网站首页新闻资讯 > 公司动态工业源重点行业VOCs治理技术处理效果的研究

分享到:
点击次数:  更新时间:2019-02-21 17:26:30  【打印此页】  【关闭

摘要: 选取了6个重点行业的130家企业,通过收集监测资料及补充监测,对10种治理技术的VOCs处理效果进行研究。结果表明:等离子体法、活性炭吸附法、催化燃烧法、吸收法、生物法、光催化氧化法、水喷淋+活性炭吸附法、活性炭吸附+回收法、等离子体+活性炭吸附法、光催化氧化+等离子体法的平均处理效率分别为64. 85%、73. 11%、88. 26%、50. 49%、33. 30%、63.72%、63. 11%、92. 00%、83. 40%、80. 90%。进口VOCs浓度小于100mg/m3时,各种处理工艺的平均处理效率只有66. 20%。随着进口VOCs浓度的提高,各种处理工艺的平均处理效率也相应提高。预处理效果、设计参数的选取、设施的维护都对处理效果有较大的影响。处理效率越高的治理技术,其初期投资和运行成本也越高。在选择 VOCs废气处理技术时应综合考虑废气的收集、废气成分、经济、环保要求等因素,并注重运行参数的调试及设备的维护。

 

VOCs是诱发光化学烟雾、灰霾等的重要物质之一,对人体的呼吸系统、血液神经系统等有着较强的毒害作用。而工业企业排放是VOCs的最主要来源之一,以珠三角地区为例,工业的VOCs排放量可占到总排放量的50%以上。此外,工业源VOC的成分也复杂,呈现较强的光化学活性及较大的毒性。

 

为此,国务院批准实施《重点区域大气污染防治“十三五”规划》,明确提出了对重点区域、重点行业实施VOCs的控制;广东省环保厅也发布了《印发<关于珠江三角洲地区严格控制工业企业挥发性有机物( VOCs) 排放的意见>的通知》及《关于重点行业挥发性有机物综合整治的实施方案》,提出加强重点行业VOCs污染源的控制,提高VOCs污染治理水平的要求。

目前,对VOCs的产生工段设置废气收集设施和末端治理装置,是最主要的 VOCs 污染控制手段之一。现有的VOCs治理技术主要有回收技术及销毁技术。

 

回收技术是通过物理的方法,改变温度、压力或采用选择性吸附和吸收等方法来富集分离有机气相污染物,主要有吸附法、吸收法、冷凝法等;销毁技术主要是通过化学或生化反应,用热、光和微生物将有机化合物转变成为二氧化碳和水等无毒物质,主要有直接燃烧法、催化燃烧法、生物法、光催化氧化法、等离子体法等。针对以上治理技术的处理效果,已有大量的研究报道,但这些研究一般是在实验室条件或特定条件下进行,而在实际生产过程中,受生产工艺、生产负荷、气温气压、湿度等诸多外界因素的影响,VOCs治理技术的处理效果会与实验室条件下存在较大差异。因此,在企业正常运行状态下开展VOCs治理技术实际去除效果的研究非常必要。

 

本文以珠江三角洲某制造业发达的城市为例,选取重点工业行业具有代表性的企业作为研究对象,通过收集监测资料、补充采样监测的方法,对不同VOCs治理技术的处理效果进行研究,分析影响VOCs治理效果的因素,总结不同VOCs治理技术的成本及特点,以期为VOCs的控制提供依据,也为相关的环保工作者提供参考。

 

1 研究对象和方法

 

1.1 研究对象 

 

研究对象的确定遵循全面性、代表性、统一性的原则,综合考虑各行业产值在该城市国民经济中的比重、VOCs排放情况及相关环保管理文件的要求,选取了家具制造、包装印刷、制鞋、汽车及零部件制造、金属喷涂、塑料制品6个行业中130个具代表性且安装了VOCs治理设施的企业作为调查对象,研究对象的行业分布情况如图1所示。共涉及10种VOCs治理技术,包括等离子体法、活性炭吸附法、催化燃烧法、吸收法、生物法、光催化氧化法、水喷淋+活性炭吸附、活性炭吸附+回收法、等离子体+活性炭吸附法、光催化氧化+等离子体法。

东莞环保设备

 

1.2 研究方法

 

1.2.1 监测资料的收集

 

