工業企業無組織VOCs治理案例淺析

王 忠

（泰安市社會信用信息中心，山東 泰安 271000）

引言

PM2.5概念進入大眾視野以來，我國仍頻繁發生大規模持續霧霾天氣。雖然我國近年來投入了大量人力、物力對大氣污染展開治理，取得了不菲成果，但大氣污染防治工作形勢依然嚴峻。VOCs作為主要污染源之一，對霧霾的形成和區域分布具有重大影響［1-2］。VOCs主要通過形成二次有機氣凝膠而聚集在大氣中，難以從末端入手治理，因此，對VOCs的治理應從源頭上進行。

工業生產企業在選擇VOCs治理技術方案時，應根據不同的工藝流程，確定經濟、合理的技術路線。涉及到工藝物料區域，例如煉廠企業儲罐區域的放空VOCs[3]，大多通過新增管道、冷凝等工藝，使廢氣進入現有火炬系統或新增排放即可滿足VOCs達標要求。采用類似方案，既能夠減少企業物料損失，回收物料，也可使企業的環保標準達到政府的監管要求，可謂“一箭雙雕”。

在某些工業企業中，VOCs無組織排放的治理非常棘手，比如涂料行業、制藥行業、油墨行業及工業廠房中的涂漆房、制藥車間、包裝車間、溶劑車間等，廠房空間大，且大部分為敞開或半敞開設計，其VOCs的治理標準要達到《揮發性有機物無組織排放控制標準》（GB 37822-2019）[4]的要求，其技術路線選擇較為復雜、治理成本較高，且不會給企業帶來多少經濟效益，故企業主觀動力不足，其治理和改造難度較大。

VOCs的處理技術路線選擇可從其原料組分、安全評估等方面入手，選用吸附法（分子篩、活性炭）、冷凝法、燃燒（蓄熱、催化等）等，相關技術要求可參考對應標準。本文針對工業企業廠房無組織排放有機揮發性氣體的技術方案進行初步介紹，總結了幾個典型企業的工業廠房實際案例。

1 某汽修廠烤漆房廢氣治理

某汽修廠有一個1 000 m2烤漆房，為汽車開展補漆、烤漆作業時，少量油漆揮發，產生VOCs氣體，造成現場環境惡劣，無法滿足環保要求。為盡快恢復汽修廠烤漆正常作業，通過實地調查，企業可選擇最大程度地利用原有設備，減小施工作業工程量，縮短施工周期，降低改造投資成本的技術方案，確保其滿足環保達標排放要求。處理流程見圖1。

圖1 某汽修廠烤漆房廢氣治理工藝流程

采用活性炭吸附技術方案進行治理，其技術路線選擇理由如下：（1）油漆揮發濃度太低，主要污染來自氣味；（2）為降低成本，根據油漆濃度低的實際情況，采用活性炭吸附，設計活性炭使用量滿足5年以上需求，以降低更換頻次；（3）只新增風機及配套吸風罩、風管道即可，改造成本低，施工作業量少，企業能夠快速恢復正常生產。

關鍵設備選擇：活性炭吸附裝置主要由活性炭層和承托層組成。活性炭具有發達的孔隙，比表面積大，具有較高的吸附能力，正是由于活性炭的這種特性，使其在VOCs治理中被廣泛應用。VOCs氣體由風機提供動力，正壓或負壓進入活性炭吸附裝置，由于活性炭固體表面存在未平衡和未飽和的分子引力或化學健力，因此當此固體表面與氣體接觸時，可使得氣體分子濃聚并保持在固體表面，從而吸附VOCs，實現達標排放。

2 某制藥企業天冬氨基酸生產尾氣治理

在生產天冬氨基酸過程中，存在多處粉塵和VOCs揮發點：（1）四臺天冬氨基酸蒸發釜在蒸發過程中，產生含氨VOCs氣體；蒸發時蒸發釜內有攪拌過程，產生大量粉塵；（2）天冬氨基酸在蒸發后，放料過程中產生大量粉塵；（3）四臺天冬氨基酸水解罐在水解時，產生含氨VOCs氣體。處理流程見圖2。

