石化污水场VOCs及恶臭气体治理系统探讨

张 帅 于示林 朱 文 邢传胜

（中海油节能环保服务有限公司 天津 300456）

引言

挥发性有机物（VOCs）是形成臭氧和PM2.5 的重要前体物，这一观点越来越得到社会各界的认可，特别是“十四五”期间，我国大气污染控制已进入了臭氧和颗粒物协同控制的新阶段。石化企业挥发性有机物（VOCs）气体，因为其对环境污染大、对人体伤害大而更受重视，石化企业VOCs 污染问题已成为大气环境管理重点关注的对象，减少石化企业VOCs 排放已刻不容缓。

1 VOCs 管控要求

从2010 年开始，国家层面开始关注VOCs 治理并陆续出台了相关政策，据统计，在国家层面的47 个现行固定源排放标准中[1]，涉及VOCs 物质管控的标准有18 个，其中3 个综合标准，15 个行业标准，而在行业标准中，石化企业标准占据7 个，可以看出国家层面对于石化企业VOCs 排放管控的力度和决心。

随着生态环境部颁布的《关于加快解决当前挥发性有机物治理突出问题的通知》，国家对挥发性有机物（VOCs）的污染防治管控要求上升了一个新台阶，各个地方和企业都在不断地加大对挥发性有机物（VOCs）的管控力度，“十四五”期间，我国VOCs 治理任务开始进入到精细化和深度治理阶段，各行业针对自身行业特点对VOCs 治理也陆续出台一系列行业管控措施。石化企业对于VOCs 有组织排放的管理正逐渐提高，但石化企业对于VOCs 无组织排放的管理仍需加快完善，特别是考虑到安全、现场检查、监管难度等诸多因素，石化企业VOCs 无组织排放管理仍然是企业和政府的一个难题。

2 石化企业污水场VOCs 及恶臭气体治理系统特点

常见污水场VOCs 及恶臭气体污染物来源可分为5 类：含硫化合物、含氮化合物、卤素及其衍生物、含氧的有机物和烃类。石化企业污水厂VOCs 及恶臭气体成分复杂，其多是污水场区域挥发的以烃类组分为主的废气，包含烷烃、烯烃、芳香烃等烃类以及硫化物、H2S 和氨类等。

石化企业污水场VOCs 及恶臭气排放多属于无组织排放，随着国家层面对VOCs 及恶臭气体的管控措施越来越严格，为满足环保要求，石化企业多需增加治理系统将污水场VOCs 及恶臭气体排放由无组织排放转变为有组织排放并能满足达标排放要求。其治理系统主要由三部分组成：VOCs 及恶臭气体收集部分、VOCs 及恶臭气体输送管路、VOCs 及恶臭气体治理部分。VOCs 及恶臭气体收集部分主要是将污水场逸散的VOCs 及恶臭气体进行加盖密闭收集，是污水场VOCs 及恶臭气体治理系统的前段设施，是整个VOCs及恶臭气体治理系统正常运行达标排放的前提。VOCs及恶臭气体输送管路是连接污水场VOCs 及恶臭气体收集接口和VOCs 及恶臭气体治理部分的桥梁，是整个系统的中段设施，对整个VOCs 及恶臭气体治理系统的正常运行起着至关重要的作用。VOCs 及恶臭气体治理部分是整个VOCs 及恶臭气体治理系统的末段设施，是确保企业VOCs 及恶臭气体排放达标的关键。

3 污水场VOCs 及恶臭气体收集方式

污水场VOCs 及恶臭气体收集的关键是确保各收集口密闭，通过采用盖板、膜等方式将敞开的液面或排放口密闭，阻止VOCs 及恶臭气体直接逸散到空气中。目前污水场常用的VOCs 及恶臭气体收集方式有以下几种。

（1）简易式盖板收集方式

简易式盖板材质可为玻璃钢材质或不锈钢材质，一般适用于中小型跨度的构筑物池面或排放口。简易式盖板安装简便，方便观察设备及构筑物池面或排放口内部情况，但设备检维修难度较大。

（2）滑轨式盖板收集方式

滑轨式盖板材质可分为玻璃钢材质或耐力板材质，普遍适用于中小型跨度的构筑物池面或排放口，单个盖板宽度多为2～2.5 m，跨度不大于7 m。滑轨式盖板安装、检修和巡察都较为方便实用，但费用较简易式盖板高。

（3）不锈钢骨架+玻璃钢盖板收集方式

不锈钢骨架+玻璃钢盖板多适用于较大型跨度的构筑物池面，它是以不锈钢材骨架为支撑，以玻璃钢盖板将敞开的液面或排放口进行密闭的形式。该收集方式便于安装、检修和巡视，但由于不锈钢骨架与VOCs及恶臭气体直接接触，不可避免的会有腐蚀的问题。尽管如此，对于较大型跨度的构筑物池面，该收集方式仍被广泛采用。

（4）大跨度氟碳纤维反吊膜收集方式

大跨度氟碳纤维反吊膜收集方式主要依据膜材的抗腐蚀性能和抗拉强度大的特点，内部采用轻便的氟碳纤维膜形成罩体将构筑物池面盖住，外部搭设钢结构作为支撑使膜材悬吊固定在钢结构上。这种收集方式避免了钢结构与腐蚀性气体直接接触，延长了整体使用寿命。但该种收集方式使得罩体内部空间较大，致使设计规模较大，总体投资费用较高。

石化企业污水场多由集水池、污油池、浮渣池、调节池、隔油池、气浮池、A/O 池等部分组成，其VOCs 及恶臭气体的排放口尺寸不一。因此应结合现场实际情况，同时考虑人员操作、维修、造价等因素，合理选择最优收集方式。无论采用何种气体收集方式，确保密闭收集是关键。

