某有机化工企业危废仓库挥发性有机物的治理案例

王蒋镔, 郭耀广,b, 展佳航, 顾卫星, 朱亚南, 胡 山

(1.上海第二工业大学 a.环境与材料工程学院；b.资源循环科学与工程研究中心,上海201209；2.上海沃百环境发展有限公司,上海201209；3.上海巨浪环保有限公司,上海201799；4.上海市浦东新区环境事务管理中心,上海201203)

0 引言

“十三五”以来,国家对生态环境整治监察力度越来越大,挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)已经成为环境污染整治的重点,是蓝天保卫战的一个重大挑战,国家也相继出台了一些更严格的法规以及标准[1-3]。

VOCs来源相对复杂,行业覆盖范围广,排放环节多,目前治理的VOCs主要集中在有机物原料生产车间的污染排放、有机物使用过程中的污染排放,而对一些有机化工行业的危废仓库或污水处理站污泥储存点的VOCs治理却较少涉及[4-8]。本文以化工企业危废仓库的有机废气治理为例,针对成分复杂、浓度低、难收集的VOCs设计了一套切实可行的组合技术治理工艺,该治理工艺将为其他易产生低浓度、成分复杂的VOCs的化工企业原料仓库、危废仓库、污水处理站等提供切实可行、高效治理的技术支持和应用借鉴。

1 危废仓库VOCs及其治理技术简述

危险废物是指列入《国家危险废物名录》或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性和感染性等一种或一种以上危险特性,以及不排除具有以上危险特性的固体废物[9]。根据危险废物名录库中的分类,多类危险废物都极易产生VOCs污染。同时《危险废物贮存污染控制标准》(GB 18597—2001)[10]中指出危险废物贮存场所的气体污染物应满足《大气污染物综合排放标准》(GB16927—1996)[11]中的无组织排放要求,若不满足则需要进行收集处理,配备废气处理设施。

VOCs种类覆盖范围广,环境危害性大[12-14],根据来源其控制处理措施可主要分为:源头控制[15]；泄漏检测与修复技术(leak detection and repair,LDAR)[16-18]；末端减排控制技术。其中末端控制是目前VOCs控制的主要方法,包括冷凝技术[19]、吸附技术[20-21]、吸收技术[22]、膜分离技术[23]、生物法[24-25]、光催化氧化法[26-27]和热力学氧化法[28]。

在实际治理案例中,由于VOCs的种类及性质复杂,为提高治理效率通常将多种VOCs处理技术联合使用,如冷凝法和活性炭吸附联用、光催化氧化和活性炭吸附联用、光催化氧化和生物洗涤技术联用等都已得到广泛的应用。某医药公司主营三氟甲苯系列产品,其废气污染物主要包括氯化氢、氟化氢、对氯甲苯等,总废气量为24 000 m3/h,采用“碱洗+臭氧氧化+活性炭吸附”组合工艺进行废气净化处理,效果显著,排气筒出口非甲烷总烃浓度为17.1 mg/m3,去除率达93.3%[29]。某印刷厂在使用胶水和油墨过程中主要产生甲苯、二甲苯等挥发性有机废气,总废气量为6 500 m3/h,采用“喷淋洗涤+紫外光解氧化+水雾吸收”组合工艺进行废气净化处理,VOCs去除率达93.97%以上,排气筒出口非甲烷总烃浓度为2.37 mg/m3[30]。某电子元件生产企业根据其废气成分(主要为异丙醇、乙醇)采取了“干式过滤+一级活性炭吸附浓缩+催化燃烧+二级活性炭吸附”组合工艺进行废气净化处理,最终排气口异丙醇排放浓度为8 g/h,处理效率达到94.2%,乙醇排放浓度低于2 mg/m3,处理效率大于90%[31]。根据产生的VOCs的不同种类和浓度,结合多方面因素选用不同的控制技术并将其组合,从而能更好地降解VOCs,达到排放标准且高效节能、无二次污染。

2 危废仓库VOCs治理案例

2.1 项目简介

2.1.1 项目背景

某公司是一家专注于液晶材料和精细化学品的技术开发、生产、销售与服务的制造公司,经营范围包括液晶电子、信息功能材料产品的生产和销售；产品主要包括工控显示液晶材料、车载显示用液晶材料,IT显示用液晶材料和消费品用液晶材料。

公司厂房内东北角有两个危废仓库,分别为危废库1和危废库2。危废库1主要存放生产中的废溶剂、污水站废溶剂、废油、精馏残渣、化学污泥等。主要污染物是甲苯、石油醚、乙醇等,采用型号为PGM-7320 MiniRAE 3 000的氢火焰离子化检测仪检测仓库内VOCs的浓度为0.8 mg/m3；危废库2主要存放三苯氧磷、硅胶、废钯碳盐、废包装。主要污染物是甲苯、石油醚、乙醇等,检测仓库内的VOCs浓度为30 mg/m3。

2.1.2 设计依据及要求

本项目设计方案严格按照《危险废物贮存污染控制标准》(GB 18597—2001)及《工业企业挥发性有机物排放控制标准》(DB13/2322—2016)相关要求执行。

