化工行业挥发性有机物（VOCs）排放治理浅析

李卫东

（南昌市生态环境监测中心，江西 南昌 330038）

引言

化工产品的原材料和辅料多为各种化学物品，在生产时通常会产生挥发性有机物（VOCs），并且种类繁多，排放量大[1]。此类物质挥发进入空气后与各类物质发生反应，会对环境造成污染，因此，对化工行业VOCs排放进行有效治理，有利于改善区域范围内的大气环境，维护人民身体健康，推动化工行业的绿色可持续发展。

1 化工行业挥发性有机物（VOCs）概述

1.1 定义

VOCs是标准气压下饱和蒸气压超过133.32 Pa，沸点在50～260 ℃的有机物的总称，其具体类型多达三百多种，包括含氧有机化合物、含硫有机化合物、非甲烷碳氢化合物等[2]。VOCs有固体和液体两种形态，均具有易挥发的特性，挥发后可参与大气光化学反应及臭氧的形成，是大气中二次气溶胶的前体物，也是造成城市光化学烟雾、灰霾的主要因素之一。

1.2 VOCs的主要来源

VOCs主要来源于工业生产，尤其是化工行业，包括石油化工、煤化工等。在许多化工产品的生产、运输、储存及使用过程中都可能产生VOCs排放，造成较大的污染问题，例如农药、油漆、胶粘剂、涂料等。在化工产品生产过程中，其化学原料通常需要经过分离、合成、蒸馏、成型等加工环节，操作过程中有较多的VOCs废气排出。在化工产品的物料转移运输过程中，通常需要更换存储器具，如果使用的各种管线、设备、储存器具密封失效，则会造成VOCs物料泄漏、挥发并造成污染[3]。此外，若工作人员操作不规范，导致出现滴、漏、冒等事故时，也会造成VOCs的泄露和挥发。

2 化工行业挥发性有机物（VOCS）排放治理技术

2.1 物理、化学治理技术

2.1.1 吸收法

吸收法是目前工业生产中常用的污染物排放治理措施，是指利用柴油、煤油等各种不挥发或低挥发的物质作为吸收剂，利用吸收剂与VOCs物质之间的物理性质差异，分离、吸收污染物质，有效净化有害废气，减少化工行业的排放污染。例如，含氮有机物挥发后产生的污染物质，可采用尿素溶液（酸性）作为吸收剂，其中的尿素可与氮氧化物发生还原反应，清除有害物质，达到良好的吸收效果。化工企业可针对自身产品类型，分析生产过程中产生的VOCs类型和排放情况，建造吸收塔，用吸收剂对排放的废气进行处理，确保化工生产排放符合国家相关标准规范，减少污染物排放。吸收法的缺陷在于吸收容量相对有限，需要定期更换吸收剂。

2.1.2 吸附法

吸附法是指将特定吸附剂放入气态或液态的排放物中，利用吸附特性将其中的有毒、有害物质吸附在一起，待吸附剂饱和后进行脱附处理，将有害物质分离出来，从而达到良好的净化效果。吸附法也是当前化工企业应用较为广泛的废气排放处理方法，常用吸附剂包括沸石、活性炭、纤维合成材料等。活性炭表面孔状结构有良好的吸附、过滤效果，将其应用于硫化氢类排放物吸附处理中，能够有效实现脱硫，其吸附性能优良，且容量大，能够达到较为理想的净化效果。活性炭对碘代甲烷的吸附率也可达到98%以上，可有效清除化工排放的废气及废水中的碘代甲烷，降低其污染性。沸石表面有复杂的孔状结构，其主要成分为硅铝酸盐，其中有大量电荷、离子分布，具有较强的吸附性，可选择性吸附有害物质，使其与无害物质分离。目前，纤维合成材料也成为化工企业废气处理中的常用材料，其传质速率强，可有效分离出废气中的有毒物质。吸附法具有耗能低、工艺成熟等优势，但也存在一些不足。例如需要对吸附剂进行再生处理，通常采用高温加热对其进行解析，清除吸附剂中的有害物质，使其从饱和状态恢复到可利用状态，实现资源的重复利用，但在这个过程会增加运行成本，若操作不慎，还容易对环境造成二次污染[4]。

