廈門(mén)市塑料制品行業(yè)VOCs污染治理現(xiàn)狀及展望

華林香

（廈門(mén)境益佳環(huán)保科技有限公司，福建 廈門(mén) 361021）

揮發(fā)性有機(jī)物（VOC s）是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或20 ℃下蒸汽壓≥01 kPa，或者特定條件下具有揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物的統(tǒng)稱(chēng)，除本身具有污染外，VOCs也是產(chǎn)生臭氧、形成細(xì)顆粒物的重要前體物，是造成城市光化學(xué)污染及灰霾的主要原因之一[1]。塑料制品行業(yè)在廈門(mén)市現(xiàn)狀為規(guī)模小、數(shù)量多，隨著國(guó)家、福建省、廈門(mén)市相關(guān)VOCs環(huán)保法規(guī)、政策的出臺(tái)，調(diào)研廈門(mén)市塑料制品行業(yè)VO Cs治理現(xiàn)狀、發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，進(jìn)而規(guī)范塑料制品行業(yè)采取有效的有機(jī)廢氣治理措施已經(jīng)迫在眉睫。

1 行業(yè)生產(chǎn)與污染物的產(chǎn)生

1.1 生產(chǎn)工藝

（1）塑料制品行業(yè)（本文所討論僅含塑、擠塑、吸塑、吹塑、滾塑等塑化擠出工序，不含噴漆、印刷等其他產(chǎn)生VOCs工序的塑料制品企業(yè)）生產(chǎn)一般包括原輔料烘干、拌料、塑化擠出成型、修邊、品檢、邊角料和次品的破碎等幾個(gè)工藝過(guò)程。

（2）塑料制品行業(yè)企業(yè)使用的主要原輔材料包括ABS、AS、PP、PC、PA6、PMMA、POM等工程塑料米、色母粒/色粉、玻璃纖維、增塑劑等含VOCs的材料。

（3）塑料制品行業(yè)企業(yè)所用能源主要為電力、自來(lái)水。

1.2 VOCs廢氣的產(chǎn)生

塑料制品行業(yè)產(chǎn)生VOCs的主要環(huán)節(jié)為塑化擠出（包括注塑、擠塑、吸塑、吹塑、滾塑等）工序，該工序的熔融溫度普遍控制在200 ℃以下，低于ABS、AS、PP、PC等工程塑料的分解溫度，但由于ABS、PP等均為高分子有機(jī)物的聚合物，在實(shí)際生產(chǎn)中，難免會(huì)因加熱不均等原因?qū)е律倭克芰蠁误w揮發(fā)出來(lái)，形成低濃度、大風(fēng)量的有機(jī)廢氣。

