揮發性有機廢氣處理系統改造工程實例分析

楊昕蒙

（上海城投污水處理有限公司竹園污水處理分公司，上海 200120）

隨著大氣污染防治攻堅的開展，顆粒物污染治理取得了成效，環境空氣質量得到了有效改善，但新的挑戰也逐步顯現.面臨著細顆粒物（PM2.5）污染形勢依然嚴峻和臭氧（O3）污染日益凸顯的雙重壓力，特別是在夏秋季，O3已成為導致城市空氣質量超標的首要因子.研究表明，揮發性有機物（VOCs）是形成細顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的重要前體物，也是造成重污染天氣的重要組成部分，因此揮發性有機物的治理尤其重要.表面噴涂作業中由于涂料和稀釋劑中含有有機溶劑和涂料膜在噴涂、烘干時的分解物，產生的揮發性有機廢氣對人體健康和環境空氣質量造成不利影響.豫東某車業有限公司近年來從源頭采用了低VOCs含量原輔材料替代高VOCs含量原輔材料，噴涂、烘干產生的有機廢氣采用水簾-低溫等離子-催化氧化工藝，處理后的廢氣排放濃度雖能滿足國家和地方排放標準，但隨著生態環境部2020年揮發性有機物治理攻堅方案的實施，為提高績效分級水平，進一步減少揮發性有機物的排放，企業對原有廢氣治理設施進行了改造，進一步提高了低VOCs 含量原輔材料替代率，采用活性炭吸附/脫附+RCO 處理技術代替原有低溫等離子+催化氧化工藝，改造后廢氣處理工藝滿足攻堅方案以及河南省地方標準工業涂裝工序揮發性有機物污染防治技術規范（DB41/T 1946-2020）等相關技術規范及政策要求.經過近兩年運行，改造后揮發性有機廢氣的收集和處理效率得到了進一步提高，減少了揮發性有機物排放量.

1 原有工程概況

豫東某車業有限公司位于工業園區內，主要生產電動三輪車，年產量為20萬輛，年生產300天，擁有噴漆生產線6條，使用油漆進行噴涂，噴涂工序產生的主要污染物為甲苯、二甲苯和非甲烷總烴，采用水簾噴霧-除濕器-低溫等離子-催化氧化工藝，根據例行監測數據，非甲烷總烴排放濃度10.63 mg/m3～15.26 mg/m3,甲苯與二甲苯排放濃度2.31 mg/m3～3.22 mg/m3，雖然廢氣排放濃度能夠滿足國家和地方排放標準的要求，但揮發性有機物排放量仍然較大，且處理工藝不能滿足生態環境部2020年揮發性有機物治理攻堅方案及河南省地方標準工業涂裝工序揮發性有機物污染防治技術規范（DB41/T 1946-2020）等的要求，因此企業對生產線進行技術改造的同時，對廢氣處理系統進行改造.

1.1 原有廢氣處理工程存在的問題

（1）原有噴漆、烘干廢氣收集效率較低，無組織排放量較大，處理效率較低.根據實際運行監測數據，廢氣收集效率低于75%，廢氣處理效率在40%～60%，雖然能夠實現達標排放，但由于活性炭不能及時更換補充，實際運行效率有時會更低.

（2）原有噴漆、烘干廢氣采用低溫等離子-催化氧化處理工藝，不能滿足相關技術規劃和技術政策要求.該工藝雖然采用的不是單一的處理工藝，但根據生態環境部2020年揮發性有機物治理攻堅方案的要求：對達不到要求的VOCs收集、治理設施進行更換或升級改造，確保達標排放；除惡臭異味治理外，一般不采用低溫離子、光催化、光氧化等技術.河南省地方標準工業涂裝工序揮發性有機物污染防治技術規范（DB41/T 1946-2020）規定：大、中型規模工業涂裝工序，噴涂、流平廢氣采用濕式除塵或干式過濾+活性炭吸附/脫附+常規催化燃燒或蓄熱催化燃燒，烘干廢氣采用降溫+活性炭吸附/脫附+常規催化燃燒或蓄熱催化燃燒.排污許可申請和核發技術規范（HJ1124-2020）中廢氣推薦工藝為：噴漆、烘干廢氣，采用活性炭吸附、吸附/濃縮+熱力燃燒/催化氧化.重污染天氣重點行業應急減排措施制定技術指南（2020年修訂版）工業涂裝行業中，A級、B級企業使用溶劑型涂料時，VOCs 廢氣采用吸附濃縮+燃燒、燃燒等治理技術，處理效率A 級不低于95%、B 級不低于85%.由此看出，原有噴漆、烘干廢氣采用的處理工藝不能滿足相關技術規范和技術政策的要求.

