上海市環(huán)境科學(xué)研究院 費(fèi)波，楊超

當(dāng)前，我國以細(xì)顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）為特征污染物的大氣復(fù)合污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻[1-2]。揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds，VOCs）作為形成O3和PM2.5的重要前體物，是導(dǎo)致大氣復(fù)合污染形勢(shì)日益嚴(yán)峻的主要誘因之一[3-4]。VOCs的來源，主要包括人為源和自然源[5]。其中，工業(yè)源是人為源中環(huán)境空氣VOCs的主要貢獻(xiàn)源之一[6]。研究[7]表明，我國工業(yè)源VOCs排放對(duì)人為源的貢獻(xiàn)高達(dá)50%以上，工業(yè)源VOCs還具有涉及行業(yè)多、生產(chǎn)工藝繁、原輔料種類多樣、廢氣排放組分不一、大氣光化學(xué)反應(yīng)活性強(qiáng)等特點(diǎn)[8]。工業(yè)源VOCs排放貢獻(xiàn)較大的區(qū)域主要集中在京津冀、珠三角、長三角等發(fā)達(dá)地區(qū)[9]?！?020年揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅(jiān)方案》等文件中均提出了綜合整治重點(diǎn)行業(yè)高VOCs排放問題，并要求持續(xù)推進(jìn)工業(yè)源VOCs管控與治理工作。

安裝VOCs末端治理設(shè)施，對(duì)各排放環(huán)節(jié)VOCs進(jìn)行收集處理、達(dá)標(biāo)排放，是當(dāng)前管控工業(yè)源VOCs排放的主要方法之一。目前應(yīng)用較為廣泛的VOCs治理技術(shù)主要包括吸附、吸收、熱氧化、燃燒、冷凝及以上技術(shù)的優(yōu)化組合等。近些年，國內(nèi)較多研究[10]根據(jù)VOCs管控技術(shù)特點(diǎn)、治理技術(shù)應(yīng)用情況、VOCs排放特征及治理現(xiàn)狀等因素。探討了不同治理技術(shù)對(duì)VOCs的治理效果。為進(jìn)一步研究各類VOCs治理技術(shù)的實(shí)際去除效果及應(yīng)用現(xiàn)狀，綜合考慮行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中VOCs排放組分復(fù)雜、排放濃度變化劇烈等因素。對(duì)企業(yè)正常生產(chǎn)情況下開展VOCs治理技術(shù)效果實(shí)測(cè)研究，應(yīng)掌握當(dāng)前主流VOCs治理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀尤為重要。研究聚焦某工業(yè)區(qū)，基于區(qū)內(nèi)行業(yè)VOCs治理技術(shù)應(yīng)用情況調(diào)研數(shù)據(jù)。聚焦區(qū)內(nèi)涂料油墨制造、汽車及零部件制造、機(jī)械制造及包裝印刷4大行業(yè)，選取13家企業(yè)6種典型VOCs治理技術(shù)處理效果開展現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，對(duì)比各類技術(shù)對(duì)VOCs的處理效果，且分析技術(shù)適用性，并從經(jīng)濟(jì)性、適用性等方面進(jìn)行分析評(píng)估，以期為工業(yè)源VOCs污染管控技術(shù)的選擇提供參考借鑒。

一、材料與方法

（一）研究對(duì)象

對(duì)某工業(yè)區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)所有企業(yè)VOCs末端治理設(shè)施安裝率達(dá)100%。應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)包括，活性炭吸附、活性炭吸附+催化氧化（CO）、蓄熱式熱力氧化技術(shù)（RTO）、沸石轉(zhuǎn)輪+RTO及沸石轉(zhuǎn)輪+CO等。為進(jìn)一步調(diào)查研究，區(qū)內(nèi)涂料油墨制造、汽車及零部件制造、機(jī)械制造及包裝印刷4大行業(yè)企業(yè)數(shù)量合計(jì)占比75%、排放貢獻(xiàn)率高達(dá)80%以上，因此，主要選擇區(qū)內(nèi)以上4個(gè)行業(yè)作為研究對(duì)象。選取安裝活性炭吸附、活性炭吸附+CO、RTO、沸石轉(zhuǎn)輪+RTO、沸石轉(zhuǎn)輪+CO及低溫冷凝等治理技術(shù)的多家企業(yè)末端治理裝置。在其治理設(shè)施前后采樣口進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析。

