吳麗娟(英格爾檢測技術(shù)服務(wù)(上海)有限公司，上海 201100)

0 引言

揮發(fā)性有機化合物(volatile organic compounds,VOCs)，一般指的是20 ℃下蒸氣壓不小于10 Pa、常壓下沸點低于250～260 ℃的有機化合物的總稱。常見種類的有烷烴、芳香烴、烯烴、鹵代烴、酯類、醛酮類和其他化合物等，其污染主要來自石油化工、油墨涂料、醫(yī)藥制造等行業(yè)，具體發(fā)生于生產(chǎn)或使用含VOCs相關(guān)物料的環(huán)節(jié)。VOCs對生態(tài)環(huán)境影響極大，其在太陽光紫外線照射下可與氮氧化合物及鹵素自由基等發(fā)生光化學反應(yīng)，是光化學煙霧的主要來源之一。根據(jù)國家標準GB 37822—2019 《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標準》，VOCs被定義為“參與大氣光化學反應(yīng)的有機化合物，或者根據(jù)相關(guān)規(guī)定確定的有機化合物”。由此可見VOCs在大氣光化學污染中的重要影響。VOCs危害人體生命健康，部分過量VOCs可能導(dǎo)致中毒和致癌，當人吸入過高濃度VOCs會引起急性中毒，導(dǎo)致頭暈、惡心、昏迷甚至肝中毒。

VOCs類污染物易揮發(fā)、廢氣來源廣、危害大、治理難度高，目前屬于第二大大氣污染物。工業(yè)上低濃度VOCs廢氣(濃度低于1 500 mg/m3)一般采取轉(zhuǎn)移法進行處理。本文以上海該機械加工企業(yè)為例，對生產(chǎn)過程中“塑粉噴涂-烘干固化”工段產(chǎn)生的VOCs廢氣處理過程進行分析，簡要介紹VOCs廢氣產(chǎn)生環(huán)節(jié)、廢氣特點，評價企業(yè)原VOCs廢氣治理方案處理效果和顯著缺點。根據(jù)廢氣高溫、含塵、低濃度特點，挖掘處理方案的改善潛力，提出優(yōu)化方案并組織建議企業(yè)實施。

1 上海某機械加工企業(yè)噴涂廢氣產(chǎn)生與處理的特點

上海某機械加工企業(yè)(以下簡稱“本企業(yè)”)位于上海市閔行區(qū)，VOCs廢氣排放標準執(zhí)行上海市DB 31/933—2015 《大氣污染物綜合排放標準》，即要求在15 m高排氣筒排放時，非甲烷總烴的排放濃度＜70 mg/m3，排放速率＜3 kg/h。本企業(yè)主要經(jīng)營范圍包括五金沖壓，金屬制品噴涂，汽車配件加工等[1-2]。其中含塵VOCs廢氣主要產(chǎn)生于汽車金屬配件“塑粉噴涂-固化烘干”過程中，VOCs廢氣產(chǎn)生環(huán)節(jié)及采取的治理措施如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)工藝及產(chǎn)排污節(jié)點

工藝流程簡介：待噴涂金屬材料進入“機械加工”工藝，包括激光切割、數(shù)沖、折彎、焊接(焊絲不含鉛、錫)和打磨等，主要通過各種機械加工設(shè)備對來料金屬材料進行機械加工。后進入 “前處理”工藝，包括脫脂、清洗、硅烷化、清洗等，脫脂采用脫脂劑去除材料表面油脂類雜物，操作溫度為50 ℃，脫脂液循環(huán)使用不外排；硅烷化處理采用硅烷處理劑，提高塑粉對基材的附著力。脫脂、硅烷化工序后清洗均采用常溫自來水清洗。再進入“烘干”工藝，烘干熱源由柴油鍋爐供應(yīng)，烘干室采用熱風間接加熱方式去除工件表面水分，烘干溫度為120 ℃。

