企業VOCs污染控制與治理措施分析

王亞明

上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125

1 VOCs的危害

1.1 O3污染

VOCs為大氣中O3（臭氧）的關鍵前體物，VOCs中一半以上的物質可成為光化學反應的載體，通過陽光中的紫外線照射后，大氣中NOb會與其產生光化學反應，而造成二次污染，形成O3、PANs等。由于臭氧的氧化性較強，人體吸入后，其呼吸道黏膜與相關組織將受到嚴重的刺激與破壞，還會對人眼產生較大的刺激。

1.2 細顆粒物污染

細顆粒物主要指的是在空氣動力學下直徑不大于2.5μm的情況下，在空氣中長時間懸浮的顆粒物。相關學者報道，VOCs是大氣中二次氣溶膠活動的直接參與者，細顆粒物是氣溶膠的主要內容，沉降比較困難，在空氣中存留較長時間后，在光線的照射下，導致大氣能見度降低，這就是霧霾天氣形成的過程。

1.3 有毒有害空氣污染

VOCs中包含的有毒有害空氣污染物有重金屬污染物及持久性有機物污染物等。在1990年美國頒布的《清潔空氣法案（修正案）》中，共包含189種有毒有害空氣污染物，而VOCs所占的比例超過了70%。

1.4 惡臭污染

VOCs本身的氣味具有刺激性，會出現惡臭污染。其主要特征表現在含有硫化物或者還原態氮，易揮發，環狀結構低碳式或不飽和低碳等。就目前表現來看，存在特殊臭味的VOCs占據較大比例。

2 當前我國企業在控制VOCs方面仍存在問題

通常而言，VOCs治理設備采用“活性炭吸附+氮氣脫附+冷凝回收”的處理工藝，對廢氣的溫度、濕度比較敏感，比較明顯的是在高溫高濕天氣（特別是高溫天和陰雨天氣）處理效果較差，煙囪排放口的濃度數據普遍偏高，時不時會出現排放超標現象。究其原因，則主要體現在以下兩個方面：

（1）氮氣脫附雖然提高了設備運行的安全性，但脫附和冷凝的效果相對較差，最終影響了活性炭的吸附能力及設備的處理能力。

（2）各套VOCs處理設備的非甲烷總烴排放曲線波動較明顯，特別是周期性出現排放峰值，這個峰值的存在很容易造成排放超標。活性炭罐體具有特殊性，因此每個罐體在脫附完成后，罐體內都會存留有一股含高濃度VOCs的廢氣不能及時排出，在罐體重新投入吸附后會隨同其他廢氣一并進入排氣口，雖然會經過吸附后的干凈空氣混合稀釋，但是也會造成排放口的濃度突然升高導致有超標的風險。

3 國內治理VOCs的主要措施

3.1 以提高設備處理能力為依據所采取的措施

企業VOCs排放源是工業涂裝，排放區域主要涉及涂裝車間，目前企業所有的涂裝油漆車間都配備了VOCs末端治理設備。但通過觀察近2年的運行情況，發現現有的設備在高溫季節，油漆用量超過原有設計使用量前提下仍可能會出現數據不穩現象。由于環保要求提高，油漆車間的產能不斷提高，油漆用量大幅增加，涂裝作業生產經常超過設備的原設計處理能力，達標排放的壓力越來越大，為此亟須對設備進行改造，提升設備處理能力刻不容緩。

（1）以提高現有設備處理能力為原理，在提高現有設備中活性炭的吸附能力的過程中，盡可能地縮短每個單元的脫附時間，具體可從以下兩個方面進行改進：①提高升溫速度，使罐體升溫時間縮短；②降低冷卻液溫度，使罐體降溫時間縮短，同時也可以使活性炭脫附更徹底。對此，根據環科院做的相關試驗，從甲苯和二甲苯在不同溫度中的飽和濃度可以明顯看出，環境溫度越高，甲苯和二甲苯的飽和濃度越高，反之則越低。

（2）當企業在生產過程中涉及設備的運轉與檢修等活動時，可以采用批量生產的形式，以及間歇性生產的措施，對每批生產設備進行檢修。對此，企業必須嚴格控制生產環節中非正常工況產生的污染，防止出現違規排放的情況，并在采取措施后將評估結果匯報給上級部門，并將排放與治理情況公布于公眾平臺，便于群眾監督[1]。