（二）檢測(cè)儀器及方法

VOCs治理裝置排口濃度連續(xù)檢測(cè)使用德國JUM3-900 109A非甲烷總烴分析儀，風(fēng)向風(fēng)速的測(cè)定選用三杯風(fēng)速儀?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)行業(yè)企業(yè)具體信息如表1所示。

表1 VOCs治理設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)基礎(chǔ)信息

（三）質(zhì)量控制和質(zhì)量保證

為確保企業(yè)數(shù)據(jù)的可靠性，檢測(cè)在企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷不低于75%的條件下進(jìn)行。另一方面，為保證德國JUM3-900 109A非甲烷總烴分析儀檢測(cè)的規(guī)范性及數(shù)據(jù)的有效性，檢測(cè)工作開始前需對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。并采用99.9%高純度氮?dú)鈱?duì)儀器進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，選用100ppm甲烷對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)氣標(biāo)定。

二、結(jié)果與討論

（一）典型行業(yè)VOCs排放特征及治理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

涂料油墨制造、機(jī)械制造、汽車及零部件制造及包裝印刷4個(gè)行業(yè)VOCs主要排放特征如下表2所示。除涂料油墨制造行業(yè)外，其余3個(gè)行業(yè)屬于典型的溶劑使用行業(yè)。由下表可知，不同行業(yè)VOCs排放環(huán)節(jié)、排放特點(diǎn)差異較大。這主要由行業(yè)生產(chǎn)工藝過程決定。不同行業(yè)排放廢氣主要組分也有所差異。但主要都包含苯系物、醇類、酮類、醛類、酯類等，這可能與行業(yè)原輔材料類別及生產(chǎn)的產(chǎn)品有關(guān)。基于調(diào)研的4個(gè)重點(diǎn)行業(yè)，有13家典型企業(yè)VOCs治理應(yīng)用不同治理技術(shù)的現(xiàn)狀如圖1所示。這其中，沸石轉(zhuǎn)輪+RTO治理技術(shù)應(yīng)用最廣，占比46%；其次為活性炭吸附+CO技術(shù)，應(yīng)用占比15%；活性炭吸附技術(shù)、RTO技術(shù)、沸石轉(zhuǎn)輪+CO技術(shù)、活性炭吸附+低溫冷凝技術(shù)應(yīng)用占比相當(dāng)，均為8%；旋轉(zhuǎn)式RTO應(yīng)用占比7%。

圖1 VOCs典型治理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

表2 典型行業(yè)VOCs排放特征及主流治理技術(shù)

（二）VOCs治理技術(shù)效果實(shí)測(cè)及分析

研究選取涂料油墨制造、機(jī)械制造、汽車及零部件制造，及包裝印刷4個(gè)行業(yè)典型企業(yè)。在末端治理裝置排放進(jìn)出口開展VOCs處理效果現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，其結(jié)果如圖2所示。RTO、沸石轉(zhuǎn)輪+RTO、活性炭吸附+氮?dú)饷摳?低溫冷凝及沸石轉(zhuǎn)輪+CO技術(shù)，對(duì)VOCs廢氣治理極為高效且處理效果穩(wěn)定，處理效率可穩(wěn)定達(dá)90%以上。

圖2 不同VOCs治理技術(shù)處理效率

6種VOCs治理技術(shù)平均處理效率如下圖3所示。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)條件下，6種VOCs治理技術(shù)的平均處理效率，在42.5%～99.5%之間，熱氧化技術(shù)處理效率普遍較高，而單一技術(shù)處理效率相較于其組合技術(shù)處理效率普遍較低。其中，RTO對(duì)VOCs的平均處理效率為95.7%，而沸石轉(zhuǎn)輪+RTO組合技術(shù)對(duì)VOCs的平均處理效率最高達(dá)99.5%；沸石轉(zhuǎn)輪+CO的平均處理效率達(dá)94.8%；活性炭吸附的平均處理效率為42.5%；活性炭吸附+CO的平均處理效率達(dá)89.7%；活性炭吸附+低溫冷凝治理技術(shù)的平均處理效率可達(dá)91.3%。由下圖可見，而多種處理技術(shù)優(yōu)化組合對(duì)VOCs的去除效果要優(yōu)于單一處理技術(shù)。

