化工行業揮發性有機物（VOCs）排放治理淺析

李衛東

（南昌市生態環境監測中心，江西 南昌 330038）

引言

化工產品的原材料和輔料多為各種化學物品，在生產時通常會產生揮發性有機物（VOCs），并且種類繁多，排放量大[1]。此類物質揮發進入空氣后與各類物質發生反應，會對環境造成污染，因此，對化工行業VOCs排放進行有效治理，有利于改善區域范圍內的大氣環境，維護人民身體健康，推動化工行業的綠色可持續發展。

1 化工行業揮發性有機物（VOCs）概述

1.1 定義

VOCs是標準氣壓下飽和蒸氣壓超過133.32 Pa，沸點在50～260 ℃的有機物的總稱，其具體類型多達三百多種，包括含氧有機化合物、含硫有機化合物、非甲烷碳氫化合物等[2]。VOCs有固體和液體兩種形態，均具有易揮發的特性，揮發后可參與大氣光化學反應及臭氧的形成，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主要來源于工業生產，尤其是化工行業，包括石油化工、煤化工等。在許多化工產品的生產、運輸、儲存及使用過程中都可能產生VOCs排放，造成較大的污染問題，例如農藥、油漆、膠粘劑、涂料等。在化工產品生產過程中，其化學原料通常需要經過分離、合成、蒸餾、成型等加工環節，操作過程中有較多的VOCs廢氣排出。在化工產品的物料轉移運輸過程中，通常需要更換存儲器具，如果使用的各種管線、設備、儲存器具密封失效，則會造成VOCs物料泄漏、揮發并造成污染[3]。此外，若工作人員操作不規范，導致出現滴、漏、冒等事故時，也會造成VOCs的泄露和揮發。

2 化工行業揮發性有機物（VOCS）排放治理技術

2.1 物理、化學治理技術

2.1.1 吸收法

吸收法是目前工業生產中常用的污染物排放治理措施，是指利用柴油、煤油等各種不揮發或低揮發的物質作為吸收劑，利用吸收劑與VOCs物質之間的物理性質差異，分離、吸收污染物質，有效凈化有害廢氣，減少化工行業的排放污染。例如，含氮有機物揮發后產生的污染物質，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生還原反應，清除有害物質，達到良好的吸收效果。化工企業可針對自身產品類型，分析生產過程中產生的VOCs類型和排放情況，建造吸收塔，用吸收劑對排放的廢氣進行處理，確保化工生產排放符合國家相關標準規范，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或液態的排放物中，利用吸附特性將其中的有毒、有害物質吸附在一起，待吸附劑飽和后進行脫附處理，將有害物質分離出來，從而達到良好的凈化效果。吸附法也是當前化工企業應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。活性炭表面孔狀結構有良好的吸附、過濾效果，將其應用于硫化氫類排放物吸附處理中，能夠有效實現脫硫，其吸附性能優良，且容量大，能夠達到較為理想的凈化效果。活性炭對碘代甲烷的吸附率也可達到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。沸石表面有復雜的孔狀結構，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，使其與無害物質分離。目前，纖維合成材料也成為化工企業廢氣處理中的常用材料，其傳質速率強，可有效分離出廢氣中的有毒物質。吸附法具有耗能低、工藝成熟等優勢，但也存在一些不足。例如需要對吸附劑進行再生處理，通常采用高溫加熱對其進行解析，清除吸附劑中的有害物質，使其從飽和狀態恢復到可利用狀態，實現資源的重復利用，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，破壞有毒有害物質的C-C鍵、C-H鍵，使其發生置換反應，分解消除有害物質，將VOCs物質轉化為水、二氧化碳等無機物。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，處理含苯的有機廢氣時，可采用脈沖電暈法進行治理，設定140 kV電壓實施混合電暈，對廢氣中的苯的清除率可達到82%以上[5]。此外還可利用熱等離子體進行PFCs裂解，其具有處理效率高、污染物清除率高、操作簡單等優勢，可有效破壞有毒有害污染物，并將其轉化為無害物質。該法缺陷在于治理成本較高，推廣較為困難，仍有待進一步優化完善。

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，該法利用風機將工業生產中排出的廢氣吸入靜電油煙凈化裝置中，使其在均流板上進行機械碰撞。在高壓靜電場的作用下，氣體中的有機污染物被降解或捕集，從而實現對廢氣的凈化處理。高壓靜電場可使氣體發生電離，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，被集中在正負極板上，并隨著積累的數量增多而下流到集油槽，經由管道排出。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、安全系數高等優勢，配合水噴淋等裝置，可達到更好的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氣體分離，將廢氣中的VOCs物質分離出來，達到凈化治理的目的。膜分離法常用于天然氣提純工作中，在VOCs廢氣治理中也能達到良好效果，可實現對VOCs的回收，具有操作簡單便捷、能源消耗低、回收率高的優勢，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、膜元件等多種設備材料，不僅設備成本高，維護保養也較為困難，容易出現構件污染、進出口堵塞等問題，使用時需進行全方位清洗，才能維持設備的穩定運行，其維修養護的資金成本、人工成本消耗較大。

