VOCs揮發(fā)性有機物治理技術(shù)評估與展望

一、研究背景

近年，我國大氣污染防治成效明顯，SO2、NO2、CO年均濃度穩(wěn)定達到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，顆粒物年均濃度逐年下降，但我國03年均濃度仍呈波動上升趨勢。2022年，我國地級及以上城市03日更大8小時平均值第90百分位數(shù)濃度為145μg/m3，同比上升5.8%。VOCs作為O3和二次有機氣溶膠的重要前體物，是控制O3污染和進一步降低PM2.5濃度的關(guān)鍵。

根據(jù)行業(yè)的生產(chǎn)工藝、排放特征和可能造成的環(huán)境影響因業(yè)制宜地開展源頭、過程、末端全過程控制，是實現(xiàn)揮發(fā)性有機物減排和改善環(huán)境空氣質(zhì)量的主要途徑。但VOCs源頭替代和過程控制技術(shù)與行業(yè)生產(chǎn)工藝相關(guān)，且推動需要一定的時間，目前仍需發(fā)揮好末端治理的保障作用。研究通過全國范圍內(nèi)的調(diào)研和現(xiàn)場監(jiān)測，獲取當(dāng)前我國VOCs治理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，分析和評估VOCs治理技術(shù)的實際處理效果、經(jīng)濟成本以及安全性能，梳理VOCs治理技術(shù)實際應(yīng)用中的問題，以期為VOCs防控政策的制定、VOCs治理工作的開展提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

二、VOCs治理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

通過收集國家及地方環(huán)境部門、環(huán)境科研單位以及行業(yè)協(xié)會等調(diào)研監(jiān)測數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)企業(yè)進行線上和現(xiàn)場調(diào)研，獲取了2298家印刷、家具、電子和制藥行業(yè)等VOCs污染防治重點行業(yè)企業(yè)的VOCs治理技術(shù)應(yīng)用情況。調(diào)研范圍涵蓋京津冀及周邊、長三角、珠三角、汾渭平原、成渝等重點區(qū)域以及江西和湖南等非重點地區(qū)。

總的來說，各行業(yè)企業(yè)VOCs治理技術(shù)仍以活性炭吸附、光催化/光氧化及其組合技術(shù)為主，約占86.38%。不同行業(yè)VOCs治理技術(shù)的具體應(yīng)用情況有所差異，其中，印刷行業(yè)主要為光催化/光氧化、活性炭吸附以及吸附濃縮+燃燒技術(shù)，占比分別為75.62%、13.73%和3.55%;家具行業(yè)主要為活性炭吸附、吸附+光催化/光氧化以及吸收技術(shù)，占比分別為64.25%、17.35%和6.84%;電子行業(yè)主要為活性炭吸附、光催化/光氧化以及吸附濃縮+燃燒技術(shù)，占比分別為74.30%、22.90%和1.40%;制藥行業(yè)主要為冷凝+吸收、吸收以及吸收+光催化/光氧化+吸附技術(shù)，占比分別為22.22%、16.67%和16.67%。調(diào)研企業(yè)VOCs治理技術(shù)應(yīng)用情況如下圖所示。

三、VOCs治理技術(shù)評估與常見問題

1、VOCs治理技術(shù)評估

（1）VOCs治理技術(shù)的實際處理效果

現(xiàn)場實測各VOCs治理技術(shù)去除效率如下圖所示。其中，吸收+連續(xù)式吸附濃縮+燃燒、連續(xù)式吸附濃縮+燃燒和燃燒技術(shù)的平均去除效率高，分別為94.39%、87.07%和81.74%;其他非燃燒技術(shù)的平均去除效率均在80%以下，特別是企業(yè)較普遍使用的活性炭吸附、光催化/光氧化及其組合技術(shù)去除效率的平均值和中位數(shù)均低于50%。此外，即使使用同一技術(shù)，當(dāng)廢氣濃度和成分、治理裝置設(shè)計、建設(shè)、運行和維護水平不一時，其去除效率亦會有較大差異，其中，測得的活性炭吸附技術(shù)VOCs去除效率差異大，其極差高達95.22%。

（2） VOCs治理技術(shù)的經(jīng)濟成本和安全性能

總的來說，去除效率高的燃燒及其組合技術(shù)的經(jīng)濟成本較高，廣泛使用的活性炭吸附和光催化/光氧化技術(shù)經(jīng)濟成本較低，吸附回收和冷凝回收技術(shù)的運行成本較高，但回收物可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。此外，等離子體、吸附、燃燒等技術(shù)及其組合技術(shù)還存在一定的安全風(fēng)險，等離子體裝置電暈放電著火、活性炭自燃、蓄熱燃燒裝置爆炸等事故時有發(fā)生。

2、VOCs治理技術(shù)實際應(yīng)用中的問題

現(xiàn)場調(diào)研和監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，VOCs治理技術(shù)選擇不合適、工藝設(shè)計不合理、預(yù)處理不重視、運行不規(guī)范等問題較為突出。

