石化污水場VOCs及惡臭氣體治理系統探討

張 帥 于示林 朱 文 邢傳勝

（中海油節能環保服務有限公司 天津 300456）

引言

揮發性有機物（VOCs）是形成臭氧和PM2.5 的重要前體物，這一觀點越來越得到社會各界的認可，特別是“十四五”期間，我國大氣污染控制已進入了臭氧和顆粒物協同控制的新階段。石化企業揮發性有機物（VOCs）氣體，因為其對環境污染大、對人體傷害大而更受重視，石化企業VOCs 污染問題已成為大氣環境管理重點關注的對象，減少石化企業VOCs 排放已刻不容緩。

1 VOCs 管控要求

從2010 年開始，國家層面開始關注VOCs 治理并陸續出臺了相關政策，據統計，在國家層面的47 個現行固定源排放標準中[1]，涉及VOCs 物質管控的標準有18 個，其中3 個綜合標準，15 個行業標準，而在行業標準中，石化企業標準占據7 個，可以看出國家層面對于石化企業VOCs 排放管控的力度和決心。

隨著生態環境部頒布的《關于加快解決當前揮發性有機物治理突出問題的通知》，國家對揮發性有機物（VOCs）的污染防治管控要求上升了一個新臺階，各個地方和企業都在不斷地加大對揮發性有機物（VOCs）的管控力度，“十四五”期間，我國VOCs 治理任務開始進入到精細化和深度治理階段，各行業針對自身行業特點對VOCs 治理也陸續出臺一系列行業管控措施。石化企業對于VOCs 有組織排放的管理正逐漸提高，但石化企業對于VOCs 無組織排放的管理仍需加快完善，特別是考慮到安全、現場檢查、監管難度等諸多因素，石化企業VOCs 無組織排放管理仍然是企業和政府的一個難題。

2 石化企業污水場VOCs 及惡臭氣體治理系統特點

常見污水場VOCs 及惡臭氣體污染物來源可分為5 類：含硫化合物、含氮化合物、鹵素及其衍生物、含氧的有機物和烴類。石化企業污水廠VOCs 及惡臭氣體成分復雜，其多是污水場區域揮發的以烴類組分為主的廢氣，包含烷烴、烯烴、芳香烴等烴類以及硫化物、H2S 和氨類等。

石化企業污水場VOCs 及惡臭氣排放多屬于無組織排放，隨著國家層面對VOCs 及惡臭氣體的管控措施越來越嚴格，為滿足環保要求，石化企業多需增加治理系統將污水場VOCs 及惡臭氣體排放由無組織排放轉變為有組織排放并能滿足達標排放要求。其治理系統主要由三部分組成：VOCs 及惡臭氣體收集部分、VOCs 及惡臭氣體輸送管路、VOCs 及惡臭氣體治理部分。VOCs 及惡臭氣體收集部分主要是將污水場逸散的VOCs 及惡臭氣體進行加蓋密閉收集，是污水場VOCs 及惡臭氣體治理系統的前段設施，是整個VOCs及惡臭氣體治理系統正常運行達標排放的前提。VOCs及惡臭氣體輸送管路是連接污水場VOCs 及惡臭氣體收集接口和VOCs 及惡臭氣體治理部分的橋梁，是整個系統的中段設施，對整個VOCs 及惡臭氣體治理系統的正常運行起著至關重要的作用。VOCs 及惡臭氣體治理部分是整個VOCs 及惡臭氣體治理系統的末段設施，是確保企業VOCs 及惡臭氣體排放達標的關鍵。

3 污水場VOCs 及惡臭氣體收集方式

污水場VOCs 及惡臭氣體收集的關鍵是確保各收集口密閉，通過采用蓋板、膜等方式將敞開的液面或排放口密閉，阻止VOCs 及惡臭氣體直接逸散到空氣中。目前污水場常用的VOCs 及惡臭氣體收集方式有以下幾種。

