王蔣鑌, 郭耀廣,b, 展佳航, 顧衛(wèi)星, 朱亞南, 胡 山

(1.上海第二工業(yè)大學(xué) a.環(huán)境與材料工程學(xué)院；b.資源循環(huán)科學(xué)與工程研究中心,上海201209；2.上海沃百環(huán)境發(fā)展有限公司,上海201209；3.上海巨浪環(huán)保有限公司,上海201799；4.上海市浦東新區(qū)環(huán)境事務(wù)管理中心,上海201203)

0 引言

“十三五”以來(lái),國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境整治監(jiān)察力度越來(lái)越大,揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds,VOCs)已經(jīng)成為環(huán)境污染整治的重點(diǎn),是藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的一個(gè)重大挑戰(zhàn),國(guó)家也相繼出臺(tái)了一些更嚴(yán)格的法規(guī)以及標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。

VOCs來(lái)源相對(duì)復(fù)雜,行業(yè)覆蓋范圍廣,排放環(huán)節(jié)多,目前治理的VOCs主要集中在有機(jī)物原料生產(chǎn)車間的污染排放、有機(jī)物使用過(guò)程中的污染排放,而對(duì)一些有機(jī)化工行業(yè)的危廢倉(cāng)庫(kù)或污水處理站污泥儲(chǔ)存點(diǎn)的VOCs治理卻較少涉及[4-8]。本文以化工企業(yè)危廢倉(cāng)庫(kù)的有機(jī)廢氣治理為例,針對(duì)成分復(fù)雜、濃度低、難收集的VOCs設(shè)計(jì)了一套切實(shí)可行的組合技術(shù)治理工藝,該治理工藝將為其他易產(chǎn)生低濃度、成分復(fù)雜的VOCs的化工企業(yè)原料倉(cāng)庫(kù)、危廢倉(cāng)庫(kù)、污水處理站等提供切實(shí)可行、高效治理的技術(shù)支持和應(yīng)用借鑒。

1 危廢倉(cāng)庫(kù)VOCs及其治理技術(shù)簡(jiǎn)述

危險(xiǎn)廢物是指列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》或者根據(jù)國(guó)家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性和感染性等一種或一種以上危險(xiǎn)特性,以及不排除具有以上危險(xiǎn)特性的固體廢物[9]。根據(jù)危險(xiǎn)廢物名錄庫(kù)中的分類,多類危險(xiǎn)廢物都極易產(chǎn)生VOCs污染。同時(shí)《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18597—2001)[10]中指出危險(xiǎn)廢物貯存場(chǎng)所的氣體污染物應(yīng)滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16927—1996)[11]中的無(wú)組織排放要求,若不滿足則需要進(jìn)行收集處理,配備廢氣處理設(shè)施。

VOCs種類覆蓋范圍廣,環(huán)境危害性大[12-14],根據(jù)來(lái)源其控制處理措施可主要分為:源頭控制[15]；泄漏檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)(leak detection and repair,LDAR)[16-18]；末端減排控制技術(shù)。其中末端控制是目前VOCs控制的主要方法,包括冷凝技術(shù)[19]、吸附技術(shù)[20-21]、吸收技術(shù)[22]、膜分離技術(shù)[23]、生物法[24-25]、光催化氧化法[26-27]和熱力學(xué)氧化法[28]。

在實(shí)際治理案例中,由于VOCs的種類及性質(zhì)復(fù)雜,為提高治理效率通常將多種VOCs處理技術(shù)聯(lián)合使用,如冷凝法和活性炭吸附聯(lián)用、光催化氧化和活性炭吸附聯(lián)用、光催化氧化和生物洗滌技術(shù)聯(lián)用等都已得到廣泛的應(yīng)用。某醫(yī)藥公司主營(yíng)三氟甲苯系列產(chǎn)品,其廢氣污染物主要包括氯化氫、氟化氫、對(duì)氯甲苯等,總廢氣量為24 000 m3/h,采用“堿洗+臭氧氧化+活性炭吸附”組合工藝進(jìn)行廢氣凈化處理,效果顯著,排氣筒出口非甲烷總烴濃度為17.1 mg/m3,去除率達(dá)93.3%[29]。某印刷廠在使用膠水和油墨過(guò)程中主要產(chǎn)生甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)廢氣,總廢氣量為6 500 m3/h,采用“噴淋洗滌+紫外光解氧化+水霧吸收”組合工藝進(jìn)行廢氣凈化處理,VOCs去除率達(dá)93.97%以上,排氣筒出口非甲烷總烴濃度為2.37 mg/m3[30]。某電子元件生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)其廢氣成分(主要為異丙醇、乙醇)采取了“干式過(guò)濾+一級(jí)活性炭吸附濃縮+催化燃燒+二級(jí)活性炭吸附”組合工藝進(jìn)行廢氣凈化處理,最終排氣口異丙醇排放濃度為8 g/h,處理效率達(dá)到94.2%,乙醇排放濃度低于2 mg/m3,處理效率大于90%[31]。根據(jù)產(chǎn)生的VOCs的不同種類和濃度,結(jié)合多方面因素選用不同的控制技術(shù)并將其組合,從而能更好地降解VOCs,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)且高效節(jié)能、無(wú)二次污染。