3.2 以濃度為劃分依據所采取的措施

為降低廢氣排放濃度，首要問題是解決廢氣排放溫度，可從以下幾個方面著手改進：采用320℃導熱油鍋爐對廢氣加熱，提高加熱溫度及升溫速度；在現有冷卻系統（常溫水冷，表冷）后面再增加一套冷凍水冷凝系統（深冷），以提高冷凝效果；增加脫附罐冷卻換熱器，利用冷凍機冷媒，對脫附罐進行冷卻，將脫附罐內溫度冷卻至30℃以下；為解決脫附時吸附罐換罐時瞬時超標問題，對設備管路進行調整，換罐時的高濃度廢氣通過單獨管道重新送入設備進風口，通過設備再次吸附處理后排放。

（1）低濃度下治理廢氣的主要措施（小于500mg/m3）。①光催化氧化技術。目前，氧化技術研究較多的就是光催化氧化，通過光照射催化劑，電子躍遷，而生成電子（空穴對），氧化還原與凈化有機廢氣。該技術的優勢在于，無毒化催化，并且在溫度與壓力正常的情況下，反應時的刺激性較小。但是，其不足之處在于催化劑降低的情況下就會失活，會產生較多的副產物，在凈化工藝下，其效率不明顯。②吸附技術。吸附法在氣體凈化中的應用比較廣泛，在VOCs廢氣治理中也較常用。活性炭具有微孔結構且表面積較大，可用于氣體回收。對于多種濃度較低的污染物治理，人們常用活性炭，其價格低廉，所消耗的能量也不高，便于使用，僅需要接觸空氣后便可實現廢氣的治理。但是其不足之處在于，因氣體混合后具有較多的水蒸氣，會減少活性炭使用的有效時間，因此要定期更換，這就增加了回收的成本投入[2]。③低溫等離子技術。該技術主要是以低外加電場為載體，通過介質所釋放出的高能電子，結合揮發性有機物分子后，發生物理與化學反應，從而降解有害氣體。該技術的最佳使用時機為廢氣濃度小于100mg/L，其缺點在于投入較大，成本較高。

（2）中等濃度下治理廢氣的主要措施（500～5000mg/m3）。①燃燒法。該方法又可分為直接燃燒法與催化燃燒法。直接燃燒以廢氣為燃料，對其加熱，直至溫度超過有機溶劑的燃點（760～980℃），然后對其燃燒凈化。該方法在具有較高濃度及較高熱值的廢氣凈化中比較適用，其優勢在于能夠快速徹底實現凈化，并基本不會產生有機副產物。然而，其也有缺陷，在燃燒時由于會產生較高的溫度，可能會帶來一定的風險。催化燃燒技術為在VOCs燃燒溫度較低情況下，使用催化劑進行無火焰燃燒，使氣體分解為水蒸氣與二氧化碳，處理的主要內容為高溫狀態下能夠分解的有機氣體及可燃氣體，其使用較多的是濃度范圍較高且回收價值較小的混合有機廢氣。以上技術優勢在于能夠將燃燒的溫度降低，充分利用能量，由于使用無焰燃燒技術，其溫度不會過高，也不用對空氣進行冷卻處理，可顯著增加熱效。然而以上技術對燃燒條件的要求較高，并且對催化劑的要求也較高。②生物過濾。使用生物降解的技術來處理一些有機物與無機物的有害氣體，能夠科學處理工業生產過程中出現的污染物。該技術的處理效率較高，并且簡單實用，但是去除較難降解及濃度較高的生物比較困難。

（3）高濃度下治理廢氣的主要措施（大于5000mg/m3）。①冷凝法。該方法主要是對VOCs進行回收，主要機理為在溫度與壓力不同的情況下，其飽和蒸氣壓也會有不同的表現，在氣態污染下，可以使溫度降低，并且通過增加壓力來實現一些有機物的凝結，達到VOCs凈化與回收目的。該技術回收純度較高，并且操作方便，輸出后的狀態為液態油，能夠實現直接利用，但該方法需要的溫度條件較低，會耗費大量的電能，與綠色生產不符[3]。②吸收法。該方法的工作方式為在工業生產產生的廢氣中，使用清水或溶液吸收揮發性氣體，從而實現廢氣收集。該方法的使用范圍為濃度較高的廢氣，使用該方法可減少企業的投入，操作比較安全，但是其操作較復雜，需要不斷補充消耗較快的吸收劑。

4 結束語

綜上所述，工業生產中會出現很多具有污染性的廢氣，其中，VOCs排放是一項系統性工程，雖然目前具有很多可用技術，但是技術有利弊，同時各企業的生產和VOCs的排放情況也各不相同，需要根據企業實際情況采取有效的治理與控制措施，以實現企業的治理與經濟相協調的目標。