金屬催化劑，CoOX、MnOX等過渡金屬催化劑，LaMnO3、BaCuO2等復合催化劑以及尖晶石型復氧化物催化劑等。蓄熱燃燒（簡稱RTO）是在前兩種技術基礎上結合發展起來的治理技術，燃燒反應和蓄熱交換反應是在同一個固定床反應器中進行，而反應器兼備蓄熱燃燒的熱量回收利用功能及催化燃燒的低溫運行功能，這既有效避免了蓄熱燃燒在700～800 ℃高溫條件下產生的NO二次污染，又有效利用了反應余熱，由此提高了能源利用效率。

1.3 治理技術對比分析

各種不同治理技術的對比詳見表1。

表1 不同治理技術對比分析表

在實際運用中，由于各種治理技術的適用范圍不同，所以經常將兩種以上技術聯合，如冷凝法+活性炭吸附、UV光解氧化/低溫等離子氧化/臭氧氧化+活性炭吸附、沸石轉輪+催化燃燒/蓄熱燃燒、活性炭吸附+催化燃燒/蓄熱燃燒等。

2 高新區有機廢氣治理現狀

2.1 有機廢氣治理現狀調查

濰坊市高新區主導產業為裝備制造、聲光電子、生命健康、軟件信息、新材料及其他新興產業等，本文以典型企業的有機廢氣治理現狀進行研究和討論。

具體內容詳見表2。

表2 高新區典型企業VOCs治理情況匯總表

2.2 有機廢氣治理現狀分析

由于高新區有機廢氣的治理措施單一、效率不高，因此，處理效率一般在64.1%～94.2%區間，差異較大。在實際應用中，UV光解氧化法被塑料行業廣泛采用，該技術對于中等氣量、低濃度的有機廢氣處理效率為70%～80%，所以對塑料行業異味治理效果較好。而活性炭吸附法應用更為廣泛，可單獨運用于中等氣量、中等濃度的有機廢氣處理，其處理效率為69.8%～94.2%，出口濃度為0.64～2.16 mg/m3，且治理效果較好。在實際應用中，當有機廢氣濃度升高后，活性炭吸附法可與其他治理措施（如臭氧氧化、UV光解氧化、RCO處理等）聯合使用，處理效率仍保持60%～70%，處理效率未見顯著提升。其中，在大氣量、高濃度的表面涂裝行業，活性炭/過濾器/沸石轉輪吸附+RTO/催化燃燒/RCO較為常見，處理效率為63.8%～92.4%，差異較大。例如，XX動力股份有限公司采用“干式過濾器+活性炭吸附+催化燃燒”三級處理，處理效率高，因此，多級處理提升處理效率效果顯著，但與治理設施運營效率、管理水平、供應商技術是否成熟可靠等有關。

3 濰坊高新區有機廢氣治理提標方向

3.1 企業內部控制對策

3.1.1 優化工藝、源頭替代

要采用先進生產工藝、低VOCs含量的原輔材料，并探索采用密閉、連續、自動的生產技術，以此減少VOCs的揮發量；同時加強廢氣收集，采用負壓設計等方式來提高捕集效率，從而減少VOCs的無組織排放量；并系統梳理以及明確VOCs產生的主要環節和工序，尤其是開停車、檢修作業等非正常工況，要制定具體操作規程；最后要建立科學的內部考核機制，定期對工作人員進行技術提升培訓。

3.1.2 選擇高效治理設施

目前，濰坊高新區仍有不少企業選擇單獨運行UV光解氧化等低效處理設施，因此，整體的處理效率和出口濃度還有很大提升空間。所以，企業可根據行業特點選擇高效治理設施或采用多級凈化方式，來提高有機廢氣處理效率，建議塑料、橡膠等涉異味行業選擇UV光解催化氧化+活性炭吸附二級處理；電子產品制造、檢驗檢測、非織造布、醫藥及其他中等企業選擇二級活性炭吸附裝置；而廢氣量大、污染物濃度高的鑄造、表面涂裝等行業可選擇活性炭吸附/轉輪吸附+催化燃燒/RTO/RCO等二級或三級處理方式。

3.1.3 加強運維管理

以濰坊XX機械有限公司為例，該公司是鑄造行業，采用“活性炭吸附+RCO裝置”處理有機廢氣。在實際處理中，當廢氣量為4 529 m3/h、進口廢氣濃度為25.7 mg/m3時，出口廢氣濃度為9.31 mg/m3、處理效率僅為63.8%，明顯低于同類企業/同類治理設施的處理效果。因此，企業應全面掌握治理設施運行參數，分析吸附劑、催化劑的質量數據、裝填量、更換周期等，確保治理設施高效、穩定運行；可探索廢氣治理第三方運營模式。

3.2 環境管理的控制對策

3.2.1 合理規劃、源頭控制

由于園區內塑料、橡膠、鑄造等行業在產業結構中仍然占有一定比重，所以，優化調整產業結構勢在必行；相關部門應引導企業加強項目的可行性研究，推進清潔生產設計，聘請專業機構論證原輔材料、生產工藝、產污環節、治理措施等，做好源頭控制；還要提高園區集聚水平，加強重點時段、重點行業VOCs治理；積極推廣使用集中噴涂、溶劑回收、吸附劑再生等方式，提高區域VOCs治理效率；進一步強化項目建設所涉及的VOCs原料儲運、使用過程中的無組織排放管控等。

3.2.2 一廠一策、精準治污

由于VOCs成分復雜，不同行業、企業、項目的產排情況也各不相同，因此，在治理過程中沒有標準化的解決方案，所以，應確定區內VOCs控制的重點行業、企業和特征污染因子，統籌兼顧異味和其他有毒有害廢氣控制；組成專家幫扶小組，深入企業進行幫扶指導，特別是對于區內污染物排放量加大的企業，要構建聯系企業包靠制度，提供管家式監管服務；堅持幫扶服務與依法監管相結合，制定重點監管企業名單，通過日常檢查、不定期抽查、突擊夜查等方式加強事中事后監管；并通過嚴格執法督促企業履行環境保護義務，以此促進地方大氣污染防控工作取得實效。

4 結語

綜上所述，當前有機廢氣治理和防控的形勢嚴峻，因此，企業應優化工藝、源頭替代，選擇高效、技術成熟穩定的治理設施，并加強設備運維和人員培訓，提升治污水平；同時，相關部門要堅持綠色發展理念，做好產業規劃布局，引導工業集聚，加強源頭管控，促進服務和管理相結合，進而多措并舉推動地方環境控制質量穩步提升。