2 廢氣改造工程設計及運行情況分析

2.1 廢氣改造工藝選擇

有機廢氣目前采取的工藝處理措施有吸收、吸附、燃燒、生物法，低溫等離子、光催化法等[1-3]，幾種方法的比較見表1：

表1 有機廢氣主要處理方法比較

調漆廢氣、噴漆廢氣、流平廢氣具有風量大、廢氣濃度低等特點，不適用燃燒法、冷凝回收法、吸收法等方法處理該類有機廢氣，根據國內同行業調查[4-5]，一般采用濕法或干法+活性炭吸附處理方法來處理，結合工程實際情況，考慮去除效率、運行費用等因素，針對調漆廢氣、噴漆廢氣、流平廢氣本項目采用“活性炭吸附/脫附+RCO裝置”處理工藝[6].

烘干廢氣屬于中高濃度廢氣，按照河南省工業涂裝工序揮發性有機物污染防治技術規范（DB41/T 1946-2020）和排污許可證申請與核發技術規范—鐵路、船舶、航空航天和其他運輸設備制造業推薦工藝，該部分廢氣直接引入RCO 裝置進行處理，也可以采用“活性炭吸附/脫附+RCO 裝置”處理工藝[7].根據項目特點，本項目烘干廢氣采用“活性炭統吸附/脫附+RCO裝置”處理工藝.具體處理工藝流程見圖1：

2.2 廢氣處理系統改造工藝特點

（1）干式過濾器

干式過濾器是基于慣性分離的原理.強迫負載氣流多次改變方向，比空氣重的粒子就會粘附在壁面上，而空氣則沒有特別的阻礙繼續運動.當空氣自由通過孔洞時，粒子吸附在褶皺處，直至過濾飽和.

（2）活性炭吸附/脫附+RCO 催化燃燒[8]廢氣進行有效收集后，先進行預處理（干式過濾器），再進入活性炭吸附裝置，氣體在活性炭床層保持一定的停留時間，氣體中的VOCs被吸附在活性炭表面，潔凈氣體從活性炭床層排出后可以直接通過引風機排空，經過RCO處理后的潔凈氣體通過熱交換到一定溫度后作為脫附風，通過活性炭床進行脫附，從活性炭吸附裝置脫附出來的濃縮有機物進入RCO裝置后，通過貴金屬催化劑燃燒分解，分解溫度在200～250℃，有機廢氣被分解為二氧化碳和水，以此循環，待廢氣脫附分解完成排入煙囪后達標排放.

催化燃燒技術作為VOCs廢氣處理工藝之一，因為其凈化率高，燃燒溫度低（一般低于350℃），燃燒沒有明火，不會有NOx等二次污染物生成，安全節能環保等特點，在環保市場有很好的發展前景.

（3）改造工藝對噴漆生產線的調漆室進行了封閉收集、烘干室密閉設置抽風系統，廢氣的收集效率可以達到90%以上，有效減少了廢氣的無組織排放；同時廢氣的末端處理效率達到95%以上，有效減少了揮發性有機物的排放.

2.3 運行效果分析

本工程自2022年投入運行以來，根據日常監督性監測數據以及在線監測的情況，工藝運行穩定，設備運轉正常，日常監督性監測結果統計見表2，在線監測結果見表3.

表2 廢氣例行監測結果表

表3 2022～2023年在線監測結果（出口濃度/（mg.m-3））

由實際運行結果可知，廢氣去除效率達到92%～97%，經處理后有機廢氣排放濃度能夠滿足工業涂裝工序揮發性有機物排放標準（DB41/1951-2020）要求,運行穩定達標.

2.4 環境效益

原有工程VOCs排放量為67.85 t/a，廢氣處理系統改造后，VOCs排放量為1.43 t/a，VOCs減排量為66.42 t/a，具有很好的環境效益.

2.5 分析與探討

（1）運行過程中應關注活性炭吸附裝置的正常維護.廢氣通過活性炭吸附，可將大風量低濃度的有機廢氣濃縮為小風量高濃度的廢氣，再進入RCO裝置處理，可以節約運行成本.

（2）為減少有機廢氣的產生，應從源頭、生產過程、末端治理等全過程控制，采用低VOC含量原輔材料，減少無組織排放等，末端治理設備應保持良好的運行狀態.

3 結論

噴涂廢氣處理系統經改造采用“活性炭吸附/脫附+RCO裝置”處理工藝，符合河南省工業涂裝工序揮發性有機物污染控制技術指南和排污許可證申請與核發技術規范—鐵路、船舶、航空航天和其他運輸設備制造業要求.廢氣收集效率達到99%，去除效率達到95%～99%，經處理后廢氣排放濃度滿足工業涂裝工序揮發性有機物排放標準（DB41/1951-2020）要求.具有操作溫度低，熱回收效率高，運行成本較RTO 低，污染物去除效率高等特點.經該工藝處理后，大大減少了有機廢氣的排放，具有較好的環境效益.