2.1.3 等离子体法

等离子体法是指通过高压放电获得等离子体，使其中的高能电子、自由基等活性粒子作用于污染物中，破坏有毒有害物质的C-C键、C-H键，使其发生置换反应，分解消除有害物质，将VOCs物质转化为水、二氧化碳等无机物。该方法常用于有害物浓度较低的废气治理工作中，治理效率较高。例如，处理含苯的有机废气时，可采用脉冲电晕法进行治理，设定140 kV电压实施混合电晕，对废气中的苯的清除率可达到82%以上[5]。此外还可利用热等离子体进行PFCs裂解，其具有处理效率高、污染物清除率高、操作简单等优势，可有效破坏有毒有害污染物，并将其转化为无害物质。该法缺陷在于治理成本较高，推广较为困难，仍有待进一步优化完善。

2.1.4 静电油烟净化法

静电油烟净化法是一种利用静电原理清除废气污染物的方式，该法利用风机将工业生产中排出的废气吸入静电油烟净化装置中，使其在均流板上进行机械碰撞。在高压静电场的作用下，气体中的有机污染物被降解或捕集，从而实现对废气的净化处理。高压静电场可使气体发生电离，其中的污染物大部分被碳化降解，小部分微小油粒在气流作用和静电场的吸附作用下，被集中在正负极板上，并随着积累的数量增多而下流到集油槽，经由管道排出。在电场作用下，微米级的油雾可直接降解成为无害的水和二氧化碳，达到废气净化的效果。静电油烟净化装置具有易拆装、易清洗、运行成本低、安全系数高等优势，配合水喷淋等装置，可达到更好的VOCs排放治理效果，有效净化废气。

2.1.5 膜分离法

膜分离法是利用化工废气中不同组分在高分子膜上的渗透速率差异来实现气体分离，将废气中的VOCs物质分离出来，达到净化治理的目的。膜分离法常用于天然气提纯工作中，在VOCs废气治理中也能达到良好效果，可实现对VOCs的回收，具有操作简单便捷、能源消耗低、回收率高的优势，还能有效避免二次污染，但也存在治理成本高的缺陷。膜分离法需要使用膜接触器、膜元件等多种设备材料，不仅设备成本高，维护保养也较为困难，容易出现构件污染、进出口堵塞等问题，使用时需进行全方位清洗，才能维持设备的稳定运行，其维修养护的资金成本、人工成本消耗较大。

2.2 生物治理技术

生物治理法是一种较新的VOCs排放治理方法，是指利用微生物的生物活动对有机污染物进行氧化分解，通过生物代谢使其转变为水、二氧化碳等无害物质，从而达到消除污染的目的，具有成本低、操作简单、应用范围广等优势。采用生物治理技术处理VOCs废气，一般分为三个步骤：首先需要将废气中的污染物从气相转化为液相；其次需要控制液体中有机污染物的浓度，使其更好地渗透进生物层中，利用生物层中的各种微生物和活性物质对污染物进行分解吸收；最后，经过微生物代谢后的有机污染物被降解，转化为对环境无害的无机物，即可将其排出。目前生物处理技术的常用操作工艺有过滤法、生物洗涤法等。过滤法通常是利用土壤、木屑、有机堆肥等物质建立一个生物滤池，将化工生产过程中产生的废气经过初步处理后送入滤池中，进入含有丰富微生物的有机填料层，使废气中的污染物被其中的微生物氧化分解，再从生物滤池顶端排出。该方法可有效处理废气中含有的苯、酚、乙醛等有害物质。相关研究发现，采用生物滤池处理含苯乙烯的废气时，进气浓度为200～800 mg/m3，清除苯乙烯的最高速率可达到66.78 g/（m2·h），具有良好的治理效率和治理效果。生物洗涤法则需要建立一个生物洗涤塔，利用压力喷淋均匀喷洒生物悬浮液，使其与废气中的污染物充分融合，溶解有机污染物，将其转化为液态并进入含有丰富活性物质的污泥池中，有效清除其中的有害物质。