收集研究企业VOCs治理设施验收监测、日常监督性监测等的监测报告,报告中须同时监测有机废气治理前后的气量、VOCs浓度、速率。

 

1.2.2 补充采样监测

 

1) 样品采集。

 

对部分缺少监测资料的企业,在VOCs治理设施前、后排气筒的规范采样口同时进行采样,采样时企业处于正常工况。采样方法参照GB /T 16157—1996《固定源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》,利用设有颗粒物-水汽过滤装置 的Tenax TA吸附管进行采样。

 

2) 监测方法。

 

VOCs样品的监测采用GB 50325—2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》附录G中的气相色谱法,监测仪器为Agilent7890B气相色谱仪,监测项目为总VOCs,检出限为0. 01mg/m3。

 

3) 去除效率的计算。

 

η =[1-( C出× Q出) /( C进× Q进)]×100%

 

式中:η为治理设施的去除效率,%;C进、C出为分别指治理设施进出口气体中的总VOCs浓度,mg/m3;Q进、Q出为分别指治理设施进出口气体的工况体积,m3。

 

1.2.3 监测数据分布情况

 

针对10种VOCs治理技术,通过监测资料的收集和补充监测,共得到171组VOCs处理效果的监测数据,监测数据的分布情况如表1所示,其中进口VOCs浓度小于100mg/m3的监测数据为149组,进口VOCs浓度在100~200mg/m3的监测数据为 16组,进口VOCs浓度大于200mg/m3的监测数据为6组。

 

1 各种VOCs处理技术的监测数据分布

 东莞环保设备

2 结果与讨论

 

2.1 不同VOCs治理技术的采用情况

 

从工艺组合看,大部分企业采用单一的VOCs治理技术,占调研企业的78. 46%,采用复合VOCs治理技术的仅占调研企业的21. 54%。从治理技术的使用分布看,活性炭吸附法及其组合技术应用最广,共有83家企业使用,占企业总数的63. 85%,涉及行业主要为家具、金属喷涂和塑料制品业;其次为等离子体法,共有31家企业使用,占企业总数的23. 85%,涉及行业主要为印刷、塑料品和制鞋业。不同VOCs处理技术的应用情况如图2所示。 

东莞环保设备

2.2 不同VOCs治理技术的处理效果及影响因素

 

2.2.1 不同VOCs治理技术的处理效果概况

 

在处理的稳定性方面,应用较广的VOCs治理技术实际运行过程中的处理效率波动均较大,如等离子体法、活性炭吸附法、水喷淋+活性炭吸附法、光催化氧化法处理效率的变化范围分别为9. 09%~96. 72%、6. 66%~99. 65%、29. 00%~93. 33%、19.78%~95. 00%。 

 

在平均处理效率方面,除吸收法、生物法的平均处理效率较低( 均低于60%)外,其他处理技术的平均处理效率均在60%以上,复合处理工艺较单一处理工艺呈现出更高的平均处理效率,但水喷淋+活性炭吸附法的处理效率反而低于活性炭吸附法,分析其主要原因主要是水喷淋后增加了废气的湿度,影响了活性炭吸附的效果。

 

10种VOCs处理技术中,活性炭吸附-回收法的平均处理效率最高,达到92.0%;其次为催化燃烧法、等离子体+活性炭吸附法、光催化氧化+等离子体法,平均处理效率分别为88. 26%、83. 40%、80. 90%,应用较多的活性炭吸附法、等离子体净化法、 水喷淋+活性炭吸附法的平均处理效率分别为73. 11%、64. 85%、63. 11%。各种 VOCs处理技术的处理效率统计情况如图3所示。 

东莞环保设备

 

注:柱状图项部数字表示最大去除效率,底部数字表示最小去除效率,中间数字表示平均去除效率。

3 不同VOCs处理技术的处理效果

 

应用较为广泛VOCs处理技术的实际处理效率比实验条件或理论值要低,如相关研究报道试验条件下等离子体法、光催化氧化法的处理效率在80%以上,技术规范规定活性炭吸附法的平均处理效率为90%以上,但实际的处理效果远未达到,分析其主要的原因是各种VOCs处理技术在实际应用中收到了环境因素、废气的成分、设计参数的选取、设备的维护等的影响。

 

2.2.2 影响VOCs治理技术处理效果的因素

 

1) 进口VOCs浓度。

 

