化工行業(yè)揮發(fā)性有機物治理分析

陳慶演

（1.福建海峽人力資源股份有限公司廈門分公司，福建 廈門 361021；2.廈門市同安生態(tài)環(huán)境局，福建 廈門 361021）

化工產品在生產過程中大多會產生“三廢”，化工行業(yè)產生的揮發(fā)性有機物（volatile organic compounds，VOCs）種類繁多，排放量較大。化工行業(yè)VOCs 的高效收集與處理，有利于改善區(qū)域性空氣質量，推動化工行業(yè)實現可持續(xù)發(fā)展。本文依據相關文獻數據及廈門市化工行業(yè)現場調研結果，對廈門市化工行業(yè)VOCs 治理現狀及存在的問題進行初步分析。在做好揮發(fā)性有機物有組織廢氣治理的同時，化工企業(yè)生產過程中無組織廢氣排放也同樣不可忽視。

1 化工行業(yè)VOCs 產生情況

1.1 主要來源

化工行業(yè)排放的VOCs 的特征污染物主要包含以下物質：烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、醇、芳香烴、醚、酮、醛、酚、酯、鹵代烴、鹵化物等。苯、甲苯、乙苯、二甲苯等苯系化合物，是當前主要的工業(yè)溶劑組分，或用作原料。一般情況下檢測的主要VOCs 組分為芳香烴，例如甲苯、間/對-二甲苯、乙苯和苯；其次為烷烴，包括異丁烷、正丁烷和丙烷。以上這些組分均是我國工業(yè)源VOCs 排放特征研究中的主要成分[1]。化工行業(yè)涉及石油煉制、有機化工、塑料、橡膠等相關領域，VOCs 排放量大，成分復雜，對人體健康和大氣環(huán)境質量的影響較大。

1.2 化工行業(yè)VOCs 產生情況

由于不同化工企業(yè)所用生產原料不同，所產生的VOCs 廢氣組分及濃度存在一定差異，因此在生產過程中無組織排放廢氣需經分類收集后進行處理。針對廈門市化工企業(yè)現場調研結果，發(fā)現易揮發(fā)性物料在運輸與轉移過程中、反應釜取樣口、廢水集輸處理和最終產品灌裝等生產環(huán)節(jié)，大多數企業(yè)往往會遺漏這些環(huán)節(jié)的廢氣收集處理，并不重視無組織廢氣的收集，成為化工企業(yè)廢氣源頭得不到徹底解決的重要因素。

1.3 企業(yè)治理現狀

在廈門市所調查的企業(yè)中，除部分停產外，其余企業(yè)均安裝配備VOCs 氣體處理設施，且能有效去除作業(yè)過程產生的揮發(fā)性有機物。其中，采用活性炭吸附工藝的企業(yè)約為28%，采用UV工藝的企業(yè)約為20%，活性炭、UV 工藝聯用的企業(yè)占比為32%，其他工藝或通過采用水性油墨從源頭減排的企業(yè)占20%。不同企業(yè)采用相同工藝，治理效率由于揮發(fā)性有機物進口風量、濃度及種類等因素影響，存在一定差異。

2 化工行業(yè)VOCs 治理技術探討

2.1 吸附處理技術

吸附處理技術的工作原理是通過借助吸附性能優(yōu)異的物質如活性炭，憑借VOCs 中烴分子的親和性，將廢氣中烴類物質盡數吸附。當吸附劑達到飽和，采取高溫加熱方式使其解吸，實現吸附物質的再生與重復利用[2]，在一定程度上減少了資源使用量，節(jié)省成本。該技術通常運用于組分單一、氣流穩(wěn)定、低濃度的有機廢氣治理。一般情況下，吸附劑的理化性質、VOCs 成分等均會影響吸附效果。因此，企業(yè)在選用此類工藝時，要綜合考慮吸附劑類型與污染物種類，爭取將揮發(fā)性有機物處理效率最大化。吸附治理技術具有能耗低、處理效率高、工藝日趨成熟等優(yōu)勢，同時也存在諸多問題，即運行成本高、吸附劑飽和后需進行再生，極易造成生態(tài)環(huán)境的二次污染。

廈門某化工企業(yè)設置了2 套活性炭吸附塔設施，設計風量分別為20000 m3/h 和15000 m3/h，進口1 的非甲烷總烴濃度為12.8 mg/m3，進口2非甲烷總烴濃度為11.8 mg/m3，出口處的非甲烷總烴濃度為2.78 mg/m3，去除率為72.9%。現有的吸附工藝大部分是采用活性炭作為吸附劑，但因活性炭易燃、反應設備占地面積大、脫附不徹底，從而影響凈化效率以及活性炭吸附技術的進一步推廣，因此有必要尋找活性炭的替代物質。

