化工废水处理中VOC排放的控制

(淄博职业学院制药与生物工程系，山东淄博，255314)

1 引言

鉴于化工生产的特性，大多数化工生产过程都会产生废水，因此对废水的收集和处理必不可少。目前，有一定规模的化工企业几乎都有自己的废水收集和处理系统。由于废水往往贯穿于整个生产工艺流程，因此不同的化学物质(包括溶剂以及副产物)会混存于待处理的工艺废水中。这些物质很多属于挥发性有机化合物(即VOC)，往往具有易燃易爆、有毒有味等性质，是造成大气污染(包括雾霾产生)的重要因素。因此，VOC一直受到各国环保法规越来越严格的约束[1]。

化工废水收集和处理系统是一个特别重要的VOC排放源，因为在废水的收集和处理过程中，溶解或悬浮于废水中的VOC容易挥发或被蒸发出来，这些VOC的数量可能还很大。据调查，为满足国家环境保护法规的要求，用于控制废水中VOC排放所花的费用仅次于控制从工业尾气排放出的VOC 所花的费用。本文着重探讨与化工废水处理有关的VOC排放的控制。

2 化工生产中VOC排放的来源

在化工生产装置整个生命周期的大多数阶段，从设计、建设和试车，到运行、工艺异常、计划中的停车和紧急停车，再到停产或生产线的永久关闭，都有可能产生VOC的排放[2]。一般来说，大量的VOC产生于工厂的运行过程，表1列出了其中可能的来源，表2则列出了废水处理系统VOC的来源。

表1 化工厂VOC来源

表2 废水处理系统中VOC来源

3 减少废水处理过程VOC排放的方法和措施[3-4]

为了减少与化工废水处理有关的VOC 排放，可以采取的方法或措施包括但不限于：

(1)尽可能从废水源头上减少VOC 的排放。

(2)封闭废水及其逸出物(例如通过加盖等方式)。

(3)在废水处理过程增加对VOC的去除工艺。

(4)收集和处理来自废水的蒸气形式的VOC排放。

3.1 源头上减少VOC排放的措施

从源头上减少VOC的最有效途径是尽可能减少废物的产生，防止出现污染。一般可采取以下措施：

(1)用对环境更友好或挥发性更低的物质替代VOC。

(2)减少来自生产过程的VOC的量。

(3)减少来自生产过程的废水的量。

(4)降低废水温度以降低VOC的挥发性(但对废水的冷却程度要以不影响下游对VOC的去除效果为限)。

成(组)分替代是源头遏制VOC等污染物排放的较为简单可行的方法，但这种方法并非都能行得通。对大多数生产过程，VOC被用作溶剂、组分、或洗涤液等，选择它的目的是为了利用其某些特定的属性，包括功能、来源和成本等方面。所以，对更易挥发的VOC进行替换，替代品必须能够满足必备的性能指标才行。同样，改变工艺，有时即便仅是对设备和操作程序进行相对较小的变更，也有助于改善VOC的排放。

一旦在最大程度上减少了上游VOC的来源，下一步还要设计一套能够容纳废水及其逸出物的收集和处理系统。尽管封闭式废水收集和处理系统能做到尽量减少VOC向周围环境中的排放，但是要注意封闭操作本身也可能会产生次生安全问题，即在密闭容器上部空间内形成具有潜在危险的易燃易爆环境，对此应设法加以避免。

3.2 废水中VOC 的处理方法

当富含VOC 的废水被输送到废水处理厂后，废水中的VOC可通过以下方式处理：

(1)通过适当方法直接将废水中VOC破坏掉。

(2)将VOC转移到某个接收相中，接收相通常是气相，也可以是非互溶的液相或固相(例如，可用空气把VOC从废水中脱出，从而将其转移到脱除所用的空气中)，然后从接收相中将VOC回收或将其破坏掉(例如转移到脱除气中的VOC 可通过火炬烧掉)。

生化废水处理也是一种通用性特别强，能够破坏废水中VOC的成熟处理方法，其中的好氧生化处理法被广泛采用。所谓好氧生化处理，简单地说，是指向废水中通入大量空气(该过程称为“曝气”)，促使好氧微生物(好氧菌)大量繁殖，利用好氧微生物分解有机物，实现废水处理的目的，该方法可以把有机污染物通过微生物的氧化转化为二氧化碳和水等。好氧生化处理又分为活性污泥法和生物膜法两种，活性污泥法又包括氧化沟活性污泥法、生物降解活性污泥法(absorption biodegradation，简称AB法)、间歇式活性污泥法(sequencing batch activated sludge process，简称SBR法)等。需要根据待处理废水中VOC负荷，结合其他措施，采取适当的优化处理条件。注意，好氧生化处理工艺也有可能在曝气过程中由空气把VOC从水中带出而排放到环境中，需结合其他方法加以控制。

