工业源VOCs末端治理技术浅析及减排展望

挥发性有机物(VOCs)是指参与大气光化学反应的有机化合物，是形成臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)污染的重要前体物，可造成雾霾以及光化学烟雾等。另外，VOCs会导致人类及动物呼吸系统病变，并具有致癌、致畸、致突变的作用。根据《重点行业挥发性有机物削减行动计划》(2016—2018年)测算，全国VOCs排放量目前高达3000多万吨，VOCs污染防治及减排迫在眉睫。《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》(征求意见稿)、《“十三五”节能减排综合工作方案》、《重庆市大气污染防治“十三五”规划》等诸多文件均继续对VOCs污染防治提出了更高的要求，因而，加快推进VOCs污染治理工作，提升污染防治水平，减少排放总量成为了促进区域大气环境质量持续改善的重点。

VOCs排放源从大类上分包括自然源、人为源，其中工业源排放量占人为源的比重高达55.5%，工业源中的重点工业行业包括石油炼制和储运、化工、溶剂使用(包括表面涂装)等［1－2］。因此，加强工业源VOCs的污染防治是VOCs减排的重要途径之一。

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VOCs污染防治技术的研究方向主要有源头控制和末端治理。由于源头控制是一个复杂的过程，涉及各类物料、工艺、设备等，不便将各行业放于一起比较，而末端治理技术常用种类是一定的，具有各行业横向可比性，因此本文将重点研究末端治理。目前，VOCs末端治理技术的研究大多关注于某一项技术的效果与优化，而缺乏针对不同技术实际应用状况、适用范围和选择方法的研究，也缺乏相关的案例研究和数据支持。本文在调研工业源各行业大量现有VOCs末端治理技术案例的基础上，结合各代表性行业企业的实际监测数据，对工业源VOCs末端治理现状进行分析，并对今后的减排前景进行展望。

1 工业源VOCs末端治理技术分类概况

末端控制技术可以分为回收和销毁两大类，回收技术主要包括吸附、吸收、冷凝及膜分离技术等，回收技术适用于浓度较高或有回收价值的废气，可实现资源再利用。销毁技术主要包括高温焚烧、催化燃烧、生物处理、低温等离子体破坏和光催化氧化技术等［3－5］。

［2］ 环境保护部．挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策［A］．2013．

近年来，随着工业化和新型城镇化的快速发展，东营市大批青壮年劳动力和高素质劳动力持续从农村向城市转移，导致农业经营主体的素质不断降低，缺乏新型农业经营主体后备人才。另一方面，东营市的基层技术服务人员总量偏少、年龄偏大，新生力量不足，整个农村科技支撑力量十分薄弱。

 

表1 国内外几种工业VOCs末端治理技术对比Table 1 Comparison of industrial VOCs terminal treatment techniques at home and abroad

  

处理技术 原理 温度 适用范围 初期投资 运行费用 优点 缺点吸附法利用固态吸附材料(活性炭、活性炭纤维、分子筛、硅胶和高聚物吸附树脂等)来分离废气中的VOCs常温适用于低浓度废气净化，可作为含颗粒物废气预处理低低工艺成熟，设备简单，效率高(可达90% 以 上)，能耗低需经常更换吸附剂，再生脱附困难，可造成二次污染吸收法采用低挥发或不挥发液体作为吸收剂吸收废气中的VOCs从而净化废气常温 适用于低、中浓度废气净化 低 中工艺成熟，效率高(可 达 90% 以上)，能耗低需经常更换吸收剂，可造成二次污染生物法将废气通过潮湿、多孔且表面附着有大量微生物的生物滤床，在足够长的时间内，通过微生物将废气中VOCs和某些无机物降解为水及CO2常温适用于较低浓度、易生物降解废气净化低低 能耗低低温等离子体将VOCs废气通过具有较高电场强度的非均匀电场中，大量高能高活性的粒子与VOCs分子发生碰撞，破坏其结构，并发生一系列的自由基反应，使污染物降解成为水及CO2等常温适用于低浓度、成分单一臭气处理，可用于室内空气净化高中 能耗较低，抗颗粒物干扰能力强热力燃烧 指VOCs废气在高温下进行完全燃烧分解成水及CO2 540～820℃ 适用于中、高浓度连续废气净化 高 高工艺成熟，实用范围广，效率高(可达95%以上)，能耗高，能量可利用设备占地大，系统弹性小，可造成二次污染，降解速率较低技术不成熟，效率较低，无法完全将污染物降解为水及 CO2，可造成二次污染能耗高，有安全风险，易氧化空气中N2，可能产生二英催化燃烧 利用催化剂在较低温度下将有机物燃烧分解成水及CO2 300～500℃适用于中、高浓度连续废气净化，且废气组分较简单高高工艺成熟，效率高(可 达 90% ～95%)，能耗较高不适用于组分复杂的废气，只针对特定类型的化合物反应，催化剂易中毒，可能产生二英光催化法在紫外线的照射下利用光催化剂氧化吸附在催化剂表面的VOCs，通常使用具有较高催化活性和紫外线吸收率的TiO2作光催化剂常温适用于低、中浓度连续废气净化，且废气组分较简单中高理论上能够将污染物彻底降解为水及 CO2，效 率较高只针对特定类型的化合物反应，催化剂易中毒，反应过程慢，可造成二次污染膜分离法利用高分子膜的特性在给定的压力下渗透废气，使有机物从废气中分离出来常温 适用于高浓度、小流量废气净化 低 低 能耗低，工艺简单需选择对有机物具有渗透选择性的聚合物复合膜，可造成二次污染冷凝法利用废气中VOCs在不同温度下具有不同的饱和蒸气压，采用加压或降低温度，使处于气态的污染物冷凝从废气中分离出来常温或低温适用于高浓度、低气量废气净化，通常冷凝法可以去除80%～90%沸点在60℃左右的VOCs中低 工艺成熟、简单，溶剂可回收对设备要求高，经过冷凝后尾气仍含一定浓度的VOCs，需进行二次处理