與活性炭相比，沸石吸附、脫附效率高，尤其是吸附VOCs 所產生的壓降較低，沸石輪轉吸附濃縮-催化燃燒工藝具有凈化處理效率高、設備占地面積小、運行安全穩(wěn)定等特點[3]，是治理低濃度大風量VOCs 有機廢氣的最佳選擇。企業(yè)將來在更換吸附處理技術時，可考慮將活性炭吸附工藝替換為沸石吸附工藝。

2.2 UV 光解技術

UV 光解技術在廈門市化工行業(yè)中使用占比較高。UV 光解法以紫外線光為能源，納米TiO2為催化劑，將有機物最終降解成二氧化碳、水等其他無害成分，使處理后的廢氣達標排放[4]。由于其自身具有明顯的優(yōu)勢，可快速高效氧化揮發(fā)性有機物，在化工企業(yè)中普及率也較高。

廈門某企業(yè)，UV 光解設備進口處非甲烷總烴濃度為11.9 mg/m3，出口處非甲烷總烴濃度為6.47 mg/m3，UV 光解處理的去除率為70.7%。該處理技術適用于有機廢氣濃度高、溫度低、風量小的工況，無需其他添加劑，節(jié)能環(huán)保。但在處理揮發(fā)性有機物過程中會生成不徹底氧化的副產物，這種副產物在理化性質上與初始揮發(fā)性有機物具有一定差異，或許會衍生出毒副作用更強的物質，給后續(xù)處理帶來更棘手的問題。

在選用UV 光解法時，企業(yè)需要考慮某些因素對工藝運行效果的影響。例如在選擇光照強度時，利用VOCs 的濃度、風量、所需去除的污染物量等參數，大致推算出所需的光照強度區(qū)間，經過進一步優(yōu)化后再確定光照強度；在設置UV 光解工藝所處環(huán)境的濕度、溫度參數時，需要考慮到溫度對燈管轉化效率的影響，同時環(huán)境中適宜的濕度可帶來更多的水分，這有助于UV 光照射下產生更多的活性自由基，進而提高VOCs 的處理效率。除此之外，還需考慮VOCs 在處理裝置中的反應停留時間、流速，使揮發(fā)性有機物與活性物質、臭氧接觸更充分，增大反應傳質面積，最后還需考慮UV 燈管的間隔距離、燈管與催化劑承托槽的距離，并定期更換UV 燈管，維持穩(wěn)定的降解效率。

2.3 靜電油煙凈化技術

靜電油煙凈化裝置是一種利用靜電原理的油煙凈化裝置，揮發(fā)性有機物通過風機作用，被吸入靜電油煙凈化器，揮發(fā)性有機物形成的油霧滴、顆粒在均流板上通過機械碰撞作用而被捕集。當氣流緩慢進入高壓靜電場時，在電場作用下，油煙氣體發(fā)生電離，油霧荷電，大部分組分被降解炭化；剩余部分微小油粒在吸附電場的電場力及氣流作用下向電場的正負極板移動，被收集在極板上并在自身重力的作用下流到集油承托槽，經排油通道排出，余下的微米級油霧被電場降解為二氧化碳和水，最終釋放出潔凈空氣；同時在高壓發(fā)生器的作用下，電場內生成一定濃度的臭氧，可去除揮發(fā)性有機物中的異味[5]。

將剛制得的高鹽稀態(tài)醬醪進行淋油并充分攪拌，以日式高鹽稀態(tài)醬油的發(fā)酵工藝進行發(fā)酵，先將其混勻并分裝至9個容器中，置于15 ℃的生化培養(yǎng)箱中進行醬油前期發(fā)酵，每天攪拌1次至第15 d，按表1添加 2×106個/g(醬醪)酵母，隨后每天升高發(fā)酵溫度1 ℃，直至30 ℃并保持，持續(xù)發(fā)酵到第45 d；再按表1添加酵母2×106個/g(醬醪)，以9號樣品為空白對照；發(fā)酵約90 d時，控制醬醪發(fā)酵溫度于35 ℃到發(fā)酵結束，整個發(fā)酵周期為180 d[23]。

廈門市某化工企業(yè)靜電油煙凈化裝置進口處非甲烷總烴濃度為5.13 mg/m3，經過靜電油煙凈化裝置處理后，出口處非甲烷總烴濃度為1.66 mg/m3，去除率為63.5%，滿足當地排放要求。該裝置易拆裝、抗沖擊性能好，維護方便且便于清洗，設備運行時噪音小、阻力小，運行成本較低且安全系數高。企業(yè)考慮采用復合式靜電油煙凈化裝置，結合機械或者水噴淋的方式，進而使VOCs 達到更高的凈化效果，提高凈化效率。