2 危廢倉(cāng)庫(kù)VOCs治理案例

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

2.1.1 項(xiàng)目背景

某公司是一家專注于液晶材料和精細(xì)化學(xué)品的技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷售與服務(wù)的制造公司,經(jīng)營(yíng)范圍包括液晶電子、信息功能材料產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售；產(chǎn)品主要包括工控顯示液晶材料、車載顯示用液晶材料,IT顯示用液晶材料和消費(fèi)品用液晶材料。

公司廠房?jī)?nèi)東北角有兩個(gè)危廢倉(cāng)庫(kù),分別為危廢庫(kù)1和危廢庫(kù)2。危廢庫(kù)1主要存放生產(chǎn)中的廢溶劑、污水站廢溶劑、廢油、精餾殘?jiān)?、化學(xué)污泥等。主要污染物是甲苯、石油醚、乙醇等,采用型號(hào)為PGM-7320 MiniRAE 3 000的氫火焰離子化檢測(cè)儀檢測(cè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)VOCs的濃度為0.8 mg/m3；危廢庫(kù)2主要存放三苯氧磷、硅膠、廢鈀碳鹽、廢包裝。主要污染物是甲苯、石油醚、乙醇等,檢測(cè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的VOCs濃度為30 mg/m3。

2.1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)及要求

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格按照《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18597—2001)及《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(DB13/2322—2016)相關(guān)要求執(zhí)行。

危廢庫(kù)內(nèi)的VOCs經(jīng)收集通過(guò)組合工藝后,最終排放可以滿足《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(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 方案及工藝流程設(shè)計(jì)

危廢庫(kù)1尺寸為:7.3 m×17.4 m×6.7 m=851 m3；危廢庫(kù)2尺寸為:7 m×10 m×5 m=350 m3。

根據(jù)《工業(yè)通風(fēng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》[32],危廢倉(cāng)庫(kù)的換氣取6次/h,則危廢庫(kù)1的風(fēng)量為5 106 m3/h,危廢庫(kù)2的風(fēng)量為2 100 m3/h,由于南北危廢倉(cāng)庫(kù)VOCs大體相同,此項(xiàng)目采用一套系統(tǒng)來(lái)收集處理南北危廢庫(kù)的VOCs?？傦L(fēng)量為7 206 m3/h,根據(jù)風(fēng)管長(zhǎng)度、彎頭風(fēng)阻等因素取其增量系數(shù)為1.1,則最終系統(tǒng)風(fēng)量為7 926.6 m3/h。

根據(jù)危廢庫(kù)內(nèi)主要VOCs的性質(zhì)(乙醇易溶于水；石油醚和甲苯易被活性炭吸附)及其濃度(＜30 mg/m3),且廠區(qū)內(nèi)部建有污水處理系統(tǒng),結(jié)合設(shè)備投資、工藝的運(yùn)行維護(hù)等多方面考慮,項(xiàng)目采用“水洗+氣霧分離+活性炭吸附”的組合技術(shù)來(lái)凈化VOCs。工藝流程圖如圖1所示,危廢庫(kù)中VOCs經(jīng)高效收集后進(jìn)入水洗塔,通過(guò)水洗去除廢氣中乙醇等易溶于水的物質(zhì)以及少量微溶于水的甲苯,然后廢氣進(jìn)入氣霧分離裝置,通過(guò)裝置中的玻璃絲纖維棉和折流板去除廢氣中殘留的水分,最后進(jìn)入活性炭吸附箱,通過(guò)活性炭吸附作用去除廢氣中的石油醚、苯系物等不溶于水的物質(zhì),通過(guò)風(fēng)機(jī)在15 m高空排放。同時(shí)在排放口配備具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能的VOCs在線監(jiān)控系統(tǒng),可在后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)VOCs排放濃度,判斷活性炭箱中活性炭吸附性能是否飽和,根據(jù)運(yùn)行效果,其更換周期可達(dá)一年一換,極大地減少了運(yùn)行維護(hù)成本,水洗過(guò)程中產(chǎn)生的二次廢水接入廠區(qū)內(nèi)部污水處理系統(tǒng),也避免了額外的運(yùn)行成本。