根據(jù)《排放源統(tǒng)計(jì)調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊(cè)》（公告2021年第24號(hào)）中《工業(yè)源產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊(cè)》中的“292塑料制品行業(yè)系數(shù)手冊(cè)”，塑料制品行業(yè)塑化擠出工序VOCs產(chǎn)污系數(shù)根據(jù)細(xì)分行業(yè)的不同，各產(chǎn)污系數(shù)如下：塑料薄膜制造（原料名稱(chēng)：樹(shù)脂、助劑，工藝名稱(chēng)：配料-混合-擠出）VOCs產(chǎn)污系數(shù)為2.50 kg/t-產(chǎn)品；塑料板、管、型材制造（原料名稱(chēng)：樹(shù)脂、助劑，工藝名稱(chēng)：配料-混合-擠出）VOCs產(chǎn)污系數(shù)為1.50 kg/t-產(chǎn)品；塑料絲、繩及編織品制造（原料名稱(chēng)：樹(shù)脂、助劑，工藝名稱(chēng)：熔化-擠塑-拉絲）VOCs產(chǎn)污系數(shù)為3.76 kg/t-產(chǎn)品；塑料包裝箱及容器制造（原料名稱(chēng)：樹(shù)脂、助劑，工藝名稱(chēng)：配料-混合-擠出/注（吹）塑）VOCs產(chǎn)污系數(shù)為2.70 kg/t-產(chǎn)品；塑料包裝箱及容器制造（原料名稱(chēng)：塑料片材，工藝名稱(chēng)：吸塑-裁切）VOCs產(chǎn)污系數(shù)為1.90 kg/t -產(chǎn)品；日用塑料制品制造（原料名稱(chēng)：樹(shù)脂、助劑，工藝名稱(chēng)：配料-混合-擠出/注塑）VOCs產(chǎn)污系數(shù)為2.70 kg/t-產(chǎn)品；人造草坪制造（原料名稱(chēng)：樹(shù)脂、助劑，工藝名稱(chēng)：配料-混合-擠出/注塑）VOCs產(chǎn)污系數(shù)為2.70 kg/t-產(chǎn)品；改性粒料制造（原料名稱(chēng)：樹(shù)脂、助劑，工藝名稱(chēng)：造粒）VOCs產(chǎn)污系數(shù)為4.6 kg/t-產(chǎn)品；塑料零件及其他塑料制品制造-塑料件（原料名稱(chēng)：樹(shù)脂、助劑，工藝名稱(chēng)：配料-混合-擠出/注塑）VOCs產(chǎn)污系數(shù)為2.70 kg/t-產(chǎn)品；塑料零件及其他塑料制品制造-塑料件（原料名稱(chēng)：塑料片材，工藝名稱(chēng)：吸塑-裁切）VOCs產(chǎn)污系數(shù)為1.90 kg/t-產(chǎn)品。

2 現(xiàn)有企業(yè)VOCs末端治理工藝對(duì)比

根據(jù)對(duì)廈門(mén)市108家塑料制品行業(yè)的統(tǒng)計(jì)，該行業(yè)目前主要的治理技術(shù)為光催化氧化法（36家，占33.3%）、活性炭吸附法（26家，占24.1%）、光催化氧化+活性炭吸附法（4家，占3.7%）、噴淋+光催化氧化法（4家，占3.7%）；其余處理技術(shù)為低溫等離子體、低溫等離子體+光催化氧化法、低溫等離子體+活性炭吸附法、噴淋+光催化氧化法、噴淋+活性炭吸附法、噴淋+光催化氧化+活性炭吸附法，各有1家，占0.9%。另外采用排氣筒直排的有33家，占30.6%。

2.1 光催化氧化法

光催化氧化法處理技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，VOCs廢氣利用引風(fēng)機(jī)引至UV設(shè)備，該設(shè)備利用高能UV紫外線(xiàn)光束及臭氧與廢氣進(jìn)行破壞、分解、氧化反應(yīng)，使VOCs物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和低分子化合物，再通過(guò)排氣筒排放。工作原理為：一重破壞、二重分解，三重催化氧化。（1）破壞、分解：采用高能C波段（僅次于切割不銹鋼的激光，強(qiáng)于氬弧焊光源的數(shù)十倍強(qiáng)度）在設(shè)備內(nèi)，強(qiáng)裂解VOCs物質(zhì)的分子鏈，改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)，將高分子物質(zhì)裂解、氧化成為低分子無(wú)害物質(zhì)，如二氧化碳及水等。（2）催化氧化：利用O3強(qiáng)催化氧化劑進(jìn)行廢氣催化氧化，可有效殺滅細(xì)菌，并將有毒有害物質(zhì)破壞且改變成為低分子無(wú)害物質(zhì)。高能C波段刺激催化劑層產(chǎn)生活性，強(qiáng)化催化氧化作用。在分解過(guò)程中UV紫外線(xiàn)光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜帶的正負(fù)電子不平衡，所以需與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧。分子式為：UV+O2→O-+O*（活性氧）或O+O2→O3（臭氧），臭氧對(duì)有機(jī)物質(zhì)具有極強(qiáng)的氧化作用，對(duì)惡臭氣體及其它刺激性異味有極強(qiáng)的削除效果。該方法存在的問(wèn)題為：①受污染物成分影響，治理效率波動(dòng)范圍較大；②催化劑易失活[2]。