2.2 生物治理技術

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污染物進行氧化分解，通過生物代謝使其轉變為水、二氧化碳等無害物質，從而達到消除污染的目的，具有成本低、操作簡單、應用范圍廣等優勢。采用生物治理技術處理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化為液相；其次需要控制液體中有機污染物的濃度，使其更好地滲透進生物層中，利用生物層中的各種微生物和活性物質對污染物進行分解吸收；最后，經過微生物代謝后的有機污染物被降解，轉化為對環境無害的無機物，即可將其排出。目前生物處理技術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、有機堆肥等物質建立一個生物濾池，將化工生產過程中產生的廢氣經過初步處理后送入濾池中，進入含有豐富微生物的有機填料層，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。相關研究發現，采用生物濾池處理含苯乙烯的廢氣時，進氣濃度為200～800 mg/m3，清除苯乙烯的最高速率可達到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，溶解有機污染物，將其轉化為液態并進入含有豐富活性物質的污泥池中，有效清除其中的有害物質。

3 化工行業揮發性有機物（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鍵，VOCs排放主要來源于化工生產中的各種原料和輔料。化工產品的原料和輔料在各種加工工藝和化學反應下生成VOCs，并在生產、運輸、使用的過程中發生揮發、泄露，進而產生污染。受到治理技術、治理成本等各方面因素限制，目前化工行業的VOCs排放治理情況并不理想，為了降低污染物排放治理的負擔，相關企業應從源頭上降低化工產品原料、輔料的VOCs含量，采用高固含量涂料、水性涂料等低反應活性、VOCs含量低的環保材料，從源頭上實現減排。例如，采用水性油墨代替油性油墨。水性油墨無需采用有機溶劑進行稀釋，VOCs含量低，可有效減少有機污染物排放，環保性更強。化工行業應積極推行綠色生產、清潔生產理念，加強推廣各種低VOCs含量或不含VOCs的環保型原料、輔料，做好對排放源頭的管控。但目前行業中VOCs含量低的原輔材料替代品明顯不足，推廣范圍也不夠大，實現化工行業的綠色生產、清潔生產仍有很長的路要走，相關人員仍需加強對低污染化工原輔料替代品的研發，從源頭上減少有機污染物的生成。

3.2 加強對治理工藝的優化改造

除了源頭控制之外，加強末端治理也非常重要，化工企業應當堅持綠色生產及可持續發展理念，重視VOCs排放治理工作，積極優化更新治理技術和設備設施，提高治理效率與質量，嚴格將污染物排放量控制在國家規定的標準范圍之內，做到“應收盡收”，盡可能地降低化工生產中的廢氣、廢水對環境的污染和破壞。企業應對自身VOCs的排放類型、數量、濃度等有明確的認知，針對VOCs排放特性，將各種類型的有機污染物處理技術進行對比，選擇治理效率高、效果好、運行成本較低的治理技術，并制定科學的治理計劃，有組織、有計劃地進行VOCs的排放和處理。考慮到技術和成本問題，化工企業可積極與第三方專業排污治理公司展開合作，借助其先進的技術手段優化VOCs排放治理方案，對效率低、性能較差的治理技術進行升級和改造，可將單一治理技術升級為組合式的排污治理系統，實現優勢互補和效率最大化，從而有效控制區域內的VOCs整體排放量，改善大氣環境。

3.3 加強排放監管

化工企業的生產工藝復雜，許多環節都可能出現VOCs排放，導致VOCs排放治理的難度較大，治理成本高，工作內容繁雜。部分化工企業由于管理理念、能力、技術、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，許多排污環節缺乏合理的治理設施和控制機制，使得污染物直接排放至自然環境中，造成嚴重污染。無組織排放是當前化工企業VOCs排放的顯著特征[6]。相關監管部門應當加強對化工企業無組織排放的管理，要求企業嚴格把控各個排污環節，有組織、有計劃地將VOCs污染物進行集中處理、集中排放，對整個化工產品生產過程進行全面控制。監管部門應成立專門的監管小組，對管理范圍內的化工企業進行全方位盤查，及時發現無組織VOCs排放問題，并監督、協助企業進行整改，列出生產過程中的每一處污染物泄漏源，要求企業及時修補漏洞。監管部門應鼓勵企業升級VOCs排放治理系統，加強工藝技術的優化改造，使各化工企業都能嚴格遵守國家和地方相關法規的要求，保障VOCs排放的密閉性，以便于集中進行凈化處理，減少有機污染物的逸散揮發。

3.4 加強教育培訓

企業管理人員對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。部分化工企業管理者對VOCs的危害缺乏足夠認知，未意識到VOCs無組織排放對氣候環境和人體健康的巨大影響；也有部分企業管理者缺乏足夠的社會責任意識和正義感，為了追求更高經濟效益，降低生產成本，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，但對各種先進治理技術缺乏了解，設備和技術陳舊落后，導致治理效率低下。針對上述問題，相關監管部門應加強對化工企業管理者的教育培訓，增強其VOCs排放治理意識、法律意識和社會責任意識，并提高企業管理者對相關先進治理技術的了解程度。此外，化工企業內部也應加強宣傳、教育和培訓工作。

4 結語

總而言之，化工行業的生產類型廣泛，生產過程復雜，產品多種多樣，涉及VOCs排放的環節較多，加強VOCs排放治理非常具有必要性。各類化工企業需針對自身產品類型、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，制定治理方案。監管部門也需重視對化工企業VOCs排放治理情況的監督管理，加強教育培訓。此外，還需要加強對低VOCs含量原輔料的研發與推廣，加強對治理技術的優化改造，以切實降低VOCs排放量和治理成本，實現綠色生產。