企业VOCs污染控制与治理措施分析

2021-04-10王亚明

工程技术研究 2021年13期

王亚明

上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125

1 VOCs的危害

1.1 O3污染

VOCs为大气中O3（臭氧）的关键前体物，VOCs中一半以上的物质可成为光化学反应的载体，通过阳光中的紫外线照射后，大气中NOb会与其产生光化学反应，而造成二次污染，形成O3、PANs等。由于臭氧的氧化性较强，人体吸入后，其呼吸道黏膜与相关组织将受到严重的刺激与破坏，还会对人眼产生较大的刺激。

1.2 细颗粒物污染

细颗粒物主要指的是在空气动力学下直径不大于2.5μm的情况下，在空气中长时间悬浮的颗粒物。相关学者报道，VOCs是大气中二次气溶胶活动的直接参与者，细颗粒物是气溶胶的主要内容，沉降比较困难，在空气中存留较长时间后，在光线的照射下，导致大气能见度降低，这就是雾霾天气形成的过程。

1.3 有毒有害空气污染

VOCs中包含的有毒有害空气污染物有重金属污染物及持久性有机物污染物等。在1990年美国颁布的《清洁空气法案（修正案）》中，共包含189种有毒有害空气污染物，而VOCs所占的比例超过了70%。

1.4 恶臭污染

VOCs本身的气味具有刺激性，会出现恶臭污染。其主要特征表现在含有硫化物或者还原态氮，易挥发，环状结构低碳式或不饱和低碳等。就目前表现来看，存在特殊臭味的VOCs占据较大比例。

2 当前我国企业在控制VOCs方面仍存在问题

通常而言，VOCs治理设备采用“活性炭吸附+氮气脱附+冷凝回收”的处理工艺，对废气的温度、湿度比较敏感，比较明显的是在高温高湿天气（特别是高温天和阴雨天气）处理效果较差，烟囱排放口的浓度数据普遍偏高，时不时会出现排放超标现象。究其原因，则主要体现在以下两个方面：

（1）氮气脱附虽然提高了设备运行的安全性，但脱附和冷凝的效果相对较差，最终影响了活性炭的吸附能力及设备的处理能力。

（2）各套VOCs处理设备的非甲烷总烃排放曲线波动较明显，特别是周期性出现排放峰值，这个峰值的存在很容易造成排放超标。活性炭罐体具有特殊性，因此每个罐体在脱附完成后，罐体内都会存留有一股含高浓度VOCs的废气不能及时排出，在罐体重新投入吸附后会随同其他废气一并进入排气口，虽然会经过吸附后的干净空气混合稀释，但是也会造成排放口的浓度突然升高导致有超标的风险。

3 国内治理VOCs的主要措施

3.1 以提高设备处理能力为依据所采取的措施

企业VOCs排放源是工业涂装，排放区域主要涉及涂装车间，目前企业所有的涂装油漆车间都配备了VOCs末端治理设备。但通过观察近2年的运行情况，发现现有的设备在高温季节，油漆用量超过原有设计使用量前提下仍可能会出现数据不稳现象。由于环保要求提高，油漆车间的产能不断提高，油漆用量大幅增加，涂装作业生产经常超过设备的原设计处理能力，达标排放的压力越来越大，为此亟须对设备进行改造，提升设备处理能力刻不容缓。

（1）以提高现有设备处理能力为原理，在提高现有设备中活性炭的吸附能力的过程中，尽可能地缩短每个单元的脱附时间，具体可从以下两个方面进行改进：①提高升温速度，使罐体升温时间缩短；②降低冷却液温度，使罐体降温时间缩短，同时也可以使活性炭脱附更彻底。对此，根据环科院做的相关试验，从甲苯和二甲苯在不同温度中的饱和浓度可以明显看出，环境温度越高，甲苯和二甲苯的饱和浓度越高，反之则越低。

（2）当企业在生产过程中涉及设备的运转与检修等活动时，可以采用批量生产的形式，以及间歇性生产的措施，对每批生产设备进行检修。对此，企业必须严格控制生产环节中非正常工况产生的污染，防止出现违规排放的情况，并在采取措施后将评估结果汇报给上级部门，并将排放与治理情况公布于公众平台，便于群众监督[1]。

