化工行业挥发性有机物治理分析

陈庆演

（1.福建海峡人力资源股份有限公司厦门分公司，福建 厦门 361021；2.厦门市同安生态环境局，福建 厦门 361021）

化工产品在生产过程中大多会产生“三废”，化工行业产生的挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs）种类繁多，排放量较大。化工行业VOCs 的高效收集与处理，有利于改善区域性空气质量，推动化工行业实现可持续发展。本文依据相关文献数据及厦门市化工行业现场调研结果，对厦门市化工行业VOCs 治理现状及存在的问题进行初步分析。在做好挥发性有机物有组织废气治理的同时，化工企业生产过程中无组织废气排放也同样不可忽视。

1 化工行业VOCs 产生情况

1.1 主要来源

化工行业排放的VOCs 的特征污染物主要包含以下物质：烷烃、烯烃、环烷烃、醇、芳香烃、醚、酮、醛、酚、酯、卤代烃、卤化物等。苯、甲苯、乙苯、二甲苯等苯系化合物，是当前主要的工业溶剂组分，或用作原料。一般情况下检测的主要VOCs 组分为芳香烃，例如甲苯、间/对-二甲苯、乙苯和苯；其次为烷烃，包括异丁烷、正丁烷和丙烷。以上这些组分均是我国工业源VOCs 排放特征研究中的主要成分[1]。化工行业涉及石油炼制、有机化工、塑料、橡胶等相关领域，VOCs 排放量大，成分复杂，对人体健康和大气环境质量的影响较大。

1.2 化工行业VOCs 产生情况

由于不同化工企业所用生产原料不同，所产生的VOCs 废气组分及浓度存在一定差异，因此在生产过程中无组织排放废气需经分类收集后进行处理。针对厦门市化工企业现场调研结果，发现易挥发性物料在运输与转移过程中、反应釜取样口、废水集输处理和最终产品灌装等生产环节，大多数企业往往会遗漏这些环节的废气收集处理，并不重视无组织废气的收集，成为化工企业废气源头得不到彻底解决的重要因素。

1.3 企业治理现状

在厦门市所调查的企业中，除部分停产外，其余企业均安装配备VOCs 气体处理设施，且能有效去除作业过程产生的挥发性有机物。其中，采用活性炭吸附工艺的企业约为28%，采用UV工艺的企业约为20%，活性炭、UV 工艺联用的企业占比为32%，其他工艺或通过采用水性油墨从源头减排的企业占20%。不同企业采用相同工艺，治理效率由于挥发性有机物进口风量、浓度及种类等因素影响，存在一定差异。

2 化工行业VOCs 治理技术探讨

2.1 吸附处理技术

吸附处理技术的工作原理是通过借助吸附性能优异的物质如活性炭，凭借VOCs 中烃分子的亲和性，将废气中烃类物质尽数吸附。当吸附剂达到饱和，采取高温加热方式使其解吸，实现吸附物质的再生与重复利用[2]，在一定程度上减少了资源使用量，节省成本。该技术通常运用于组分单一、气流稳定、低浓度的有机废气治理。一般情况下，吸附剂的理化性质、VOCs 成分等均会影响吸附效果。因此，企业在选用此类工艺时，要综合考虑吸附剂类型与污染物种类，争取将挥发性有机物处理效率最大化。吸附治理技术具有能耗低、处理效率高、工艺日趋成熟等优势，同时也存在诸多问题，即运行成本高、吸附剂饱和后需进行再生，极易造成生态环境的二次污染。

厦门某化工企业设置了2 套活性炭吸附塔设施，设计风量分别为20000 m3/h 和15000 m3/h，进口1 的非甲烷总烃浓度为12.8 mg/m3，进口2非甲烷总烃浓度为11.8 mg/m3，出口处的非甲烷总烃浓度为2.78 mg/m3，去除率为72.9%。现有的吸附工艺大部分是采用活性炭作为吸附剂，但因活性炭易燃、反应设备占地面积大、脱附不彻底，从而影响净化效率以及活性炭吸附技术的进一步推广，因此有必要寻找活性炭的替代物质。