进口VOCs浓度对各种治理技术的处理效果有较大的影响,总体规律为进口 VOCs浓度越高,其处理效率越高,处理效果越稳定。进口VOCs浓度ρ<100mg/m3时,各种VOCs处理技术的处理效率范围为9. 09%~99. 65%,平均处理效率为66. 20%;100mg/m3≤ρ<200mg/m3时,各种VOCs处理技术的处理效率范围为46. 59%~95. 55%,平均处理效率为77. 78%;ρ≥200mg/m3的时候,各种VOCs处理技术的处理效率范围为84. 14%~96. 19%,平均处理效率为91. 15%。各种VOCs处理技术的处理效率统计情况如表2所示。

 

东莞环保设备

 

从总体结果看,大部分企业的进口VOCs浓度均低于100mg/m3,其原因主要是:

 

(1) 许多企业的废气收集措施不完善,没有达到预期收集效果,导致相当一部分的 VOCs通过无组织排放,如集气罩设计不合理,距离产污工序较远;

 

(2) 部分企业对废气收集风机风量设计偏大;

 

(3) 受企业的生产工况的影响。

 

进口VOCs浓度较低时候处理效率也偏低,其主要原因是VOCs浓度偏低影响了吸附反应、吸收反应或化学反应的速率,在相同反应时间内,VOCs转化速率下降,从而影响VOCs的去除效率。

 

2) 预处理效果。

 

各种VOCs治理技术对进口废气对均有相应的预处理要求,如活性炭吸附法就对处理废气的温度、湿度、颗粒物浓度有严格的要求,催化燃烧法也对处理废气的颗粒物浓度、组分(影响催化剂活性的成分)有相应的要求。不同行业的有机废气成分各异,废气中通常混杂有其他的大气污染物,废气的预处理效果对VOCs的处理效果影响显著。

 

研究中发现,VOCs处理效果较差的企业通常存在缺失有机废气预处理系统或对影响处理设施的温度、湿度、颗粒物浓度预处理不当的情况。如金属制造、家具制造、汽车及零部件制造行业较为普遍的喷漆废气中,主要成分除了VOCs以外,还包括漆雾(未被利用油漆中的树脂、颜料等固分形成的颗粒物),如不对进行预处理,这部分漆雾会堵塞活性炭吸附系统、附着在等离子放电体和光催化氧化的催化剂上,导致治理设施失效。

 

3) 设计参数选取。

 

不同的VOCs治理技术要发挥其最佳的处理效果,必须选取合适的设计参数。研究中发现,大部分处理效率不佳的VOCs治理设施均存在设计参数选取不当的问题。如某些企业采用等离子体法、光催化氧化法,但设计的停留时间很短,导致废气中的 VOCs未能充分反应;又如某些企业采用吸收法和生物法,但喷淋过程的水气比设计过小,导致废气中的VOCs未能充分地从气象转移到液相,从而影响了处理的效率。

 

4) 治理设施维护。

 

不同的VOCs治理技术要达到稳定的处理效果,都需要做好维护工作。但目前企业普遍存在重视环保验收,忽视日常管理的现象,导致许多的VOCs的治理设施在运行一段时间后因缺少维护而出现处理效率的明显下降。如某些企业采用活性炭吸附工艺,却长时间没有更换活性炭,处理设施中的活性炭已吸附饱和,这样的设施运行时非但达不到去除VOCs的效果,反而因为吸附饱和活性炭的脱附现象导致处理后废气中的VOCs浓度还高于处理前。又如某些企业采用等离子体工艺,但由于对设备缺少维护,等离子发生体普遍存在锈蚀、损坏等现象,影响了等离子的产生效果及设备的处理效率。

 

2.3 不同VOCs治理技术的成本

 

对照相关设计规范、技术指南,并结合企业应用不同VOCs治理技术的实际情 况,汇总各种VOCs治理技术的初期投资成本和运行成本,如表3所示。总体来看,处理效率越高的治理技术,其初期投资和运行成本就相对越高,催化燃烧法、活性炭吸附+回收法初期投资成本最高,而未有再生系统的活性炭吸附工艺的运行成本最高,主要原因是吸附饱和后的废活性炭处置费用高昂。

 

表3 不同VOCs处理技术的初期投资和运行成本

东莞环保设备

 

2.4 不同VOCs治理技术应用的建议

 