（1）技術(shù)選擇和工藝設(shè)計

當(dāng)前VOCs治理技術(shù)發(fā)展較快，各式各樣的治理技術(shù)及其組合工藝和設(shè)備不斷涌現(xiàn)。但企業(yè)對現(xiàn)有技術(shù)認(rèn)識還不足，且在選擇治理技術(shù)時僅優(yōu)先考慮一次性投入成本，未綜合考慮治理效果、二次污染及后續(xù)追加投入等問題，未根據(jù)排放廢氣的組分、濃度、回收價值以及廢氣風(fēng)量、溫度、濕度等選擇環(huán)境效益和經(jīng)濟性能更優(yōu)的治理技術(shù)，進而導(dǎo)致建設(shè)成本較低但VOCs處理效果差的光催化/光氧化等技術(shù)的廣泛使用。

正確的工藝設(shè)計是實現(xiàn)治理效果的前提?，F(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分企業(yè)采用活性炭吸附技術(shù)，但活性炭板與氣流平行，無法起到吸附作用;或把活性炭吸附裝置安裝在廠房樓頂，夏季正午裝置可達50~60℃，或?qū)囟燃s為60℃的烘干廢氣直接連入吸附裝置，導(dǎo)致已吸附在活性炭中的VOCs脫附，VOCs出口濃度高于進口濃度。

（2）預(yù)處理

合適的廢氣預(yù)處理是保證廢氣治理技術(shù)長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。各治理技術(shù)對進口廢氣要求不一，如吸附技術(shù)對進口廢氣的溫度、濕度、顆粒物濃度等要求嚴(yán)格，當(dāng)進口廢氣溫度過高時，已吸附在活性炭中的VOCs脫附，出口濃度高于進口，當(dāng)進口廢氣濕度、顆粒物濃度過高時，活性炭吸水飽和或積塵失效，均無法實現(xiàn)處理效果;此外，因不重視預(yù)處理而導(dǎo)致催化燃燒技術(shù)的催化劑失活、生物降解技術(shù)的生物菌種死亡等事件時有發(fā)生。

（3）運行管理

由于企業(yè)管理人員和工作人員環(huán)保意識較薄弱、專業(yè)知識水平不高，對于末端治理設(shè)施的日常運行、維護和管理不了解不重視，廢氣收集管道破裂或脫落、活性炭積塵或板結(jié)、失效的活性炭和催化劑等材料及損壞的閥門和加熱管等元器件長期不更換、燃燒裝置低溫運行、吸附濃縮裝置長時間不脫附甚至使用兩年從未脫附、末端治理裝置老化積水生銹破損等運行不規(guī)范問題屢見不鮮。這不僅會導(dǎo)致治理技術(shù)無法發(fā)揮正常的處理效果，還有可能面臨行政處罰和引發(fā)安全事故。

四、結(jié)論

1、通過對2298家企業(yè)調(diào)研結(jié)果進行分析，各行業(yè)企業(yè)VOCs治理技術(shù)仍以活性炭吸附、光催化/光氧化及其組合技術(shù)為主，共約占86.38%;不同行業(yè)VOCs治理技術(shù)的具體應(yīng)用情況有所差異，其中，印刷行業(yè)主要為光催化/光氧化技術(shù)，占比為75.62%;家具和電子行業(yè)主要為活性炭吸附技術(shù)，占比分別為64.25%和74.30%，制藥行業(yè)主要為冷凝+吸收技術(shù)，占比為22.22%。

2、吸收+連續(xù)式吸附濃縮+燃燒、連續(xù)式吸附濃縮+燃燒和燃燒技術(shù)的平均實測去除效率更高，分別為94.39%、87.07%和81.74%;其他非燃燒技術(shù)的平均實測去除效率均在80%以下，特別是企業(yè)較普遍使用的活性炭吸附、光催化/光氧化及其組合技術(shù)的實測去除效率的平均值和中位數(shù)均低于50%，遠不能達到國家標(biāo)準(zhǔn)中VOCs處理設(shè)施的處理效率不應(yīng)低于80%的要求。

3、即使使用同一技術(shù)，當(dāng)廢氣濃度和成分、治理裝置設(shè)計、建設(shè)、運行和維護水平不一時，其去除效率亦會有較大差異。其中，活性炭吸附技術(shù)的實測去除效率差異更大，其極差高達95.22%。實際應(yīng)用中，VOCs治理技術(shù)選擇不合適、工藝設(shè)計不合理、預(yù)處理不重視、運行不規(guī)范等問題較為突出。

4、去除效率高的燃燒及其組合技術(shù)的經(jīng)濟成本較高，廣泛使用的活性炭吸附和光催化/光氧化技術(shù)經(jīng)濟成本較低，吸附回收和冷凝回收技術(shù)的運行成本較高，但回收物可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。此外，等離子體、吸附、燃燒等技術(shù)及其組合技術(shù)還存在一定的安全風(fēng)險。

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