鞋材行業(yè)VOCs 廢氣治理技術(shù)分析與應(yīng)用

摘要：鞋材行業(yè)排放的VOCs 廢氣由于含有高揮發(fā)性的苯類、二甲苯、非甲烷總烴等有機物，對大氣環(huán)境的危害較大，因此鞋材行業(yè)VOCs 廢氣治理不容忽視。從排放源頭上進行分析處理，通過梳理鞋材行業(yè)VOCs 廢氣治理常見技術(shù)，以及通過具體的案例闡述當(dāng)前鞋材行業(yè)VOCs 廢氣處理中存在廢氣未完善收集、無法正常達標(biāo)排放的情況，設(shè)計并采用“集氣罩+ 干式過濾+ 活性炭吸附+ 催化燃燒裝置”的技術(shù)方法，促使在相對較低的高溫下實現(xiàn)對VOCs 廢氣的無害化處理，為鞋材行業(yè)VOCs廢氣治理提供技術(shù)建議。

關(guān)鍵詞：鞋材行業(yè)；VOCs 廢氣；污染；治理技術(shù)

由于鞋材行業(yè)生產(chǎn)涉及上膠、烘干、底破（鞋底清潔）、貼合工序等過程，因而在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生一定的有機廢氣。其中，揮發(fā)性有機（VOCs）廢氣是當(dāng)前鞋材行業(yè)排放的主要廢氣類型，如果不能對其不進行有效收集、處理，使其揮發(fā)到大氣中，極易對大氣環(huán)境產(chǎn)生較大的污染。受政策要求和污染防治工作需要影響，鞋材行業(yè)采取了相應(yīng)的治理技術(shù)對VOCs 廢氣進行處理，但就其技術(shù)應(yīng)用來看，活性炭吸附因其設(shè)備投資相對少被廣泛應(yīng)用。

目前來看，采用活性炭吸附技術(shù)治理鞋材行業(yè)VOCs 廢氣存在較大弊端。隨著活性炭吸附的飽，需要定期對設(shè)備進行更換或脫附處理，不僅會產(chǎn)生不容忽視的、較高的設(shè)備更換或處理成本，而且VOCs 廢氣濃度與濕度也會對凈化效率產(chǎn)生影響，因此急需科學(xué)且合適的治理技術(shù)方案對鞋材行業(yè)VOCs 廢氣進行有效治理。隨著催化燃燒、冷凝法、膜分離等方法[1]，以及新技術(shù)或綜合性技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，為鞋材行業(yè)內(nèi)的企業(yè)依據(jù)自身的情況來選擇相應(yīng)的VOCs 廢氣治理技術(shù)方案提供了空間，既可增強鞋材企業(yè)VOCs 廢氣處理效果，又可實現(xiàn)鞋材行業(yè)VOCs 廢氣治理目標(biāo)。

1 鞋材行業(yè)VOCs 廢氣污染危害及治理現(xiàn)狀

1.1 VOCs 廢氣污染危害

鞋材行業(yè)生產(chǎn)過程中，由于會使用較多的染料、膠粘劑、清洗劑，因而導(dǎo)致制作過程中產(chǎn)生了大量的VOCs 廢氣，如果直接排放不僅會給大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染，也會對人類的健康產(chǎn)生影響，如會使人類患上呼吸道疾病或?qū)θ梭w神經(jīng)系統(tǒng)造成損害，同時也會對植物、動物生長產(chǎn)生負面影響[2]。因此，為保障環(huán)境安全及人類健康，鞋材行業(yè)作為VOCs 廢氣產(chǎn)生的主要行業(yè)之一，應(yīng)高度重視VOCs 廢氣治理及治理成效。

1.2 VOCs 廢氣污染治理現(xiàn)狀

隨著當(dāng)前對VOCs 廢氣治理的不斷重視，國家相繼推出了一系列的法律法規(guī)及相應(yīng)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)來遏制這類廢氣的排放[3]。就治理技術(shù)來看，催化燃燒、吸附、膜處理、光氧化等技術(shù)目前取得的進展較多，新技術(shù)或綜合性技術(shù)也相繼涌現(xiàn)。由于每種治理技術(shù)都具有其自身的特點，因而鞋材行業(yè)內(nèi)的企業(yè)在對VOCs 廢氣進行治理時，可依據(jù)企業(yè)情況來選擇合適的治理技術(shù)方案[4]。