由于不同企业的生产工艺、原辅材料种类繁多,产生的VOCs成分也千差万别,在选用VOCs治理技术时,须综合考虑企业的工艺情况、场地条件、经济成本、运营难度及环保管理要求等因素。结合本次研究发现的VOCs治理技术在实际引用过程中存在的问题,提出相关的建议如下:

 

1) VOCs治理设施设计时须重视废气的收集措施,高效的废气收集是实现VOCs削减的前提,因此,建议对VOCs产生的工序采用密闭罩、半密闭罩等高效的废气收集方式,由于工艺需要不能采用密闭罩、半密闭罩的,也应合理设计收集设施(如集气罩)的相关参数,提高废气收集效率。

 

2) 进口VOCs浓度不高,且对处理效果要求不是太高时,可考虑选用等离子法和光催化氧化法; 进口VOCs浓度不高,对处理效果要求较高时,可考虑选用活性炭吸附法或组合工艺; 进口VOCs浓度偏高时,可考虑催化燃烧法或组合工艺,确保废气达标排放。

 

3) 吸收法和生物法的具有特定适用性。如废气中的VOCs在吸收剂中的溶解度较大,且吸收剂吸收VOCs后有回收价值或较容易处理时,可选用吸收法;如废气中的VOCs易于转化至液相且易于生物降解,则可选用生物法。

 

4) 对于目前应用最广泛的活性炭法,由于活性炭更换问题难以监管,加之废活性炭作为危险废物处置费用高昂,在选用时须谨慎。如需选用,建议与其他工艺组合使用并后置,或配套活性炭的再生工艺(如活性炭吸附+吹脱催化燃烧法、活性炭吸附+水蒸气脱附+冷凝回收法等),以减少废活性炭的产生,同时应配置VOCs在线监测设备及吸附穿透预警装置,以保证治理设置的稳定高效运行。

 

5) 对于不同的VOCs处理技术,都应做好废气的预处理,以保证后续的VOCs降解工序正常运行,同时应根据应用的环境条件及企业的实际运行情况,调试好运行参数,并做好设备的维护。

 

3 结论

 

1) 应用较广的等离子体法、活性炭吸附法、水喷淋+活性炭吸附法、光催化氧化法处理效率的变化范围分别为9. 09%~96. 72%、6. 66%~99. 65%、29. 00%~93.33%、19. 78%~95. 00%,平均处理效率分别为64. 85%、73. 11%、63. 11%、63. 72%。

 

2) 进口VOCs浓度ρ<100mg/m3、100mg/m3≤ρ<200mg/m3、ρ≥200mg/m3时,各种VOCs处理技术的处理效率范围分别为9. 09%~99. 65%、46. 59%~95. 55%、84.14%~96. 19%,平均处理效率分别为66. 20%、77. 78%、91. 15%,进口VOCs浓度越高,其处理效率越高,处理稳定性越好; 预处理效果、设计参数的选取、设施的维护都对处理效率均有较大的影响。

 

3) 处理效率越高的治理技术,其初期投资和运行成本就相对越高,催化燃烧法、活性炭吸附+回收法初期投资成本最高,而未有再生系统的活性炭吸附工艺的运行成本最高。

 

4) 在选择VOCs处理技术时,应首先做好废气的收集,重点考虑进口VOCs浓度,同时综合考虑经济成本、运营难度及环保管理要求等因素,实际运行中应调试好技术参数,做好设备的维护,以保证治理设置的高效稳定运行。

 

 

新闻资讯

东莞东城区牛山外径工业园伟兴路4号

服务热线:0769-82785455

广东合顺节能环保科技有限公司是集团旗下专业从事环保节能的高新科技企业。公司坐落于粤港澳大湾区之广深经济走廊腹地东莞市东城牛山外经工业园。环境优美,公司拥有花园式的厂房约18000平方米,临近水濂山森林公园、同沙生态水库及东莞植物园生态景区;交通便利,位于107国道旁,临近环城路、广深高速、龙大高速、莞深高速等主要干线。

 

地址:广东省东莞市东城区牛山外经工业园伟兴路4号

电话:0769-82785455

传真:0769-85234266

工业污水处理 VOCs废气处理 工业除尘设备 工业废水处理 通风设备

 

© 2004-2015  All Rights Reserved. 广东合顺节能环保科技有限公司 版权所有 ICP备案:粤ICP备15113676号

59.3K