与活性炭相比，沸石吸附、脱附效率高，尤其是吸附VOCs 所产生的压降较低，沸石轮转吸附浓缩-催化燃烧工艺具有净化处理效率高、设备占地面积小、运行安全稳定等特点[3]，是治理低浓度大风量VOCs 有机废气的最佳选择。企业将来在更换吸附处理技术时，可考虑将活性炭吸附工艺替换为沸石吸附工艺。

2.2 UV 光解技术

UV 光解技术在厦门市化工行业中使用占比较高。UV 光解法以紫外线光为能源，纳米TiO2为催化剂，将有机物最终降解成二氧化碳、水等其他无害成分，使处理后的废气达标排放[4]。由于其自身具有明显的优势，可快速高效氧化挥发性有机物，在化工企业中普及率也较高。

厦门某企业，UV 光解设备进口处非甲烷总烃浓度为11.9 mg/m3，出口处非甲烷总烃浓度为6.47 mg/m3，UV 光解处理的去除率为70.7%。该处理技术适用于有机废气浓度高、温度低、风量小的工况，无需其他添加剂，节能环保。但在处理挥发性有机物过程中会生成不彻底氧化的副产物，这种副产物在理化性质上与初始挥发性有机物具有一定差异，或许会衍生出毒副作用更强的物质，给后续处理带来更棘手的问题。

在选用UV 光解法时，企业需要考虑某些因素对工艺运行效果的影响。例如在选择光照强度时，利用VOCs 的浓度、风量、所需去除的污染物量等参数，大致推算出所需的光照强度区间，经过进一步优化后再确定光照强度；在设置UV 光解工艺所处环境的湿度、温度参数时，需要考虑到温度对灯管转化效率的影响，同时环境中适宜的湿度可带来更多的水分，这有助于UV 光照射下产生更多的活性自由基，进而提高VOCs 的处理效率。除此之外，还需考虑VOCs 在处理装置中的反应停留时间、流速，使挥发性有机物与活性物质、臭氧接触更充分，增大反应传质面积，最后还需考虑UV 灯管的间隔距离、灯管与催化剂承托槽的距离，并定期更换UV 灯管，维持稳定的降解效率。

2.3 静电油烟净化技术

静电油烟净化装置是一种利用静电原理的油烟净化装置，挥发性有机物通过风机作用，被吸入静电油烟净化器，挥发性有机物形成的油雾滴、颗粒在均流板上通过机械碰撞作用而被捕集。当气流缓慢进入高压静电场时，在电场作用下，油烟气体发生电离，油雾荷电，大部分组分被降解炭化；剩余部分微小油粒在吸附电场的电场力及气流作用下向电场的正负极板移动，被收集在极板上并在自身重力的作用下流到集油承托槽，经排油通道排出，余下的微米级油雾被电场降解为二氧化碳和水，最终释放出洁净空气；同时在高压发生器的作用下，电场内生成一定浓度的臭氧，可去除挥发性有机物中的异味[5]。

将刚制得的高盐稀态酱醪进行淋油并充分搅拌，以日式高盐稀态酱油的发酵工艺进行发酵，先将其混匀并分装至9个容器中，置于15 ℃的生化培养箱中进行酱油前期发酵，每天搅拌1次至第15 d，按表1添加 2×106个/g(酱醪)酵母，随后每天升高发酵温度1 ℃，直至30 ℃并保持，持续发酵到第45 d；再按表1添加酵母2×106个/g(酱醪)，以9号样品为空白对照；发酵约90 d时，控制酱醪发酵温度于35 ℃到发酵结束，整个发酵周期为180 d[23]。

厦门市某化工企业静电油烟净化装置进口处非甲烷总烃浓度为5.13 mg/m3，经过静电油烟净化装置处理后，出口处非甲烷总烃浓度为1.66 mg/m3，去除率为63.5%，满足当地排放要求。该装置易拆装、抗冲击性能好，维护方便且便于清洗，设备运行时噪音小、阻力小，运行成本较低且安全系数高。企业考虑采用复合式静电油烟净化装置，结合机械或者水喷淋的方式，进而使VOCs 达到更高的净化效果，提高净化效率。