（1）簡易式蓋板收集方式

簡易式蓋板材質可為玻璃鋼材質或不銹鋼材質，一般適用于中小型跨度的構筑物池面或排放口。簡易式蓋板安裝簡便，方便觀察設備及構筑物池面或排放口內部情況，但設備檢維修難度較大。

（2）滑軌式蓋板收集方式

滑軌式蓋板材質可分為玻璃鋼材質或耐力板材質，普遍適用于中小型跨度的構筑物池面或排放口，單個蓋板寬度多為2～2.5 m，跨度不大于7 m。滑軌式蓋板安裝、檢修和巡察都較為方便實用，但費用較簡易式蓋板高。

（3）不銹鋼骨架+玻璃鋼蓋板收集方式

不銹鋼骨架+玻璃鋼蓋板多適用于較大型跨度的構筑物池面，它是以不銹鋼材骨架為支撐，以玻璃鋼蓋板將敞開的液面或排放口進行密閉的形式。該收集方式便于安裝、檢修和巡視，但由于不銹鋼骨架與VOCs及惡臭氣體直接接觸，不可避免的會有腐蝕的問題。盡管如此，對于較大型跨度的構筑物池面，該收集方式仍被廣泛采用。

（4）大跨度氟碳纖維反吊膜收集方式

大跨度氟碳纖維反吊膜收集方式主要依據膜材的抗腐蝕性能和抗拉強度大的特點，內部采用輕便的氟碳纖維膜形成罩體將構筑物池面蓋住，外部搭設鋼結構作為支撐使膜材懸吊固定在鋼結構上。這種收集方式避免了鋼結構與腐蝕性氣體直接接觸，延長了整體使用壽命。但該種收集方式使得罩體內部空間較大，致使設計規模較大，總體投資費用較高。

石化企業污水場多由集水池、污油池、浮渣池、調節池、隔油池、氣浮池、A/O 池等部分組成，其VOCs 及惡臭氣體的排放口尺寸不一。因此應結合現場實際情況，同時考慮人員操作、維修、造價等因素，合理選擇最優收集方式。無論采用何種氣體收集方式，確保密閉收集是關鍵。

（5）浮動頂蓋技術

浮動頂蓋技術是一種新型的源頭治理技術，是通過對液面的覆蓋，從源頭減少VOCs 及惡臭氣體的排放。浮動頂蓋會在液面上“自組合”，在液面上形成覆蓋層，使液體沒有“氣相空間”或“蒸發空間”，通過物理覆蓋方式減少揮發面積，從而減少VOCs 及惡臭氣體向空氣中的逸散。

4 污水場VOCs 及惡臭氣體輸送管路

污水場VOCs 及惡臭氣體輸送管路主要有架空式和地埋式，輸送管路長度因項目各異有所不同，氣體收集主管路與各個收集口的連接管路間形成分支管路，其輸送管路材質多見于玻璃鋼、碳鋼和不銹鋼。為了便于維修，各收集口通常設置有手動或電動閥門，確保檢修時可獨立于其它排放口。

確保管路暢通是污水場VOCs 及惡臭氣體輸送管路的基本要求，氣體輸送管路上的閥門、儀表、阻火器、管路摩阻及液阻等對整個管路暢通影響較大，這些在設計和選型時都應重點考慮，以確保VOCs 輸送管路暢通。

5 污水場VOCs 及惡臭氣體治理技術

污水場VOCs 及惡臭氣體治理的主要目的是確保各控制指標能夠達標排放。目前常用治理技術可分為兩大類。一類是回收工藝為主的VOCs 回收技術，該技術包括吸附技術、吸收技術、冷凝技術、膜分離技術[2]，它主要物理過程，最終是將VOCs 從混合氣體中剝離出來回收利用；一類是以銷毀工藝為主的VOCs 銷毀技術，該技術包括催化燃燒技術、熱力燃燒技術、直接燃燒法、高效燃燒技術、生物技術、等離子體技術、光催化技術[3]，它主要是化學過程，最終是將VOCs 轉變為其它物質從而達標排放。各種技術比較如表1。