受VOCs 廢氣成分較為復(fù)雜影響，單一的處理技術(shù)往往難以滿足治理需求。就對部分鞋材企業(yè)的調(diào)研情況來看，雖然國家出臺了相應(yīng)的VOCs 廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，但企業(yè)在實際的運行過程中VOCs 廢氣排放并不能完全達到應(yīng)有的排放標(biāo)準(zhǔn)。如，部分鞋材企業(yè)的VOCs 廢氣治理設(shè)備相對落后，也沒有采納綜合性技術(shù)工藝，使得VOCs 廢氣治理不徹底、不達標(biāo)，而且有些治理工藝還會造成二次污染，達不到國家政策提倡的綠色化、環(huán)保化要求。因此，鞋材行業(yè)在VOCs 廢氣治理技術(shù)選擇過程中應(yīng)考慮VOCs 廢氣的排放濃度、成分及治理運行成本等因素，并結(jié)合當(dāng)前VOCs 廢氣防治設(shè)施治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、要求，引進、使用綜合性處理技術(shù)，形成切實有效的治理方案，達到VOCs 廢氣高效處理的目的及凈化要求，同時降低處理成本，以增強對鞋材行業(yè)VOCs 廢氣的整體治理效果。

2 鞋材行業(yè)VOCs 廢氣治理常見的技術(shù)

鞋材行業(yè)VOCs 廢氣主要來源于生產(chǎn)過程中，治理時需要先對VOCs 廢氣成分、濃度、排放特征進行分析，再選擇治理技術(shù)。目前來看，VOCs 廢氣已經(jīng)形成了10 多種治理技術(shù)，原理都是通過吸附、分解，氧化等物理和化學(xué)的方式來進行VOCs 廢氣的治理[5]。本文對鞋材行業(yè)VOCs 廢氣治理常見的技術(shù)及要點歸納如下。

2.1 等離子體凈化

等離子體凈化是指利用等離子體技術(shù)對廢氣進行凈化處理。等離子體是一種高能量電離氣體，可對廢氣中的有害物質(zhì)進行分解和氧化，并將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，因此等離子廢氣凈化技術(shù)具有高效、安全、節(jié)能等優(yōu)點，成為目前環(huán)境凈化領(lǐng)域的熱門技術(shù)之一。雖然適用范圍廣，但等離子體凈化設(shè)備投資較高，在含水、含塵、VOCs 廢氣濃度較高的密閉空間中使用容易發(fā)生爆炸，因此不適宜處理易燃易爆的氣體。

2.2 RTO 蓄熱焚燒爐

RTO 蓄熱焚燒爐是一種采用蓄熱陶瓷進行熱量回收的焚燒設(shè)備。VOCs 廢氣經(jīng)預(yù)熱室吸熱升溫后，廢氣會進入燃燒室溫度維持在800℃左右的高溫焚燒區(qū)，使有機物被高溫氧化成二氧化碳和水；之后經(jīng)過另一個蓄熱區(qū)，在陶瓷蓄熱體蓄存熱量后被直接排放。相較于傳統(tǒng)的VOCs 廢氣處理設(shè)備，RTO 蓄熱焚燒爐的設(shè)備成本較高，需要較大的投資，且能源消耗大。此外，RTO 蓄熱焚燒爐的操作和維護專業(yè)性較強，需配備專門的技術(shù)人員進行操作和維護。

2.3 UV 光解凈化+ 活性炭吸附

UV 光解是利用紫外光激發(fā)光催化劑，產(chǎn)生羥基自由基在內(nèi)的強氧化劑，將VOCs 廢氣中的有機物質(zhì)氧化分解為無害物質(zhì)的過程。活性炭是一種具有多孔性、高比表面積和良好吸附性能的炭材料，當(dāng)VOCs 廢氣通過活性炭層時，廢氣中的有機物質(zhì)會被活性炭吸附，從而實現(xiàn)廢氣的凈化。“UV 光解凈化+ 活性炭吸附”技術(shù)將UV 光解和活性炭吸附2 種技術(shù)相結(jié)合，既能利用UV 光解的光催化作用，又能充分發(fā)揮活性炭的吸附性能，實現(xiàn)VOCs 廢氣的深度處理，但存在光氧化光電轉(zhuǎn)換效率低、反應(yīng)裝置有效光輻射能量普遍不足的問題，應(yīng)用于工業(yè)VOCs 廢氣處理時，具有處理效率較低、反應(yīng)產(chǎn)物不明等缺點。