圖2 某制藥企業天冬氨基酸生產尾氣治理工藝流程

由于尾氣排放口沒有設計有效的收集處理裝置，采用直接排空，不能滿足環保要求。本文通過分析，發現上述粉塵和VOCs水溶性較好，釋放的氨氣體采用水吸收。因此，針對上述企業實際情況，可優先采取水洗的方式進行粉塵和氨氣VOCs收集處理，且無需更換現有生產設備即能滿足環保要求。

關鍵設備選擇：水洗吸收塔在VOCs處理中得到廣泛應用，吸收塔選用一種高效低阻力設備，將流態化工作原理應用到氣、液、固三相設備中，強化了反應、傳熱、傳質過程。氣體在引風機的作用下進入水洗吸收塔，先在除塵室內以水膜方式分離掉大部分粉塵；經過均風板的均布作用成為極其均勻細小的條狀流，以一定的速度沖擊均風板上部水層，產生劇烈的流態化，處于劇烈流態化的水層與VOCs迅速產生反應，從而完成VOCs的脫除。由于一定的液層高度及劇烈的流態化，液滴和氣流融合、碰撞，對粉塵及VOCs進行了充分地粘附吸收，并延長了反應時間，因而效率大大提高。

選擇水洗吸收塔具有以下優勢：（1）除塵效率高—二次除塵的應用，可以將除塵效率提高到99.5%，最小分離粒徑可以達到2 μm，排入環境中的空氣達到國家行業環保標準要求；（2）VOCs脫除效率高—脫除反應為動力吸收過程，反應時間長，傳熱傳質效率高，加快了對VOCs的吸收；（3）不結垢，不堵塞—采用特殊的噴液結構，確保不會產生結垢、堵塞現象；（4）風機不帶水—通過添加除霧脫濕裝置，確保風機不產生帶水現象，保證了風機的使用壽命。

3 某肥料制造企業復合肥生產線廢氣治理

某肥料制造企業復合肥生產線，現場產生粉塵和含氨VOCs氣體，造成現場環境惡劣，不能滿足環保要求。本文根據現場情況，專門針對這特殊VOCs氣體進行處理，以減小施工量，縮短施工周期，降低用戶投資成本，保證環保達標排放。處理流程見圖3。

圖3 某肥料制造企業復合肥生產線尾氣治理工藝流程

在生產線現場含有粉塵和含氨VOCs氣體揮發處設計收集口，氣體在引風機的作用下，先進入一級吸收塔，再進入二級吸收塔，經兩塔反應后達標排放。

關鍵設備選擇：吸收塔先在噴淋池內加入一定比例的脫除藥劑，脫除藥劑為市場常用化工原料。氣體在引風機的作用下先進入一級吸收塔，先在除塵室內用水膜的方式將大部分粉塵分離掉，然后經過均風板的均布作用成為極其均勻細小的條狀流，以一定的速度沖擊均風板上部的漿液層，產生劇烈的流態化，處于劇烈流態化的漿液狀脫除藥劑與VOCs迅速產生反應，從而完成VOCs一級脫除。由于一定的液層高度及劇烈的流態化，液滴和氣流融合、碰撞，對粉塵及VOCs進行充分地粘附吸收，而且延長了反應時間，因而效率大大提高，在充足的藥劑作用下，VOCs的脫除率可以達到90%以上。

一級脫除后，在引風機作用下再進入二級吸收塔，噴淋池內加入另一種比例的脫除藥劑，進行二級脫除，二級吸收塔原理與一級吸收塔一樣，處理后氣體可達標排放。

4 某有機化工企業連續生產車間有機廢氣治理

某有機化工企業連續生產車間產生連續有機廢氣，其工藝生產過程連續運行，產生大量有機廢氣，主要成分為VOCs和NOx。VOCs來自生產過程中的溶劑揮發，生產切換等過程，具有較高熱值，可燃性較好，因此優先選用蓄熱式燃燒（RTO）法進行處理，處理流程見圖4。處理工藝主要分為3個系統：廢氣燃燒處理系統、尾氣凈化系統、煙羽治理排放系統。