2.4 活性炭結合UV 光解技術

在對廈門市化工企業(yè)的調研中發(fā)現，部分化工企業(yè)選用的是VOCs 處理組合工藝，組合工藝相比于單工藝在處理成分復雜且濃度發(fā)生變化的揮發(fā)性有機物時，具有更高的處理效率。活性炭+UV 光解工藝是在吸附劑的表面負載一層或多層光催化劑，在適宜強度的紫外光照射下，有機廢氣在催化劑的作用下被分解為CO2、H2O 和無機小分子[6]，最終揮發(fā)性有機物得到無害化處理。這種組合技術比較適合低濃度廢氣的處理，通過活性炭表面豐富的微孔結構，將揮發(fā)性有機物富集到光催化劑表面，減少反應所需的接觸時間，提高凈化效率。此外，吸附劑也可以吸附沒有反應完全的中間產物，避免二次污染。

廈門市某企業(yè)采用活性炭+UV 光解工藝，揮發(fā)性有機物停留時間為2 s，UV 燈管設置數量為30 個，燈管功率為4.5 kW，納米TiO2催化劑用量為4 層，活性炭填充量為0.4 m3，活性炭及UV 光解設備進口處非甲烷總烴濃度為12.8 mg/m3，經過該工藝處理后，出口處非甲烷總烴濃度為3.7 mg/m3，去除率為71%。活性炭+UV 光解組合技術設備的空間結構得到進一步優(yōu)化，大大降低了設備占地面積，并且光催化反應的條件溫和、能耗低、操作簡易，具有良好的應用前景。但該技術仍存在催化劑易失活、活性炭吸附容量有限以及催化劑、吸附填料需定期更換等問題，設備浄化效率會出現波動，因此還需繼續(xù)研究具有更加優(yōu)良特性的吸附材料及催化劑。

3 污染防治措施及建議

3.1 提高源頭控制水平

針對廈門市化工企業(yè)的現場調研發(fā)現，化工企業(yè)所使用的大部分原輔材料是VOCs 排放的重要來源，如有機溶劑、原油、涂料等。受處理技術、成本等多方面因素的限制，目前低VOCs 含量原輔材料的源頭替代產品明顯不足。在廈門市眾多化工行業(yè)中，從源頭減排，使用水性油墨的化工企業(yè)占有率不達10%。

建議廈門市化工企業(yè)開展清潔生產，從源頭控制原輔材料的VOCs 含量，積極推廣并使用較少產生或不產生VOCs 的原輔材料。例如，使用綠色、低反應活性的原輔材料，在企業(yè)內建造化學反應設施時可使用水性涂料、高固含量涂料等環(huán)保型涂料，減少揮發(fā)性有機物的產生。

3.2 無組織排放問題

化工企業(yè)生產工藝及流程較為復雜，生產過程涉及多處排污環(huán)節(jié)，VOCs 無組織排放存在顯著特征。盡管相關國家、地方性法規(guī)和標準對VOCs 無組織排放提出密閉要求，但部分化工企業(yè)的逸散揮發(fā)問題仍然較為嚴峻，部分企業(yè)對此并未能積極落實。

建議廈門市化工企業(yè)成立監(jiān)察小組開展盤查，排查生產過程中的VOCs 無組織排放現狀，查找出每處生產環(huán)節(jié)的泄漏源，并在短時間內修補泄漏點；對企業(yè)生產工藝進行升級改造、優(yōu)化，采用密閉的生產技術，以密閉加蓋的方式收集廢水處理與處置過程中產生的VOCs 氣體；選用全密閉集氣罩或密閉空間方式，保持生產車間的微負壓環(huán)境，減少揮發(fā)性廢氣的逸散[7]。

3.3 優(yōu)化處理工藝

改進揮發(fā)性有機物處理工藝，提高末端治理效率，做到“能收盡收，高效處理”，這是化工企業(yè)實現VOCs 總量減排的關鍵途徑，也是控制揮發(fā)性有機物出口排放濃度的根本途徑。對于VOCs有組織排放，化工企業(yè)應根據企業(yè)自身揮發(fā)性有機物的排放特性、種類、濃度等實際情況合理制定處理計劃，對多種類型的揮發(fā)性有機物處理工藝進行比選，遴選出符合企業(yè)自身實際情況的工藝。同時，廈門市化工企業(yè)可以爭取第三方機構的技術支持，例如引進專家、技術幫扶團隊，對目前大多數化工企業(yè)所使用的處理效率較低的單一活性炭吸附、光催化氧化等技術進行升級改造，優(yōu)化組合工藝，力爭實現處理效率最大化，為區(qū)域性VOCs 控制、減排做出貢獻。

4 結論

廈門市化工行業(yè)所涉及生產類型較廣泛，生產過程涉及VOCs 的環(huán)節(jié)較多，且各環(huán)節(jié)產生的VOCs 組成成分、濃度均有差異，采用單一治理技術難以確保VOCs 的達標排放。因此，廈門市各化工企業(yè)應根據生產過程產生的廢氣特點，綜合VOCs 治理技術的適用條件、運行成本等因素，選擇合適的工藝，達到凈化效率高、無二次污染等，實現化工企業(yè)綠色、高效、清潔生產與良性發(fā)展。