2.4 沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+ 脫附+ 催化氧化燃燒

沸石轉(zhuǎn)輪是一種吸附濃縮設(shè)備，利用自身高吸附效率及脫附快的優(yōu)勢把高風(fēng)量低濃度的VOCs 廢氣濃縮成低風(fēng)量高濃度的VOCs 廢氣，從而降低設(shè)備投資費用和運行成本，實現(xiàn)VOCs 廢氣處理的經(jīng)濟性。“沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+ 脫附+ 催化氧化燃燒”技術(shù)利用“吸附- 脫附- 冷卻”3 個分區(qū)循環(huán)運行模式，先用大風(fēng)量的吸附風(fēng)機把車間內(nèi)的VOCs 廢氣收集至過濾箱內(nèi)過濾掉大顆粒物質(zhì)；再經(jīng)過沸石轉(zhuǎn)輪吸附，將通過沸石轉(zhuǎn)輪吸附處理的氣體直接排放；之后吸附了大量VOCs 的沸石轉(zhuǎn)輪進入高溫脫附區(qū)時，用溫度約220 ℃的小風(fēng)量熱空氣氣體將沸石轉(zhuǎn)輪上的VOCs 分子脫附出來轉(zhuǎn)換成高濃度VOCs 廢氣，濃縮倍數(shù)一般為5～30 倍；吸附完成后利用脫附風(fēng)機將高濃度VOCs 廢氣送入后端的CO 系統(tǒng)或RTO 系統(tǒng)進行燃燒處理，氧化產(chǎn)生的高溫氣體經(jīng)過換熱后作為再生空氣使用，達到節(jié)能效果。因此，這種VOCs 廢氣治理技術(shù)處理效率高、運行穩(wěn)定。

3 VOCs 廢氣治理技術(shù)在鞋材行業(yè)中的應(yīng)用

3.1 VOCs 廢氣產(chǎn)生環(huán)節(jié)

A 公司是一家主要從事鞋底和拖鞋生產(chǎn)加工的企業(yè)，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)生廢氣環(huán)節(jié)如圖1所示，生產(chǎn)過程中主要產(chǎn)生廢氣工序為射出成型、定型階段、處理劑清潔、照射劑照射、上膠烘干、貼合階段，如果不經(jīng)相應(yīng)的設(shè)備處理，VOCs 廢氣直接排放就會對環(huán)境造成較大污染。

3.1.1 射出成型工序廢氣

射出成型工序是在鞋底生產(chǎn)車間作業(yè)，射出成型溫度為160～180 ℃，采用電加熱，射出設(shè)備密封性好，基本處于密閉狀態(tài)，由于EVA粒料熱分解溫度在230～250 ℃，基本不發(fā)生原料的熱分解反應(yīng)。因此，VOCs 廢氣主要在開模出料時排放，主要污染物為非甲烷總烴。

3.1.2 處理劑清潔工序廢氣

A 公司在鞋材生產(chǎn)過程中對鞋材進行處理劑清潔時，使用處理劑的過程會產(chǎn)生VOCs廢氣，主要為處理劑在擦洗過程中揮發(fā)出的VOCs 廢氣。因此，根據(jù)使用原料的組成成分，處理劑清潔工序VOCs 廢氣主要污染物為乙酸乙酯、非甲烷總烴。

3.1.3 照射劑照射、膠水烘干、貼合工序廢氣

根據(jù)A 公司鞋材生產(chǎn)工藝流程，鞋底照射后，需上膠水，并進入烘干機使用電加熱烘干，烘干溫度保持在 50 ℃左右，之后進行貼合，因此這些工序產(chǎn)生的VOCs 廢氣主要污染物為非甲烷總烴。

3.2 改進前的治理技術(shù)

A 公司原VOCs 廢氣治理技術(shù)為“集氣罩+ 活性炭吸附”，技術(shù)原理是生產(chǎn)過程中VOCs 廢氣經(jīng)集氣罩管道收集后排入活性炭設(shè)施后通過排氣筒排放，主要利用活性炭的孔狀結(jié)構(gòu)達到對廢氣的有效吸附。這種方式對VOCs 廢氣的處理效果雖然較好，但是需對活性碳進行定期更換，導(dǎo)致企業(yè)VOCs 廢氣治理成本增大；同時，如果脫附過程不徹底，還會造成一定程度的環(huán)境污染。

3.3 改進后的治理技術(shù)