可以使用空气、水蒸气、氮气或天然气把废水中的VOC转移到气相中。如果使用的是水蒸气，那么可以通过把汽提塔的塔顶蒸气加以冷凝的方式，回收有价值或可再利用的VOC成分，然后再把回收的VOC 冷凝液返回到工艺当中。但是，冷凝过程的能量消耗，以及将被热的水蒸气洗提后的废水再进行冷却的能量消耗，所花的费用可能较高。

3.3 减少废水处理过程VOC排放的一般步骤

总体上，为减少从工艺装置中和废水处理过程中的VOC排放，企业可采取如下具体步骤：

(1)制订泄漏检测和修复计划，并严格执行。

(2)安装密封式排液收集系统，以便在工艺停车期间容纳工艺流体。

(3)使用密闭式有机材料管槽将废水和溢出液输送到废水处理站。

(4)在罐区使用浮顶罐并安装尾气收集系统。

(5)对货运卡车、轨道车、驳船等装卸装置，必要时需安装有机蒸气回收系统。

(6)对废水平衡池、沉淀池、溶解空气曝气装置、生物氧化装置、物理和化学处理装置以及澄清器(池)等加盖密封。

(7)采用合适的VOC去除和破坏技术，将水中溶解的VOC浓度降低到向环境排放容许的程度。

(8)对与抑制VOC排放相关的工艺危险因素及时加以识别和消除，至少也应使其减轻或得到控制。

泄漏检测与修复计划的执行应当与生产装置的维保相一致，通过这项工作可以检测和消除VOC从法兰、密封口、取样口和其他短暂泄漏源的排放。泄漏检测一般仅需便携式分析装备就能完成，费用相对较低。由于泄漏能得到更好的检测和修复，减少了原料、中间体和产品的损失，所投入的必要检测装备和人工费用实际能很快补偿回来。

3.4 关于管路末端控制方法

长期的实践表明，用于治理空气污染的管路末端控制方法不足以控制VOC排放，因为很多这些方法仅是把一种形式的污染转化为另一种形式的污染。例如，火炬、焚烧炉和锅炉可产生副产物CO、CO2、NOx及颗粒物，并且它们对VOC的破坏或焚化效率大多不超过98%。同样，碳吸收器、涤气器和冷凝器的效率都有其局限性，有些还会产生因污染物冷凝所造成的有害物质残留。

尽管有这些缺点存在，但很多管路末端控制方法仍有其优势，这些优势表现在：管路末端控制可被用于现有的工艺装置而不必对装置本身进行大规模改造；具有可预见的控制或处理程度；容易被环保部门认可，因为它们属于经过实践检验的传统治理技术。

随着国家环保执法力度的加大以及人们环保意识的不断增强，迫使越来越多的化工企业逐渐远离对VOC末端控制的依赖，转而寻求通过工艺改进等方式从源头上减少VOC的排放，从而也减轻了废水处理过程控制VOC排放的压力。

3.5 利用头脑风暴寻求解决途径

头脑风暴法作为一种产生创意的方式，在各行各业应用日渐广泛，同样也适用于对与化工废水处理有关的VOC 排放的控制。化工企业通过召集职工进行头脑风暴研讨会，集思广益，常常可获得一系列减少废水处理厂上游及废水处理过程中VOC排放的可选方案或构想。其中有些措施比较容易实现，例如通过把冷凝器的温度降低可提高VOC的回收率；另一些措施的实现则需要更复杂的设备改动、更深入的安全或技术研究，有时还需要获得客户的认可(因采取这些措施可能使产品质量受到影响)。

头脑风暴研讨小组应当依据实施需要的时间、成功的可能性、可能要花的费用，以及VOC排放的预期减少率等指标，对具有实施潜力的方案进行排序。表3所列是国外某合成化工厂利用头脑风暴对潜在污染防范方案(主要是源头控制措施)进行的排序结果，在此仅供参考。

表3 合成反应操作可供选择的污染防范方案

4 结语

控制化工废水处理中VOC的排放，需要综合利用多种方法和措施，甚至还可利用头脑风暴法产生一些现实可行的或具有实施潜力的构想。尽管管路末端处理会继续对控制某些化工生产过程乃至废水处理中的VOC排放发挥重要作用，但那些能积极采取从源头上减少VOC排放措施的企业，由于能更好地顺应国家对环保的日益严格的要求，无疑将在当前和未来具有更大的竞争优势。