（三）VOCs治理技術(shù)應(yīng)用討論與建議

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及實(shí)測(cè)情況表明，RTO、沸石轉(zhuǎn)輪+RTO裝置對(duì)廢氣具有較好地且穩(wěn)定的處理效果，并對(duì)廢氣濃度波動(dòng)有很強(qiáng)的適應(yīng)性?；钚蕴课?CO裝置對(duì)廢氣處理效果受活性炭的影響較大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)顆?；钚蕴康庵递^高時(shí)對(duì)VOCs吸附效果較好。活性炭吸附+氮?dú)饷摳?冷凝技術(shù)對(duì)有機(jī)廢氣處理效果極佳，氮?dú)鈱?duì)活性炭脫附具有很好的效果。

使用物理方法，對(duì)含VOCs物料進(jìn)行回收利用是最佳的控制方式。其中，吸附法和吸收法的應(yīng)用較為廣泛。吸附法包括顆粒活性炭吸附、碳纖維吸附、沸石分子篩吸附等；吸收法主要以低溫冷凝為主，其也是高濃度、低風(fēng)量VOCs廢氣預(yù)處理常用的方法之一。但其處理后的廢氣常常難以達(dá)標(biāo)排放，因此常采用活性炭吸附+低溫冷凝相結(jié)合的方法進(jìn)行處理。

使用銷毀方法將VOCs氧化分解成CO2和H2O是VOCs處理最常用的方法，通常還會(huì)將VOCs廢氣分解的熱量進(jìn)行回收利用。RTO是最常用的方法之一，其對(duì)廢氣的處理效率可高達(dá)99%以上。在高效處理廢氣的同時(shí)還能減少能源消耗；采用CO技術(shù)通過催化劑的使用可大幅降低廢氣熱氧化溫度，顯著降低能源消耗。此外，通常利用沸石轉(zhuǎn)輪等濃縮裝置，并針對(duì)風(fēng)量大、濃度低的廢氣，將其濃縮后再采用熱氧化方式進(jìn)行處理。

三、結(jié)論

（1）研究選取的4個(gè)典型行業(yè)中，沸石轉(zhuǎn)輪+RTO技術(shù)處理VOCs廢氣應(yīng)用最廣，其占比為46%；其次為活性炭吸附+CO技術(shù)，應(yīng)用占比為15%；活性炭吸附技術(shù)、RTO技術(shù)、沸石轉(zhuǎn)輪+CO技術(shù)、活性炭吸附+低溫冷凝技術(shù)應(yīng)用占比相當(dāng)，均為8%；旋轉(zhuǎn)式RTO應(yīng)用占比7%。（2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的6種VOCs主流治理技術(shù)中，沸石轉(zhuǎn)輪+RTO技術(shù)處理效率最高，可達(dá)99.5%。而活性炭吸附對(duì)VOCs的平均處理效率最低，為42.5%。RTO裝置對(duì)VOCs的平均處理效率為95.7%。活性炭吸附+CO裝置對(duì)VOCs的平均處理效率達(dá)89.7%，活性炭吸附+低溫冷凝治理技術(shù)的平均處理效率達(dá)91.3%，沸石轉(zhuǎn)輪+CO處理裝置對(duì)VOCs的平均處理效率可達(dá)94.8%。多種處理技術(shù)的優(yōu)化組合，對(duì)VOCs的去除效果要優(yōu)于單一處理技術(shù)。（3）篩選VOCs可行治理技術(shù)時(shí)，應(yīng)充分了解行業(yè)企業(yè)VOCs排放特征。對(duì)治理手段開展技術(shù)適用性、運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)效益性等方面綜合考量評(píng)估。在VOCs高效治理的同時(shí)，應(yīng)考慮到政府監(jiān)管能力、企業(yè)運(yùn)營成本及區(qū)域大氣污染物排放政策，從而兼顧社會(huì)、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)三重效益。