3.2 以浓度为划分依据所采取的措施

为降低废气排放浓度，首要问题是解决废气排放温度，可从以下几个方面着手改进：采用320℃导热油锅炉对废气加热，提高加热温度及升温速度；在现有冷却系统（常温水冷，表冷）后面再增加一套冷冻水冷凝系统（深冷），以提高冷凝效果；增加脱附罐冷却换热器，利用冷冻机冷媒，对脱附罐进行冷却，将脱附罐内温度冷却至30℃以下；为解决脱附时吸附罐换罐时瞬时超标问题，对设备管路进行调整，换罐时的高浓度废气通过单独管道重新送入设备进风口，通过设备再次吸附处理后排放。

（1）低浓度下治理废气的主要措施（小于500mg/m3）。①光催化氧化技术。目前，氧化技术研究较多的就是光催化氧化，通过光照射催化剂，电子跃迁，而生成电子（空穴对），氧化还原与净化有机废气。该技术的优势在于，无毒化催化，并且在温度与压力正常的情况下，反应时的刺激性较小。但是，其不足之处在于催化剂降低的情况下就会失活，会产生较多的副产物，在净化工艺下，其效率不明显。②吸附技术。吸附法在气体净化中的应用比较广泛，在VOCs废气治理中也较常用。活性炭具有微孔结构且表面积较大，可用于气体回收。对于多种浓度较低的污染物治理，人们常用活性炭，其价格低廉，所消耗的能量也不高，便于使用，仅需要接触空气后便可实现废气的治理。但是其不足之处在于，因气体混合后具有较多的水蒸气，会减少活性炭使用的有效时间，因此要定期更换，这就增加了回收的成本投入[2]。③低温等离子技术。该技术主要是以低外加电场为载体，通过介质所释放出的高能电子，结合挥发性有机物分子后，发生物理与化学反应，从而降解有害气体。该技术的最佳使用时机为废气浓度小于100mg/L，其缺点在于投入较大，成本较高。

（2）中等浓度下治理废气的主要措施（500～5000mg/m3）。①燃烧法。该方法又可分为直接燃烧法与催化燃烧法。直接燃烧以废气为燃料，对其加热，直至温度超过有机溶剂的燃点（760～980℃），然后对其燃烧净化。该方法在具有较高浓度及较高热值的废气净化中比较适用，其优势在于能够快速彻底实现净化，并基本不会产生有机副产物。然而，其也有缺陷，在燃烧时由于会产生较高的温度，可能会带来一定的风险。催化燃烧技术为在VOCs燃烧温度较低情况下，使用催化剂进行无火焰燃烧，使气体分解为水蒸气与二氧化碳，处理的主要内容为高温状态下能够分解的有机气体及可燃气体，其使用较多的是浓度范围较高且回收价值较小的混合有机废气。以上技术优势在于能够将燃烧的温度降低，充分利用能量，由于使用无焰燃烧技术，其温度不会过高，也不用对空气进行冷却处理，可显著增加热效。然而以上技术对燃烧条件的要求较高，并且对催化剂的要求也较高。②生物过滤。使用生物降解的技术来处理一些有机物与无机物的有害气体，能够科学处理工业生产过程中出现的污染物。该技术的处理效率较高，并且简单实用，但是去除较难降解及浓度较高的生物比较困难。

（3）高浓度下治理废气的主要措施（大于5000mg/m3）。①冷凝法。该方法主要是对VOCs进行回收，主要机理为在温度与压力不同的情况下，其饱和蒸气压也会有不同的表现，在气态污染下，可以使温度降低，并且通过增加压力来实现一些有机物的凝结，达到VOCs净化与回收目的。该技术回收纯度较高，并且操作方便，输出后的状态为液态油，能够实现直接利用，但该方法需要的温度条件较低，会耗费大量的电能，与绿色生产不符[3]。②吸收法。该方法的工作方式为在工业生产产生的废气中，使用清水或溶液吸收挥发性气体，从而实现废气收集。该方法的使用范围为浓度较高的废气，使用该方法可减少企业的投入，操作比较安全，但是其操作较复杂，需要不断补充消耗较快的吸收剂。