隨著環(huán)保政策和污染排放標(biāo)準(zhǔn)對廢氣達標(biāo)排放的要求越來越高、越來越嚴(yán)格，成分較復(fù)雜的鞋材行業(yè)VOCs 廢氣達標(biāo)排放備受重視。由于采用單一的活性炭吸附治理技術(shù)很難達到排放標(biāo)準(zhǔn)要求，多種技術(shù)混合應(yīng)用有利于針對不同濃度、不同成分的VOCs 廢氣進行有效的處理，因此A 公司針對其VOCs 廢氣治理要點進行工藝改進，選擇采用“集氣罩+ 干式過濾+活性炭吸附+ 催化燃燒裝置”的治理技術(shù)對VOCs 廢氣進行處理。改進前后的VOCs 廢氣治理技術(shù)對比如表1 所示。

由表1 可以看出，“集氣罩+ 干式過濾+活性炭吸附+ 催化燃燒裝置”的方式不僅適合各類濃度成分復(fù)雜的鞋材行業(yè)VOCs 廢氣的治理，對于活性炭處理不徹底的VOCs 廢氣也能夠?qū)嵤┐呋紵姆绞皆俅翁幚恚瑫r不會產(chǎn)生活性炭脫附處理的二次污染，不僅處理效率相對較高，而且長期使用也有利于企業(yè)成本的降低。

3.4 改進后的技術(shù)工藝流程

A 公司排放的VOCs 廢氣相對復(fù)雜，但由于其生產(chǎn)過程中主要的廢氣來源于上膠、烘干、底破、貼合等過程，濃度變化的區(qū)間具有可控性，因此可在這一過程中先對VOCs 廢氣進行收集，然后再進行處理。改進后的VOCs 廢氣治理技術(shù)工藝如圖2 所示，在“集氣罩+ 干式過濾+ 活性炭吸附+ 催化燃燒裝置”的工藝過程中，收集的VOCs 廢氣進入干式過濾箱；之后進入活性炭吸附床吸附，再通過催化床燃燒器進行整體的處理；在催化劑的作用下，有機物在燃燒器中被氧化分解，VOCs廢氣得到凈化。

3.5 治理效果

A 公司改進治理技術(shù)工藝后的VOCs 廢氣排放前后濃度變化如表2 所示，其中工藝改進后凈化率在高濃度時段為95.38%、中濃度時段為97.64%、低濃度時段為99.41%，均達到了95% 以上。與改進前的凈化效率相比，改進后高濃度時段凈化效率提升了12.82%、中濃度時段提升了7.24%、低濃度時段提升了6.74%。改進治理技術(shù)工藝后A 公司VOCs 廢氣經(jīng)治理后滿足達標(biāo)排放要求，且無害化處理效果更好。

4 結(jié)束語

綜上所述，鞋材行業(yè)VOCs 廢氣的成分相對復(fù)雜，需根據(jù)廢氣濃度、成分、治理運行成本等來進行綜合狀況的分析與選擇更為合理的治理技術(shù)。案例A 公司依據(jù)企業(yè)自身的VOCs廢氣排放情況對VOCs 廢氣治理技術(shù)進行了改進與優(yōu)化，使得VOCs 廢氣處理凈化效果更好，不僅降低了VOCs 廢氣不達標(biāo)排放對環(huán)境的污染，而且治理后也不存在二次污染的情況。因此，不同行業(yè)的VOCs 廢氣治理，都可根據(jù)行業(yè)污染防治技術(shù)要點來進行實際的工藝技術(shù)選擇，提升VOCs 廢氣治理效率， 減少有害氣體對大氣環(huán)境的污染，改善空氣質(zhì)量，為生態(tài)環(huán)境保護作出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻

[1] 陳東，陳軍輝，姜濤，等.催化燃燒工藝在制藥行業(yè)VOCs廢氣治理中的應(yīng)用[J].浙江化工，2024，55（2）：48-54.

[2] 楊昕蒙.揮發(fā)性有機廢氣處理系統(tǒng)改造工程實例分析[J].肇慶學(xué)院學(xué)報，2023，44（5）：29-32.

[3] 康怡，賀亞楠.大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機廢氣污染特征與治理方案研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2023，48（4）：61-65.

[4] 楊旭，王濤，王翼鵬，等.沸石轉(zhuǎn)輪+RTO工藝在低濃度VOCs廢氣治理中的應(yīng)用[J].中國資源綜合利用，2022，40（12）：88-90.

[5] 溫文婷.大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機廢氣治理技術(shù)略論[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2022（10）：73-76.

作者簡介

李東陽（1984—），男，漢族，福建南安人，工程師，碩士，研究方向為環(huán)境污染治理。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-10-15