2.2 活性炭吸附法

活性炭吸附法是利用活性炭的多孔結(jié)構(gòu)、比表面積大的特性，與氣體充分接觸，將低濃度VOCs吸附到活性炭表面上，達(dá)到凈化目的，其安全性好、重量輕、占地面積小、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，是有機(jī)廢氣處理的理想方法。活性碳分為粉末活性碳、粒狀活性碳及活性碳纖維，但是由于粉末活性碳易產(chǎn)生二次污染且不能再生而被限制利用。粒狀活性碳粒徑為500～5 000 μm，活性碳纖維是繼粉狀與粒狀活性碳之后的新一代高效活性吸附材料和環(huán)保功能材料。活性炭吸附處理廢氣有以下特點(diǎn)：①活性炭是一種具有非極性表面、疏水性、親有機(jī)物的吸附劑，在有水或水蒸氣存在的情況下仍能發(fā)揮作用；②活性炭孔徑分布廣，能夠吸附分子大小不同的物質(zhì)；③活性炭具有一定的催化能力；④活性炭的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性高于其他吸附劑。該方法存在的問(wèn)題為：①需要及時(shí)更換活性炭，否則治理效率下降；②吸附后會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物[2]。

2.3 液體吸收法

液體吸收法是利用吸收劑吸收VOCs，然后通過(guò)解吸除去或回收VOCs、并使吸收劑獲得再生重復(fù)利用。由于工藝中可選用比吸附、催化燃燒裝置處理氣體能力大數(shù)倍的塔式吸收設(shè)備，因而設(shè)備的體積可做得小很多、設(shè)備費(fèi)用也較低，但很難找到理想的吸收劑，原因是有機(jī)溶劑一般都屬于非極性物質(zhì)，它們與極性的水分子之間將產(chǎn)生互相排斥的作用而難以溶解，面對(duì)有機(jī)溶劑溶解度較大的油類(lèi)或芳烴萃取劑，一般價(jià)格較高，有些還有異味。國(guó)內(nèi)曾有人研究在水中添加表面活性劑等活性組分的辦法，提高對(duì)有機(jī)溶劑的溶解度[3]。研究表明，以這種吸收劑處理含苯噴漆尾氣是可行的，但這一實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果未得到推廣應(yīng)用，這可能與吸收容量很有限的吸收劑的再生問(wèn)題尚未解決有關(guān)，國(guó)內(nèi)有使用以柴油等油類(lèi)及芳烴萃取劑為吸收液的有機(jī)廢氣吸收裝置，曾在工業(yè)上有些應(yīng)用實(shí)例，但都因吸收劑本身?yè)p耗大而造成運(yùn)行成本高或飽和后的吸收劑無(wú)法處理而下馬。液體吸收法在國(guó)外使用也很少，報(bào)導(dǎo)也不多。由于液體吸收尚存在諸多問(wèn)題有待解決，使其應(yīng)用受到限制。存在的問(wèn)題為：①需要低溫冷凝，能耗高，占地面積大；②吸收劑的技術(shù)水平?jīng)Q定吸收效果；③適用有回收價(jià)值的溶劑[2]。