3 化工行业挥发性有机物（VOCs）排放综合治理措施

3.1 加强排放源头管控

加强源头控制是治理污染的关键，VOCs排放主要来源于化工生产中的各种原料和辅料。化工产品的原料和辅料在各种加工工艺和化学反应下生成VOCs，并在生产、运输、使用的过程中发生挥发、泄露，进而产生污染。受到治理技术、治理成本等各方面因素限制，目前化工行业的VOCs排放治理情况并不理想，为了降低污染物排放治理的负担，相关企业应从源头上降低化工产品原料、辅料的VOCs含量，采用高固含量涂料、水性涂料等低反应活性、VOCs含量低的环保材料，从源头上实现减排。例如，采用水性油墨代替油性油墨。水性油墨无需采用有机溶剂进行稀释，VOCs含量低，可有效减少有机污染物排放，环保性更强。化工行业应积极推行绿色生产、清洁生产理念，加强推广各种低VOCs含量或不含VOCs的环保型原料、辅料，做好对排放源头的管控。但目前行业中VOCs含量低的原辅材料替代品明显不足，推广范围也不够大，实现化工行业的绿色生产、清洁生产仍有很长的路要走，相关人员仍需加强对低污染化工原辅料替代品的研发，从源头上减少有机污染物的生成。

3.2 加强对治理工艺的优化改造

除了源头控制之外，加强末端治理也非常重要，化工企业应当坚持绿色生产及可持续发展理念，重视VOCs排放治理工作，积极优化更新治理技术和设备设施，提高治理效率与质量，严格将污染物排放量控制在国家规定的标准范围之内，做到“应收尽收”，尽可能地降低化工生产中的废气、废水对环境的污染和破坏。企业应对自身VOCs的排放类型、数量、浓度等有明确的认知，针对VOCs排放特性，将各种类型的有机污染物处理技术进行对比，选择治理效率高、效果好、运行成本较低的治理技术，并制定科学的治理计划，有组织、有计划地进行VOCs的排放和处理。考虑到技术和成本问题，化工企业可积极与第三方专业排污治理公司展开合作，借助其先进的技术手段优化VOCs排放治理方案，对效率低、性能较差的治理技术进行升级和改造，可将单一治理技术升级为组合式的排污治理系统，实现优势互补和效率最大化，从而有效控制区域内的VOCs整体排放量，改善大气环境。

3.3 加强排放监管

化工企业的生产工艺复杂，许多环节都可能出现VOCs排放，导致VOCs排放治理的难度较大，治理成本高，工作内容繁杂。部分化工企业由于管理理念、能力、技术、费用等多方面的限制，对VOCs的排放和治理缺乏组织性和计划性，许多排污环节缺乏合理的治理设施和控制机制，使得污染物直接排放至自然环境中，造成严重污染。无组织排放是当前化工企业VOCs排放的显著特征[6]。相关监管部门应当加强对化工企业无组织排放的管理，要求企业严格把控各个排污环节，有组织、有计划地将VOCs污染物进行集中处理、集中排放，对整个化工产品生产过程进行全面控制。监管部门应成立专门的监管小组，对管理范围内的化工企业进行全方位盘查，及时发现无组织VOCs排放问题，并监督、协助企业进行整改，列出生产过程中的每一处污染物泄漏源，要求企业及时修补漏洞。监管部门应鼓励企业升级VOCs排放治理系统，加强工艺技术的优化改造，使各化工企业都能严格遵守国家和地方相关法规的要求，保障VOCs排放的密闭性，以便于集中进行净化处理，减少有机污染物的逸散挥发。

3.4 加强教育培训

企业管理人员对VOCs排放治理工作的重视度也是影响治理效率与效果的重要因素。部分化工企业管理者对VOCs的危害缺乏足够认知，未意识到VOCs无组织排放对气候环境和人体健康的巨大影响；也有部分企业管理者缺乏足够的社会责任意识和正义感，为了追求更高经济效益，降低生产成本，对高污染、高排放问题视而不见；还有部分管理者对污染物排放治理问题有足够的重视度，但对各种先进治理技术缺乏了解，设备和技术陈旧落后，导致治理效率低下。针对上述问题，相关监管部门应加强对化工企业管理者的教育培训，增强其VOCs排放治理意识、法律意识和社会责任意识，并提高企业管理者对相关先进治理技术的了解程度。此外，化工企业内部也应加强宣传、教育和培训工作。

4 结语

总而言之，化工行业的生产类型广泛，生产过程复杂，产品多种多样，涉及VOCs排放的环节较多，加强VOCs排放治理非常具有必要性。各类化工企业需针对自身产品类型、原料辅料等，分析自身VOCs的排放类型、排放量及排放浓度等，合理选择治理技术，制定治理方案。监管部门也需重视对化工企业VOCs排放治理情况的监督管理，加强教育培训。此外，还需要加强对低VOCs含量原辅料的研发与推广，加强对治理技术的优化改造，以切实降低VOCs排放量和治理成本，实现绿色生产。