圖4 某有機化工企業連續生產車間有機廢氣治理工藝流程

4.1 廢氣燃燒處理系統

有機廢氣進入RTO燃燒系統前，設置氣液分離器，使得來自生產過程中，進入到廢氣收集系統的液體在分離器中實現氣液分離，避免將液體帶入RTO中影響RTO的正常運行，同時也能減少廢氣系統的引風機等設備及管道的液體污染。

在廢氣管道系統中，設計RTO停車檢修工況下備用的活性炭吸附塔，滿足設備切換和停車檢修過程的使用要求。RTO配套的連續燃燒系統，設置天然氣助燃，入口管道上設置新鮮空氣配風系統，滿足RTO的多種工況操作適應性。天然氣的消耗主要受到有機廢氣的熱值影響，企業生產過程中產生的有機廢氣熱值較高。本案例所采取的燃燒工藝，通常情況下，天然氣僅作為輔助使用，有機廢氣自身就能夠充分燃燒，天然氣主要用于開工和補氣用途。針對熱值較高的有機廢氣，蓄熱式燃燒法處理工藝具有投資小、操作靈活、滿足多種運行工況、污染物可深度處理的優勢。

4.2 尾氣凈化系統

經RTO充分燃燒后的尾氣由于含有氮氧化物，尾氣呈酸性，故尾氣系統采用急冷+水洗雙塔處理，采用堿液吸收方式脫出氮氧化物，將其轉化為鹽排放進入污水處理系統。為確保充分吸收尾氣中的污染物及節約用水，水洗塔采用循環操作方式設計。

4.3 煙羽治理排放系統

因企業所在地環保部門針對煙囪排氣筒達標排放尾氣提出了更高的要求，即排氣筒處在任何大氣條件下不出現煙羽情況，減少環境影響區域人員對企業的投訴。通過調研分析，煙羽的產生原因主要是在煙囪口排入大氣的過程中因溫度降低，煙氣中部分汽態水和污染物會發生凝結，在煙囪口形成霧狀水汽，霧狀水汽會因天空背景色和天空光照、觀察角度等原因發生顏色的細微變化，形成“有色煙羽”，通常為白色、灰白色或藍色等。因此，在治理工藝流程中設置了蒸汽加熱尾氣凈化系統出口，升高排入煙囪排氣筒氣體的溫度，降低氣體的濕度，防止水汽凝結，消除煙羽，滿足環境管理要求。

關鍵設備選擇：蓄熱氧化爐（RTO）操作溫度不低于850 ℃，煙氣在爐內停留2秒以上，使得燃燒過程可能產生的二噁英得到完全分解，并使廢氣充分氧化分解，保證VOCs去除率在98%以上。氧化產生的高溫氣體流經特制的陶瓷蓄熱體，使陶瓷體升溫而“蓄熱”，此“蓄熱”用于預熱后續進入的有機廢氣，從而節省廢氣升溫的燃料消耗。

5 結論

綜上所述，為達到VOCs無組織排放控制標準的要求，工業企業需結合自身實際，采取“一問題一技術方案”的原則開展設計。企業要充分考慮物料儲存、轉移、輸送等過程產生VOCs的具體情況，制定可行的技術方案。不過，其治理過程也有一些共同點：（1）首先是無組織排放的廢氣收集系統，多采用引風機+集氣罩+集氣管道實現；（2）對收集廢氣進行有針對性的處理，或活性炭吸附、水吸收、藥劑吸收等，需要根據物料化學特性進行設計；（3）通過采取“收集—處理—排放”治理措施，能夠減少無組織排放VOCs。

總之，在采取治理措施后，企業無組織排放VOCs能夠達標排放。但是由于建設污染治理設施需要進行環保投資，環保投入主要產生的是環境和社會效益，產生的經濟價值較小，企業積極性不高，自身改造動力不足，主要推動力來自政府的環保監管要求。因此，為更好地做好VOCs的治理工作，除了加強監管，落實國家環保標準外，相關部門可利用一些相關政策和機制，提高企業進行環保改造和治理的積極性。