表1 不同技術對比分析

因常規治理技術技術較為成熟，這里重點介紹高效燃燒技術。高效燃燒技術采用預混技術，根據廢氣特點設計有機氣體、助燃氣、空氣的配比，將有機氣體、助燃氣、空氣預混后經特制的金屬纖維燃燒器充分燃燒，從而保證廢氣達標排放。該燃燒器采用表面燃燒技術，燃燒頭具備防回火特點。有機氣體、助燃氣、空氣三者混合好的廢氣通過燃燒頭內的細孔之后，被分散成數以百萬計的小氣流，在燃燒頭表面燃燒，每一個小細孔都是一個噴射口，向外噴出廢氣，使火焰很難逆細孔回燒，這樣就使燃燒頭可以提供良好的防回火功能，保證燃燒頭表面總是接近環境溫度。該技術具有占地面積小、可燃物去除率高、操作彈性大的優點。同時高效燃燒技術與常規燃燒技術的原理完全不同。高效燃燒技術系統本身不限制入口油氣濃度和油氣組分。而熱力燃燒技術和催化燃燒技術都需要燃燒器入口將油氣濃度控制在8g/m3以內，如果超過該濃度，在反應室內（封閉式）的氣體極易發生爆燃類燃燒，可能導致燃燒室內部氣體急劇膨脹，發生爆炸危險。而高效燃燒系統為開放式燃燒器，燃燒器采用預混式結構，在燃燒發生前，需要將廢氣、空氣和助燃氣通過配比混合至可燃濃度范圍內，因此，高效燃燒技術對入口濃度沒有限制，燃燒室為開放式對空排放，不存在受限空間，也就不存在氣體體積膨脹造成設備爆炸的風險。

以上技術各有各的最佳適用條件，雖然回收技術和銷毀技術在污水場VOCs 及惡臭氣體治理過程中都發揮了一定的作用，但隨著環保政策趨嚴，單一的治理技術并不能夠滿足達標要求，多種技術綜合處理VOCs 及惡臭氣體排放的廢氣已經成為未來發展的一種趨勢。

常見石化企業污水場VOCs 及惡臭氣體排放口可分為2 類：一類是風量小、濃度高的排放口，如含油污水池及進口、隔油池等，此類排放口排放的VOCs 及惡臭氣體呈現“量小濃度高”的特點，在回收價值不高且保證持續達標排放的前提下，建議最后一級采用高效燃燒技術以確保達標排放。另一類是風量大、濃度低的排放口，如污泥干化間、生物池等。此類排放口排放的VOCs 及惡臭氣體呈現“量大濃度低”的特點，在后期維護費用少且保證持續達標排放的前提下，建議最后一級采用生物技術以確保達標排放。

結語

（1）污水場VOCs 及惡臭氣體的收集方式、輸送管路和治理技術是VOCs 及惡臭氣體治理系統不可分割的三大組成部分。密閉、暢通和達標是各個部分的基本要求。

（2）企業在投資新建或改造VOCs 及惡臭氣體治理系統時，在氣體收集方式、氣體輸送管路及氣體治理技術上認真推敲，并且從技術和經濟上合理選擇，避免投資浪費，以期篩選出最優可行技術方案。

（3）針對污水場廢氣排放口排放的呈現“量小濃度高”的VOCs 及惡臭氣體，在回收價值不高且保證持續達標排放的前提下，建議最后一級采用高效燃燒技術以確保達標排放。針對污水場廢氣排放口排放的呈現“量大濃度低”的VOCs 及惡臭氣體，在后期維護費用少且保證持續達標排放的前提下，建議最后一級采用生物技術以確保達標排放。

（4）確保治污設施正常運行。企業應加強廢氣收集，科學規劃設計氣體收集輸送管路，優選密閉設備，做到“應收盡收”。同時加強治理設施維護，建立完善VOCs 及惡臭氣體治理臺賬，確保“應治盡治”。

（5）強化員工培訓。企業應加強員工VOCs 及惡臭氣體業務培訓，采取線上與線下相結合、實踐與理論相結合等模式，全面提升企業各級VOCs 及惡臭氣體管理人員能力和業務水平。