烘干后待噴涂金屬材料送入靜電噴涂一體化設(shè)備，經(jīng)過塑粉噴涂處理，最后烘干室進行烘干固化，溫度條件為180 ℃?！八芊蹏娡俊边^程會有少量未附著汽車金屬配件表面塑粉形成噴涂粉塵，“烘干固化”過程有少量有機物從汽車金屬配件表面塑粉中揮發(fā)，形成固化有機廢氣，噴涂一體化出氣主要污染因子為粉塵與VOCs，廢氣溫度約70～100 ℃。

原治理方案及效果評價：本企業(yè)原針對含塵VOCs廢氣采用“旋風除塵+UV光催化氧化+活性炭吸附”廢氣治理措施。本企業(yè)原廢氣設(shè)施存在一定的缺陷：VOCs廢氣的高溫直接影響活性炭吸附效率。通常條件下，活性炭吸附一般要求廢氣溫度在40 ℃以下，對于25 ℃廢氣吸附效率最佳。參考《活性炭的應(yīng)用技術(shù)：其維持管理及存在問題》，本企業(yè)現(xiàn)有廢氣溫度條件下100 ℃下活性炭吸附效率不到11%，遠低于活性炭90%吸附效率的理論數(shù)值[3-5]。參考《VOCs廢氣治理之UV光解與UV光催化氧化淺析》中提到，UV光催化氧化工藝對溫度100 ℃的VOCs廢氣，停留時間大約2～5 s, VOCs去除效率約40%，因此，本企業(yè)原VOCs廢氣兩級治理綜合效率僅達到47%左右。根據(jù)本企業(yè)“環(huán)境整頓規(guī)范評估”報告，VOCs生產(chǎn)量為0.58 t/a，經(jīng)原廢氣治理后VOCs排放量為0.31 t/a。

綜上所述，較高溫度的VOCs廢氣不僅直接影響廢氣治理措施的處理效率，增加本企業(yè)廢氣中VOCs的排放量，進而影響本企業(yè)環(huán)保稅收的支出，還間接導(dǎo)致本企業(yè)環(huán)保設(shè)備使用壽命縮短，并且吸附材料活性炭表面附著粉塵也會導(dǎo)致其“中毒”失活。

2 優(yōu)化方案的評價治理效果

對VOCs的處理工藝，常見的有吸附法、UV光催化氧化、低溫等離子、催化燃燒和生物降解等技術(shù)。單一的活性炭吸附技術(shù)由于處理能力有限，更換頻次不合理會導(dǎo)致治理效率不穩(wěn)定，已經(jīng)逐步退出重點行業(yè)的適用范圍。單一的UV光催化氧化法、單一的低溫等離子體法均會產(chǎn)生中間產(chǎn)物，造成二次污染。催化燃燒法適合高濃度的VOCs廢氣處理，且從經(jīng)濟角度看運維成本較高，不適合本項目的應(yīng)用范圍。生物降解法、光降解法在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較少，偶有條件符合的企業(yè)使用。據(jù)相關(guān)文獻研究，在東莞地區(qū)的家具制造、制鞋、印刷、塑膠、涂料和表面涂裝等工業(yè)領(lǐng)域，UV光催化氧化+活性炭吸附是最常用、最經(jīng)濟的低濃度VOCs治理方案，使用占比為六成以上。因為UV光催化氧化和活性炭吸附方法聯(lián)用處理方案，既兼顧了UV光催化氧化法的高效率和活性炭吸附法的低成本、安全穩(wěn)定，同時也減少產(chǎn)生二次污染，是運用最廣泛、處理效率高、經(jīng)濟成本低廉的低濃度VOCs綜合處理方案。因此，UV光催化氧化和活性炭吸附方法聯(lián)用仍然適用于本企業(yè)VOCs廢氣治理，但需要在前段增設(shè)降溫、除塵預(yù)處理設(shè)施。