2.4 低溫等離子法

低溫等離子廢氣處理設(shè)備采用雙介質(zhì)阻擋放電形式產(chǎn)生等離子體，是一種專(zhuān)門(mén)去除有毒有害氣體及惡臭氣體的一種裝置。工作原理為：當(dāng)廢氣進(jìn)入等離子光解一體機(jī)凈化設(shè)備內(nèi)，首先經(jīng)過(guò)等離子體化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，即電子首先從電場(chǎng)獲得能量，再通過(guò)激發(fā)或電離將能量轉(zhuǎn)移到分子或原子中，獲得能量的分子或原子被激發(fā)（在外加電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)放電將產(chǎn)生大量攜能電子沖擊污染物分子，使其電離、解離和激發(fā)，然后引發(fā)了一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，使復(fù)雜大分子污染物轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單的小分子安全物質(zhì)，或使有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無(wú)毒無(wú)害或低毒低害的物質(zhì)，從而使污染物得以降解去除）。存在的問(wèn)題為：①治理效率波動(dòng)范圍較大、適合低濃度廢氣處理；②存在VOCs二次污染問(wèn)題[2]。

3 統(tǒng)計(jì)企業(yè)情況

本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)2018年3月～2020年8月間廈門(mén)市生態(tài)環(huán)境局網(wǎng)站公示的108家塑料制品生產(chǎn)企業(yè)（不含噴漆、印刷等其他產(chǎn)生VOCs工序的企業(yè)）竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收監(jiān)測(cè)報(bào)告中各企業(yè)VOCs末端治理工藝及其對(duì)VOCs的去除率（見(jiàn)表1），對(duì)廈門(mén)市塑料制品行業(yè)VOCs的治理現(xiàn)狀進(jìn)行說(shuō)明。

表1 塑料制品生產(chǎn)企業(yè)VOCs治理現(xiàn)狀

4 存在的問(wèn)題

4.1 無(wú)組織排放問(wèn)題突出

廢氣收集均采取局部氣體收集措施，集氣罩收集面積較小或距離產(chǎn)污點(diǎn)太高，生產(chǎn)車(chē)間未密閉，且大部分車(chē)間開(kāi)著窗戶(hù)等，導(dǎo)致廢氣收集率低，VOCs無(wú)組織排放嚴(yán)重。

4.2 設(shè)施運(yùn)行管理粗放

設(shè)施日常維護(hù)不到位，活性炭裝填量不足，UV燈管損壞率高，部分企業(yè)存在活性炭未按相應(yīng)更換頻次及時(shí)更換，造成廢氣處理效率低的情況。部分企業(yè)存在擅自停運(yùn)或不正常運(yùn)行廢氣收集、處理設(shè)施的情況。

4.3 治理技術(shù)不規(guī)范

調(diào)查的企業(yè)中有33.3%未采取末端治理措施，經(jīng)集氣系統(tǒng)收集后通過(guò)排氣筒高空直排；有44.3%的企業(yè)采用UV、UV+活性炭、低溫等離子、低溫等離子+UV、低溫等離子+活性炭、噴淋塔+UV、噴淋塔+UV+活性炭等產(chǎn)生臭氧污染的治理工藝，對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生了二次污染。

5 建議措施

5.1 規(guī)范臺(tái)賬管理

企業(yè)應(yīng)根據(jù)廈門(mén)市有關(guān)揮發(fā)性有機(jī)物污染防治的要求建立臺(tái)賬并保存3年及以上，主要記錄包括以下內(nèi)容：

（1）建立原輔材料臺(tái)賬，需建立各類(lèi)塑料米、增塑劑、色粉、色母粒等完整的購(gòu)買(mǎi)、使用記錄，記錄內(nèi)容必須包含物料名稱(chēng)、購(gòu)入量、使用量、回收和處置量、計(jì)量單位、作業(yè)時(shí)間和記錄人等。

（2）建立統(tǒng)計(jì)年報(bào)，包括上年度庫(kù)存、本年度購(gòu)入總量、本年度銷(xiāo)售產(chǎn)品總量、本年度庫(kù)存總量、產(chǎn)品和物料的VOCs含量、VOCs排放量、污染控制設(shè)備處理效率、排放監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)。