危废库内的VOCs经收集通过组合工艺后,最终排放可以满足《工业企业挥发性有机物排放控制标准》(DB13/2322—2016)的要求,污染物排放限值如表1所示。

表1污染物排放限值Tab.1 Pollutant emission limit

2.2 方案及工艺流程设计

危废库1尺寸为:7.3 m×17.4 m×6.7 m=851 m3；危废库2尺寸为:7 m×10 m×5 m=350 m3。

根据《工业通风设计准则》[32],危废仓库的换气取6次/h,则危废库1的风量为5 106 m3/h,危废库2的风量为2 100 m3/h,由于南北危废仓库VOCs大体相同,此项目采用一套系统来收集处理南北危废库的VOCs。总风量为7 206 m3/h,根据风管长度、弯头风阻等因素取其增量系数为1.1,则最终系统风量为7 926.6 m3/h。

根据危废库内主要VOCs的性质(乙醇易溶于水；石油醚和甲苯易被活性炭吸附)及其浓度(＜30 mg/m3),且厂区内部建有污水处理系统,结合设备投资、工艺的运行维护等多方面考虑,项目采用“水洗+气雾分离+活性炭吸附”的组合技术来净化VOCs。工艺流程图如图1所示,危废库中VOCs经高效收集后进入水洗塔,通过水洗去除废气中乙醇等易溶于水的物质以及少量微溶于水的甲苯,然后废气进入气雾分离装置,通过装置中的玻璃丝纤维棉和折流板去除废气中残留的水分,最后进入活性炭吸附箱,通过活性炭吸附作用去除废气中的石油醚、苯系物等不溶于水的物质,通过风机在15 m高空排放。同时在排放口配备具有远程数据传输功能的VOCs在线监控系统,可在后台实时监测VOCs排放浓度,判断活性炭箱中活性炭吸附性能是否饱和,根据运行效果,其更换周期可达一年一换,极大地减少了运行维护成本,水洗过程中产生的二次废水接入厂区内部污水处理系统,也避免了额外的运行成本。

图1工艺流程图Fig.1 Process f l ow chart

2.3 主要设备及技术参数

系统主要包括活性炭吸附装置、水洗塔、气雾分离器和风机。其中活性炭吸附装置设计参数与水洗塔设备设计参数参考《环保设备设计手册.大气污染控制设备》[33],设备符合《环境保护产品技术要求工业废气吸附净化装置》(HJ/T 386—2007)[34]和《环境保护产品技术要求工业废气吸收净化装置》(HJ/T 387—2007)[35]的相关要求,整体系统设计符合《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ 2026—2013)[36],设备参数见表2。

表2设备参数Tab.2 Equipment parameters

2.4 处理效果

系统竣工验收时进行第1次检测,排气筒出口处非甲烷总烃浓度平均值为32.3 mg/m3,甲苯与二甲苯合计浓度平均值为1.39 mg/m3,检测结果见表3。系统运行3个月后进行第2次检测,排气筒出口处非甲烷总烃浓度平均值为4.78 mg/m3,甲苯与二甲苯合计浓度平均值为0.303 mg/m3,检测结果见表4。通过在线数据监控平台,导出其在2019年1～5月的VOCs连续排放数据,通过汇总分析并计算其单月平均排放浓度,如图2所示。可知此组合工艺处理系统运行稳定,能保持VOCs排放持久达标,月平均排放浓度基本稳定在6～12 mg/m3。

表3第1次检测结果Tab.3 First detection results

表4第2次检测结果Tab.4 Second detection results

图2 2019年1～5月VOCs平均排放浓度Fig.2 VOCs mean emission concentration from January to May in 2019

2.5 经济效益分析

系统一次性投资成本主要包括风机、活性炭吸附装置、水洗塔以及管道安装等费用,总投资为14.1万元。系统运行维护费用主要包括活性炭更换及处理费用、工业用电费用和工业用水费用。系统装机功率为14 kW,运行功率为12.6 kW,以每日运行18 h计算,则耗电量为226.8 kW·h/d,以当地高峰电价中间值0.757 4元/kW·h计算工业用电费用为171.78元/d。活性炭填充量为0.8 m3,更换周期约为1次/8月,更换及处理成本约为12 000元/m3,则活性炭所需成本约40元/d。水洗塔用水量为2.5 m3,每月更换2次,费用以当地非居民用水价格8.94元/m3计算,则用水成本约为1.49元/d。因此,系统整体运行维护成本为213.27元/d,相比同行业相关治理工艺具有一定的优势[37]。

3结 论

本文根据有机化工行业危废仓库VOCs浓度低、成分复杂的特点,设计了“水洗+气雾分离+活性炭吸附”的废气组合处理工艺,设计过程中充分考虑了收集、管道布置、厂区条件等影响投资成本、运行维护成本的因素,其治理最终满足《工业企业挥发性有机物排放控制标准》(DB13/2322—2016),减少了大量的VOCs无组织排放。该治理工艺简洁有效,运行流畅,投资成本小,运营维护费用低,同样可在其他小风量、低浓度的VOCs治理中推广应用。