工业企业无组织VOCs治理案例浅析

王 忠

（泰安市社会信用信息中心，山东 泰安 271000）

引言

PM2.5概念进入大众视野以来，我国仍频繁发生大规模持续雾霾天气。虽然我国近年来投入了大量人力、物力对大气污染展开治理，取得了不菲成果，但大气污染防治工作形势依然严峻。VOCs作为主要污染源之一，对雾霾的形成和区域分布具有重大影响［1-2］。VOCs主要通过形成二次有机气凝胶而聚集在大气中，难以从末端入手治理，因此，对VOCs的治理应从源头上进行。

工业生产企业在选择VOCs治理技术方案时，应根据不同的工艺流程，确定经济、合理的技术路线。涉及到工艺物料区域，例如炼厂企业储罐区域的放空VOCs[3]，大多通过新增管道、冷凝等工艺，使废气进入现有火炬系统或新增排放即可满足VOCs达标要求。采用类似方案，既能够减少企业物料损失，回收物料，也可使企业的环保标准达到政府的监管要求，可谓“一箭双雕”。

在某些工业企业中，VOCs无组织排放的治理非常棘手，比如涂料行业、制药行业、油墨行业及工业厂房中的涂漆房、制药车间、包装车间、溶剂车间等，厂房空间大，且大部分为敞开或半敞开设计，其VOCs的治理标准要达到《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB 37822-2019）[4]的要求，其技术路线选择较为复杂、治理成本较高，且不会给企业带来多少经济效益，故企业主观动力不足，其治理和改造难度较大。

VOCs的处理技术路线选择可从其原料组分、安全评估等方面入手，选用吸附法（分子筛、活性炭）、冷凝法、燃烧（蓄热、催化等）等，相关技术要求可参考对应标准。本文针对工业企业厂房无组织排放有机挥发性气体的技术方案进行初步介绍，总结了几个典型企业的工业厂房实际案例。

1 某汽修厂烤漆房废气治理

某汽修厂有一个1 000 m2烤漆房，为汽车开展补漆、烤漆作业时，少量油漆挥发，产生VOCs气体，造成现场环境恶劣，无法满足环保要求。为尽快恢复汽修厂烤漆正常作业，通过实地调查，企业可选择最大程度地利用原有设备，减小施工作业工程量，缩短施工周期，降低改造投资成本的技术方案，确保其满足环保达标排放要求。处理流程见图1。

图1 某汽修厂烤漆房废气治理工艺流程

采用活性炭吸附技术方案进行治理，其技术路线选择理由如下：（1）油漆挥发浓度太低，主要污染来自气味；（2）为降低成本，根据油漆浓度低的实际情况，采用活性炭吸附，设计活性炭使用量满足5年以上需求，以降低更换频次；（3）只新增风机及配套吸风罩、风管道即可，改造成本低，施工作业量少，企业能够快速恢复正常生产。

关键设备选择：活性炭吸附装置主要由活性炭层和承托层组成。活性炭具有发达的孔隙，比表面积大，具有较高的吸附能力，正是由于活性炭的这种特性，使其在VOCs治理中被广泛应用。VOCs气体由风机提供动力，正压或负压进入活性炭吸附装置，由于活性炭固体表面存在未平衡和未饱和的分子引力或化学健力，因此当此固体表面与气体接触时，可使得气体分子浓聚并保持在固体表面，从而吸附VOCs，实现达标排放。

2 某制药企业天冬氨基酸生产尾气治理

在生产天冬氨基酸过程中，存在多处粉尘和VOCs挥发点：（1）四台天冬氨基酸蒸发釜在蒸发过程中，产生含氨VOCs气体；蒸发时蒸发釜内有搅拌过程，产生大量粉尘；（2）天冬氨基酸在蒸发后，放料过程中产生大量粉尘；（3）四台天冬氨基酸水解罐在水解时，产生含氨VOCs气体。处理流程见图2。

图2 某制药企业天冬氨基酸生产尾气治理工艺流程

由于尾气排放口没有设计有效的收集处理装置，采用直接排空，不能满足环保要求。本文通过分析，发现上述粉尘和VOCs水溶性较好，释放的氨气体采用水吸收。因此，针对上述企业实际情况，可优先采取水洗的方式进行粉尘和氨气VOCs收集处理，且无需更换现有生产设备即能满足环保要求。

关键设备选择：水洗吸收塔在VOCs处理中得到广泛应用，吸收塔选用一种高效低阻力设备，将流态化工作原理应用到气、液、固三相设备中，强化了反应、传热、传质过程。气体在引风机的作用下进入水洗吸收塔，先在除尘室内以水膜方式分离掉大部分粉尘；经过均风板的均布作用成为极其均匀细小的条状流，以一定的速度冲击均风板上部水层，产生剧烈的流态化，处于剧烈流态化的水层与VOCs迅速产生反应，从而完成VOCs的脱除。由于一定的液层高度及剧烈的流态化，液滴和气流融合、碰撞，对粉尘及VOCs进行了充分地粘附吸收，并延长了反应时间，因而效率大大提高。

选择水洗吸收塔具有以下优势：（1）除尘效率高—二次除尘的应用，可以将除尘效率提高到99.5%，最小分离粒径可以达到2 μm，排入环境中的空气达到国家行业环保标准要求；（2）VOCs脱除效率高—脱除反应为动力吸收过程，反应时间长，传热传质效率高，加快了对VOCs的吸收；（3）不结垢，不堵塞—采用特殊的喷液结构，确保不会产生结垢、堵塞现象；（4）风机不带水—通过添加除雾脱湿装置，确保风机不产生带水现象，保证了风机的使用寿命。