（3）保存原始單據(jù)，如原輔材料安全技術(shù)說(shuō)明書(shū)、檢測(cè)報(bào)告、送貨單、發(fā)票等。

（4）建立末端處理設(shè)施臺(tái)賬，涉及吸附裝置應(yīng)記錄吸附劑種類(lèi)、用量及更換/再生日期，操作溫度；涉及噴淋塔應(yīng)記錄噴淋塔循環(huán)水量、pH值、廢水更換周期等；涉及其他末端處理設(shè)施應(yīng)記錄保養(yǎng)維護(hù)事項(xiàng)及主要操作參數(shù)；記錄揮發(fā)性有機(jī)物污染處理設(shè)施、生產(chǎn)活動(dòng)及工藝設(shè)施的運(yùn)行時(shí)間、非正常工況情況等。

5.2 加強(qiáng)源頭控制

（1）禁止使用再生塑料為原料進(jìn)行生產(chǎn)。

（2）加工工藝優(yōu)先選用自動(dòng)化程度高、密閉性強(qiáng)、廢氣產(chǎn)生量少的生產(chǎn)工藝和裝備，鼓勵(lì)企業(yè)選用密閉自動(dòng)配套裝置和生產(chǎn)線(xiàn)。

5.3 加強(qiáng)設(shè)施日常管理

（1）增塑劑等含有VOCs組分的液態(tài)物料應(yīng)密閉儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)、投加、生產(chǎn)（反應(yīng)、攪拌、混合）。

（2）塑化擠出生產(chǎn)車(chē)間應(yīng)做到密閉，進(jìn)、出口等不能密閉的部位設(shè)置軟簾，生產(chǎn)工作期間門(mén)、窗緊閉。

（3）更換的VOCs吸附劑（廢活性炭等）等含VOCs的危險(xiǎn)廢物，產(chǎn)生后應(yīng)立即用包裝袋密封存放，貯存、轉(zhuǎn)移期間不得打開(kāi)。

5.4 加強(qiáng)末端治理

（1）應(yīng)根據(jù)廢氣特性設(shè)置配套的工藝成熟、技術(shù)可靠的治理設(shè)施進(jìn)行治理，治理設(shè)施去除效率不得低于50%。對(duì)2020年8月25日前采用UV、UV+活性炭、低溫等離子、低溫等離子+UV、低溫等離子+活性炭、噴淋塔+UV、噴淋塔+UV+活性炭等產(chǎn)生臭氧污染的治理工藝的治理設(shè)施去除效率按不低于50%執(zhí)行。

（2）采用不具備脫附功能的吸附法治理廢氣的，每萬(wàn)立方米/小時(shí)設(shè)計(jì)風(fēng)量的吸附劑裝填量應(yīng)不小于1 m3，廢氣停留時(shí)間不得低于3 s。需根據(jù)廢氣處理設(shè)備前后壓力的變化情況及時(shí)更換活性炭，確保廢氣能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

（3）采用低溫等離子體法或光催化氧化法的（2020年8月25日前建成的），廢氣停留時(shí)間不得低于1 s。

（4）采用光催化氧化法（2020年8月25日前建成的），必須安裝多層光催化劑，每萬(wàn)立方米/小時(shí)設(shè)計(jì)風(fēng)量的紫外燈管總功率不得低于8 kw，廢氣在光催化反應(yīng)停留時(shí)間大于1 s。

（5）塑化擠出（包括注塑、擠塑、吸塑、吹塑、滾塑、發(fā)泡等）等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中工藝溫度高、易產(chǎn)生惡臭廢氣的崗位應(yīng)采用集氣罩進(jìn)行局部抽風(fēng)，集氣罩應(yīng)盡量靠近產(chǎn)污工位且罩面面積盡可能大，距集氣罩開(kāi)口面最遠(yuǎn)處的VOCs無(wú)組織排放位置，控制風(fēng)速應(yīng)不低于0.3 m/s。

（6）建議采用“干式過(guò)濾+活性炭吸附+活性炭再生”工藝進(jìn)行處理，可使揮發(fā)性有機(jī)廢氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)可進(jìn)一步提升治理效果。