圖1工藝流程圖Fig.1 Process f l ow chart

2.3 主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)主要包括活性炭吸附裝置、水洗塔、氣霧分離器和風(fēng)機(jī)。其中活性炭吸附裝置設(shè)計(jì)參數(shù)與水洗塔設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)參考《環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè).大氣污染控制設(shè)備》[33],設(shè)備符合《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求工業(yè)廢氣吸附凈化裝置》(HJ/T 386—2007)[34]和《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求工業(yè)廢氣吸收凈化裝置》(HJ/T 387—2007)[35]的相關(guān)要求,整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2026—2013)[36],設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表2。

表2設(shè)備參數(shù)Tab.2 Equipment parameters

2.4 處理效果

系統(tǒng)竣工驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行第1次檢測(cè),排氣筒出口處非甲烷總烴濃度平均值為32.3 mg/m3,甲苯與二甲苯合計(jì)濃度平均值為1.39 mg/m3,檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。系統(tǒng)運(yùn)行3個(gè)月后進(jìn)行第2次檢測(cè),排氣筒出口處非甲烷總烴濃度平均值為4.78 mg/m3,甲苯與二甲苯合計(jì)濃度平均值為0.303 mg/m3,檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。通過(guò)在線數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái),導(dǎo)出其在2019年1～5月的VOCs連續(xù)排放數(shù)據(jù),通過(guò)匯總分析并計(jì)算其單月平均排放濃度,如圖2所示?？芍私M合工藝處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,能保持VOCs排放持久達(dá)標(biāo),月平均排放濃度基本穩(wěn)定在6～12 mg/m3。

表3第1次檢測(cè)結(jié)果Tab.3 First detection results

表4第2次檢測(cè)結(jié)果Tab.4 Second detection results

圖2 2019年1～5月VOCs平均排放濃度Fig.2 VOCs mean emission concentration from January to May in 2019

2.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

系統(tǒng)一次性投資成本主要包括風(fēng)機(jī)、活性炭吸附裝置、水洗塔以及管道安裝等費(fèi)用,總投資為14.1萬(wàn)元。系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用主要包括活性炭更換及處理費(fèi)用、工業(yè)用電費(fèi)用和工業(yè)用水費(fèi)用。系統(tǒng)裝機(jī)功率為14 kW,運(yùn)行功率為12.6 kW,以每日運(yùn)行18 h計(jì)算,則耗電量為226.8 kW·h/d,以當(dāng)?shù)馗叻咫妰r(jià)中間值0.757 4元/kW·h計(jì)算工業(yè)用電費(fèi)用為171.78元/d?；钚蕴刻畛淞繛?.8 m3,更換周期約為1次/8月,更換及處理成本約為12 000元/m3,則活性炭所需成本約40元/d。水洗塔用水量為2.5 m3,每月更換2次,費(fèi)用以當(dāng)?shù)胤蔷用裼盟畠r(jià)格8.94元/m3計(jì)算,則用水成本約為1.49元/d。因此,系統(tǒng)整體運(yùn)行維護(hù)成本為213.27元/d,相比同行業(yè)相關(guān)治理工藝具有一定的優(yōu)勢(shì)[37]。

3結(jié) 論

本文根據(jù)有機(jī)化工行業(yè)危廢倉(cāng)庫(kù)VOCs濃度低、成分復(fù)雜的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了“水洗+氣霧分離+活性炭吸附”的廢氣組合處理工藝,設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了收集、管道布置、廠區(qū)條件等影響投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本的因素,其治理最終滿足《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(DB13/2322—2016),減少了大量的VOCs無(wú)組織排放。該治理工藝簡(jiǎn)潔有效,運(yùn)行流暢,投資成本小,運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用低,同樣可在其他小風(fēng)量、低濃度的VOCs治理中推廣應(yīng)用。