2.4 活性炭结合UV 光解技术

在对厦门市化工企业的调研中发现，部分化工企业选用的是VOCs 处理组合工艺，组合工艺相比于单工艺在处理成分复杂且浓度发生变化的挥发性有机物时，具有更高的处理效率。活性炭+UV 光解工艺是在吸附剂的表面负载一层或多层光催化剂，在适宜强度的紫外光照射下，有机废气在催化剂的作用下被分解为CO2、H2O 和无机小分子[6]，最终挥发性有机物得到无害化处理。这种组合技术比较适合低浓度废气的处理，通过活性炭表面丰富的微孔结构，将挥发性有机物富集到光催化剂表面，减少反应所需的接触时间，提高净化效率。此外，吸附剂也可以吸附没有反应完全的中间产物，避免二次污染。

厦门市某企业采用活性炭+UV 光解工艺，挥发性有机物停留时间为2 s，UV 灯管设置数量为30 个，灯管功率为4.5 kW，纳米TiO2催化剂用量为4 层，活性炭填充量为0.4 m3，活性炭及UV 光解设备进口处非甲烷总烃浓度为12.8 mg/m3，经过该工艺处理后，出口处非甲烷总烃浓度为3.7 mg/m3，去除率为71%。活性炭+UV 光解组合技术设备的空间结构得到进一步优化，大大降低了设备占地面积，并且光催化反应的条件温和、能耗低、操作简易，具有良好的应用前景。但该技术仍存在催化剂易失活、活性炭吸附容量有限以及催化剂、吸附填料需定期更换等问题，设备浄化效率会出现波动，因此还需继续研究具有更加优良特性的吸附材料及催化剂。

3 污染防治措施及建议

3.1 提高源头控制水平

针对厦门市化工企业的现场调研发现，化工企业所使用的大部分原辅材料是VOCs 排放的重要来源，如有机溶剂、原油、涂料等。受处理技术、成本等多方面因素的限制，目前低VOCs 含量原辅材料的源头替代产品明显不足。在厦门市众多化工行业中，从源头减排，使用水性油墨的化工企业占有率不达10%。

建议厦门市化工企业开展清洁生产，从源头控制原辅材料的VOCs 含量，积极推广并使用较少产生或不产生VOCs 的原辅材料。例如，使用绿色、低反应活性的原辅材料，在企业内建造化学反应设施时可使用水性涂料、高固含量涂料等环保型涂料，减少挥发性有机物的产生。

3.2 无组织排放问题

化工企业生产工艺及流程较为复杂，生产过程涉及多处排污环节，VOCs 无组织排放存在显著特征。尽管相关国家、地方性法规和标准对VOCs 无组织排放提出密闭要求，但部分化工企业的逸散挥发问题仍然较为严峻，部分企业对此并未能积极落实。

建议厦门市化工企业成立监察小组开展盘查，排查生产过程中的VOCs 无组织排放现状，查找出每处生产环节的泄漏源，并在短时间内修补泄漏点；对企业生产工艺进行升级改造、优化，采用密闭的生产技术，以密闭加盖的方式收集废水处理与处置过程中产生的VOCs 气体；选用全密闭集气罩或密闭空间方式，保持生产车间的微负压环境，减少挥发性废气的逸散[7]。

3.3 优化处理工艺

改进挥发性有机物处理工艺，提高末端治理效率，做到“能收尽收，高效处理”，这是化工企业实现VOCs 总量减排的关键途径，也是控制挥发性有机物出口排放浓度的根本途径。对于VOCs有组织排放，化工企业应根据企业自身挥发性有机物的排放特性、种类、浓度等实际情况合理制定处理计划，对多种类型的挥发性有机物处理工艺进行比选，遴选出符合企业自身实际情况的工艺。同时，厦门市化工企业可以争取第三方机构的技术支持，例如引进专家、技术帮扶团队，对目前大多数化工企业所使用的处理效率较低的单一活性炭吸附、光催化氧化等技术进行升级改造，优化组合工艺，力争实现处理效率最大化，为区域性VOCs 控制、减排做出贡献。

4 结论

厦门市化工行业所涉及生产类型较广泛，生产过程涉及VOCs 的环节较多，且各环节产生的VOCs 组成成分、浓度均有差异，采用单一治理技术难以确保VOCs 的达标排放。因此，厦门市各化工企业应根据生产过程产生的废气特点，综合VOCs 治理技术的适用条件、运行成本等因素，选择合适的工艺，达到净化效率高、无二次污染等，实现化工企业绿色、高效、清洁生产与良性发展。