（5）浮动顶盖技术

浮动顶盖技术是一种新型的源头治理技术，是通过对液面的覆盖，从源头减少VOCs 及恶臭气体的排放。浮动顶盖会在液面上“自组合”，在液面上形成覆盖层，使液体没有“气相空间”或“蒸发空间”，通过物理覆盖方式减少挥发面积，从而减少VOCs 及恶臭气体向空气中的逸散。

4 污水场VOCs 及恶臭气体输送管路

污水场VOCs 及恶臭气体输送管路主要有架空式和地埋式，输送管路长度因项目各异有所不同，气体收集主管路与各个收集口的连接管路间形成分支管路，其输送管路材质多见于玻璃钢、碳钢和不锈钢。为了便于维修，各收集口通常设置有手动或电动阀门，确保检修时可独立于其它排放口。

确保管路畅通是污水场VOCs 及恶臭气体输送管路的基本要求，气体输送管路上的阀门、仪表、阻火器、管路摩阻及液阻等对整个管路畅通影响较大，这些在设计和选型时都应重点考虑，以确保VOCs 输送管路畅通。

5 污水场VOCs 及恶臭气体治理技术

污水场VOCs 及恶臭气体治理的主要目的是确保各控制指标能够达标排放。目前常用治理技术可分为两大类。一类是回收工艺为主的VOCs 回收技术，该技术包括吸附技术、吸收技术、冷凝技术、膜分离技术[2]，它主要物理过程，最终是将VOCs 从混合气体中剥离出来回收利用；一类是以销毁工艺为主的VOCs 销毁技术，该技术包括催化燃烧技术、热力燃烧技术、直接燃烧法、高效燃烧技术、生物技术、等离子体技术、光催化技术[3]，它主要是化学过程，最终是将VOCs 转变为其它物质从而达标排放。各种技术比较如表1。

表1 不同技术对比分析

因常规治理技术技术较为成熟，这里重点介绍高效燃烧技术。高效燃烧技术采用预混技术，根据废气特点设计有机气体、助燃气、空气的配比，将有机气体、助燃气、空气预混后经特制的金属纤维燃烧器充分燃烧，从而保证废气达标排放。该燃烧器采用表面燃烧技术，燃烧头具备防回火特点。有机气体、助燃气、空气三者混合好的废气通过燃烧头内的细孔之后，被分散成数以百万计的小气流，在燃烧头表面燃烧，每一个小细孔都是一个喷射口，向外喷出废气，使火焰很难逆细孔回烧，这样就使燃烧头可以提供良好的防回火功能，保证燃烧头表面总是接近环境温度。该技术具有占地面积小、可燃物去除率高、操作弹性大的优点。同时高效燃烧技术与常规燃烧技术的原理完全不同。高效燃烧技术系统本身不限制入口油气浓度和油气组分。而热力燃烧技术和催化燃烧技术都需要燃烧器入口将油气浓度控制在8g/m3以内，如果超过该浓度，在反应室内（封闭式）的气体极易发生爆燃类燃烧，可能导致燃烧室内部气体急剧膨胀，发生爆炸危险。而高效燃烧系统为开放式燃烧器，燃烧器采用预混式结构，在燃烧发生前，需要将废气、空气和助燃气通过配比混合至可燃浓度范围内，因此，高效燃烧技术对入口浓度没有限制，燃烧室为开放式对空排放，不存在受限空间，也就不存在气体体积膨胀造成设备爆炸的风险。

以上技术各有各的最佳适用条件，虽然回收技术和销毁技术在污水场VOCs 及恶臭气体治理过程中都发挥了一定的作用，但随着环保政策趋严，单一的治理技术并不能够满足达标要求，多种技术综合处理VOCs 及恶臭气体排放的废气已经成为未来发展的一种趋势。

常见石化企业污水场VOCs 及恶臭气体排放口可分为2 类：一类是风量小、浓度高的排放口，如含油污水池及进口、隔油池等，此类排放口排放的VOCs 及恶臭气体呈现“量小浓度高”的特点，在回收价值不高且保证持续达标排放的前提下，建议最后一级采用高效燃烧技术以确保达标排放。另一类是风量大、浓度低的排放口，如污泥干化间、生物池等。此类排放口排放的VOCs 及恶臭气体呈现“量大浓度低”的特点，在后期维护费用少且保证持续达标排放的前提下，建议最后一级采用生物技术以确保达标排放。

结语

（1）污水场VOCs 及恶臭气体的收集方式、输送管路和治理技术是VOCs 及恶臭气体治理系统不可分割的三大组成部分。密闭、畅通和达标是各个部分的基本要求。

（2）企业在投资新建或改造VOCs 及恶臭气体治理系统时，在气体收集方式、气体输送管路及气体治理技术上认真推敲，并且从技术和经济上合理选择，避免投资浪费，以期筛选出最优可行技术方案。

（3）针对污水场废气排放口排放的呈现“量小浓度高”的VOCs 及恶臭气体，在回收价值不高且保证持续达标排放的前提下，建议最后一级采用高效燃烧技术以确保达标排放。针对污水场废气排放口排放的呈现“量大浓度低”的VOCs 及恶臭气体，在后期维护费用少且保证持续达标排放的前提下，建议最后一级采用生物技术以确保达标排放。

（4）确保治污设施正常运行。企业应加强废气收集，科学规划设计气体收集输送管路，优选密闭设备，做到“应收尽收”。同时加强治理设施维护，建立完善VOCs 及恶臭气体治理台账，确保“应治尽治”。

（5）强化员工培训。企业应加强员工VOCs 及恶臭气体业务培训，采取线上与线下相结合、实践与理论相结合等模式，全面提升企业各级VOCs 及恶臭气体管理人员能力和业务水平。