3 某肥料制造企业复合肥生产线废气治理

某肥料制造企业复合肥生产线，现场产生粉尘和含氨VOCs气体，造成现场环境恶劣，不能满足环保要求。本文根据现场情况，专门针对这特殊VOCs气体进行处理，以减小施工量，缩短施工周期，降低用户投资成本，保证环保达标排放。处理流程见图3。

图3 某肥料制造企业复合肥生产线尾气治理工艺流程

在生产线现场含有粉尘和含氨VOCs气体挥发处设计收集口，气体在引风机的作用下，先进入一级吸收塔，再进入二级吸收塔，经两塔反应后达标排放。

关键设备选择：吸收塔先在喷淋池内加入一定比例的脱除药剂，脱除药剂为市场常用化工原料。气体在引风机的作用下先进入一级吸收塔，先在除尘室内用水膜的方式将大部分粉尘分离掉，然后经过均风板的均布作用成为极其均匀细小的条状流，以一定的速度冲击均风板上部的浆液层，产生剧烈的流态化，处于剧烈流态化的浆液状脱除药剂与VOCs迅速产生反应，从而完成VOCs一级脱除。由于一定的液层高度及剧烈的流态化，液滴和气流融合、碰撞，对粉尘及VOCs进行充分地粘附吸收，而且延长了反应时间，因而效率大大提高，在充足的药剂作用下，VOCs的脱除率可以达到90%以上。

一级脱除后，在引风机作用下再进入二级吸收塔，喷淋池内加入另一种比例的脱除药剂，进行二级脱除，二级吸收塔原理与一级吸收塔一样，处理后气体可达标排放。

4 某有机化工企业连续生产车间有机废气治理

某有机化工企业连续生产车间产生连续有机废气，其工艺生产过程连续运行，产生大量有机废气，主要成分为VOCs和NOx。VOCs来自生产过程中的溶剂挥发，生产切换等过程，具有较高热值，可燃性较好，因此优先选用蓄热式燃烧（RTO）法进行处理，处理流程见图4。处理工艺主要分为3个系统：废气燃烧处理系统、尾气净化系统、烟羽治理排放系统。

图4 某有机化工企业连续生产车间有机废气治理工艺流程

4.1 废气燃烧处理系统

有机废气进入RTO燃烧系统前，设置气液分离器，使得来自生产过程中，进入到废气收集系统的液体在分离器中实现气液分离，避免将液体带入RTO中影响RTO的正常运行，同时也能减少废气系统的引风机等设备及管道的液体污染。

在废气管道系统中，设计RTO停车检修工况下备用的活性炭吸附塔，满足设备切换和停车检修过程的使用要求。RTO配套的连续燃烧系统，设置天然气助燃，入口管道上设置新鲜空气配风系统，满足RTO的多种工况操作适应性。天然气的消耗主要受到有机废气的热值影响，企业生产过程中产生的有机废气热值较高。本案例所采取的燃烧工艺，通常情况下，天然气仅作为辅助使用，有机废气自身就能够充分燃烧，天然气主要用于开工和补气用途。针对热值较高的有机废气，蓄热式燃烧法处理工艺具有投资小、操作灵活、满足多种运行工况、污染物可深度处理的优势。

4.2 尾气净化系统

经RTO充分燃烧后的尾气由于含有氮氧化物，尾气呈酸性，故尾气系统采用急冷+水洗双塔处理，采用碱液吸收方式脱出氮氧化物，将其转化为盐排放进入污水处理系统。为确保充分吸收尾气中的污染物及节约用水，水洗塔采用循环操作方式设计。

4.3 烟羽治理排放系统

因企业所在地环保部门针对烟囱排气筒达标排放尾气提出了更高的要求，即排气筒处在任何大气条件下不出现烟羽情况，减少环境影响区域人员对企业的投诉。通过调研分析，烟羽的产生原因主要是在烟囱口排入大气的过程中因温度降低，烟气中部分汽态水和污染物会发生凝结，在烟囱口形成雾状水汽，雾状水汽会因天空背景色和天空光照、观察角度等原因发生颜色的细微变化，形成“有色烟羽”，通常为白色、灰白色或蓝色等。因此，在治理工艺流程中设置了蒸汽加热尾气净化系统出口，升高排入烟囱排气筒气体的温度，降低气体的湿度，防止水汽凝结，消除烟羽，满足环境管理要求。

关键设备选择：蓄热氧化炉（RTO）操作温度不低于850 ℃，烟气在炉内停留2秒以上，使得燃烧过程可能产生的二噁英得到完全分解，并使废气充分氧化分解，保证VOCs去除率在98%以上。氧化产生的高温气体流经特制的陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温而“蓄热”，此“蓄热”用于预热后续进入的有机废气，从而节省废气升温的燃料消耗。

5 结论

综上所述，为达到VOCs无组织排放控制标准的要求，工业企业需结合自身实际，采取“一问题一技术方案”的原则开展设计。企业要充分考虑物料储存、转移、输送等过程产生VOCs的具体情况，制定可行的技术方案。不过，其治理过程也有一些共同点：（1）首先是无组织排放的废气收集系统，多采用引风机+集气罩+集气管道实现；（2）对收集废气进行有针对性的处理，或活性炭吸附、水吸收、药剂吸收等，需要根据物料化学特性进行设计；（3）通过采取“收集—处理—排放”治理措施，能够减少无组织排放VOCs。

总之，在采取治理措施后，企业无组织排放VOCs能够达标排放。但是由于建设污染治理设施需要进行环保投资，环保投入主要产生的是环境和社会效益，产生的经济价值较小，企业积极性不高，自身改造动力不足，主要推动力来自政府的环保监管要求。因此，为更好地做好VOCs的治理工作，除了加强监管，落实国家环保标准外，相关部门可利用一些相关政策和机制，提高企业进行环保改造和治理的积极性。