優(yōu)化后處理工藝：優(yōu)化后處理工藝為“二級循環(huán)水冷卻裝置+除濕干燥裝置+旋風除塵+UV光催化氧化+活性炭吸附”(如圖2所示)；優(yōu)化后的廢氣治理具備以下優(yōu)勢：(1)兩級水冷卻對廢氣中的粉塵和VOCs有一定的過濾吸附效率、避免粉塵造成后續(xù)活性炭中毒；(2)兩級循環(huán)水冷卻降低廢氣溫度(25 ℃)，提高活性炭吸附效率；(3)除濕干燥裝置去除冷卻后廢氣中多余含水率，更適合活性炭和UV光催化氧化[6]。

圖2 優(yōu)化后的VOCs廢氣處理工藝

建議本企業(yè)控制廢氣經(jīng)兩級水冷卻裝置后出氣溫度在25℃左右，此溫度下的VOCs廢氣的活性炭吸附效率可達40%。因此，本企業(yè)VOCs廢氣優(yōu)化方案治理綜合效率可達64%。因此，本企業(yè)廢氣治理后VOCs排放量僅為0.21 t/a。相對本企業(yè)原處理工藝，VOCs排放量降低了32%。

綜上所述：根據(jù)本企業(yè)“環(huán)境整頓規(guī)范評估”報告，本企業(yè)年運行時間為2 800 h，塑粉噴涂-烘干固化產(chǎn)生的VOCs廢氣經(jīng)廢氣治理方案處理后，尾氣分別經(jīng)兩根15 m高排氣筒排放[7-9]。原處理方案處理后VOCs廢氣的排放情況：排放濃度為6.15 mg/m3，排放速率為0.06 kg/h，總排放量為0.31 t/a。優(yōu)化方案處理后VOCs廢氣的排放情況：排放濃度為4.14 mg/m3，排放速率為0.04 kg/h，總排放量為0.21 t/a。該優(yōu)化方案在原方案的基礎(chǔ)上增加了兩級循環(huán)水冷卻裝置+除濕干燥裝置三個工序，降低了VOCs廢氣溫度和廢氣中粉塵含量，顯著提高活性炭處理活性與效率，優(yōu)化方案處理后廢氣排放濃度和排放速率均滿足DB 31/933—2015表1中限值要求[10]。該優(yōu)化方案實施后與原方案的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 優(yōu)化方案與原方案的技術(shù)參數(shù)對比表

通過兩方案的對比，總結(jié)得出該優(yōu)化方案的優(yōu)點和不足。

優(yōu)點主要有：(1)提高了VOCs17%的去除效率，降低了外排廢氣中VOCs(以非甲烷總烴計)的濃度和速率，治理效果徹底；(2)廢氣溫度和含塵量降低，有利于環(huán)保設(shè)備運行的穩(wěn)定與安全，節(jié)省企業(yè)設(shè)備運營與維護成本；(3)VOCs排放量降低了32%，大大削減了企業(yè)的環(huán)保稅支出，同時響應(yīng)國家“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”、上海市VOCs深化改革治理要求，加快削減VOCs排放量，企業(yè)可獲得上海市政府“扶持補貼”。

不足之處為該二級循環(huán)冷卻水裝置，定期更換會產(chǎn)生少量循環(huán)廢水，造成次生污染。

3 結(jié)語

工業(yè)領(lǐng)域處理VOCs廢氣一般采用焚毀法或轉(zhuǎn)移法，但針對低濃度VOCs廢氣通常采用轉(zhuǎn)移法進行治理。企業(yè)實際具體治理方案的選擇，應(yīng)根據(jù)廢氣成分、物理化學性質(zhì)特點，再結(jié)合企業(yè)現(xiàn)場工作環(huán)境條件(包括溫度、濕度、酸度、灰塵等因素)與當?shù)嘏欧艠藴室髞泶_定[11-14]。針對本企業(yè)的較高溫度、含塵、低濃度VOCs廢氣，本文推薦采用循環(huán)水冷卻方式降溫除塵，并搭配采用除濕干燥+旋風除塵+UV光催化氧化+活性碳吸附法進一步去除粉塵與VOCs，達到廢氣穩(wěn)定達標排放要求，經(jīng)濟適用性強。在工業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用中，企業(yè)可根據(jù)自身條件與環(huán)境需求選擇組合方案，發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢以達到最優(yōu)治理效果。