从表2中的统计结果可以看出，在所调查的企业中，采用单一VOCs末端治理技术的企业有59家，采用组合VOCs末端治理技术的企业有39家，分别占总调查企业数的60%和40%。从治理技术的使用分布来看，活性炭吸附法及其组合技术应用最广，共有61家企业使用，占总调查企业数的62%，涉及行业主要为汽车零部件及摩托车制造、汽车4S店维修、家具制造等;其次为沸石转轮吸附+燃烧技术，共有17家企业使用，占总调查企业数的17%，涉及行业主要为汽车整车制造和汽车零部件及摩托车制造。

马克思1881年初在给俄国女革命家查苏利奇的复信草稿中，根据生产资料所有制的性质，把人类社会形态分为原生、次生、再生三个形态。[3]古代的生产资料公社所有制时代属“原生”形态；生产资料私有制时代（其中又包含奴隶社会、封建社会、资本主义社会三个阶段）属“次生”形态；形式上类似于原始社会公有制的共产主义公有制时代，属“再生”形态。这是以肯定、否定、否定之否定的思维逻辑对人类社会所有制形式的宏观思考，有其特有的认识价值。

晚上，阿东的片子已经全部完成。他把阿里和老巴都叫到电脑前，然后打开他的杰作。在阿里巴巴的音乐里，妈妈缓缓而出。她从年轻慢慢到老，一张一张地出现在他们面前。

2 工业源VOCs末端治理技术应用分析

以重庆市为例，选取具有代表性的工业企业作为研究对象，收集其监测资料，对几种典型的VOCs末端治理技术的处理效果进行分析，并对不同技术的特点及成本、治理效果影响因素进行分析。

2.1 研究对象与方法

在遵循研究对象具有代表性、全面性、统一性原则的基础上，选取了汽车整车制造、汽车零部件及摩托车制造、汽车4S店维修、家具制造、包装印刷、橡胶制品等6个行业共98家具有代表性且安装了VOCs治理设施的企业作为调查对象。这6个行业是重庆市大气VOCs排放的重点行业，共涉及7种VOCs末端治理技术，包括沸石转轮吸附+燃烧、活性炭吸附+燃烧、活性炭吸附、光催化氧化、溶液吸收、等离子体+光催化氧化、催化燃烧、水喷淋+活性炭吸附等。其行业分布、治理技术统计情况如表2所示。

收集企业VOCs治理设施的验收监测、日常监督性监测等监测报告，选取对处理设施进出口的废气流速、废气量、废气浓度及速率均进行了监测的数据，共计98组。这些监测数据中，进口VOCs浓度小于100 mg/m3的有 59组，进口 VOCs浓度在 100～200 mg/m3的有 18组，进口 VOCs浓度大于 200 mg/m3的有21组。

2.2 分析结果与讨论

2.2.1 不同VOCs末端治理技术的采用情况

据清华大学席劲瑛等［7］研究调查统计，国内不同工业VOCs末端治理技术使用占比情况分别为吸附38%、催化燃烧22%、生物处理15%、等离子体8%、热力燃烧6%、吸收5%、膜分离4%、冷凝2%，国外不同工业VOCs末端治理技术使用情况为生物处理29%、催化燃烧29%、吸附16%、热力燃烧12%、等离子体9%、吸收2%、膜分离2%、冷凝1%。可以看出，吸附、催化燃烧、生物处理这几类技术因其工艺成熟、处理效率高而被广泛应用，是当今国内、国际主流的VOCs末端治理技术。

 

表2 研究企业的行业分布、末端治理技术情况统计Table 2 Statistics of industry distribution and terminal treatment techniques of enterprises

  

注:表中数据表示企业数量。

 

家具制造 包装印刷 橡胶制品沸石转轮吸附+燃烧 10 5 — — —VOCs治理技术 汽车整车制造汽车零部件及摩托车制造汽车4S店维修2活性炭吸附+燃烧 1 6 — — 4 1活性炭吸附 — 18 21 2 2 —光催化氧化 — 4 6 — — 1溶液吸收 — — — — 2 —等离子体+光催化氧化 — 3 — — — 1催化燃烧 — 3 — — — —水喷淋+活性炭吸附 — 3 — 3 — —小计 11 42 27 5 8 5

2.2.3 不同VOCs末端治理技术的成本分析

不同VOCs末端治理技术的处理效果如表3所示。

从表3可以看出，应用较广的活性炭吸附法及其组合技术在实际运行过程中的处理效率波动均较大，其原因在于新的活性炭有较高的吸附效率，但活性炭的运营维护(如更换频率、脱附效率等)对处理效率有较大影响，活性炭更换不及时或脱附不彻底等均会造成处理效率降低。光催化氧化、溶液吸收技术的处理效率受催化剂活性、溶液饱和度等因素影响，波动也较大。沸石转轮吸附+燃烧技术处理效率波动较小，基本能稳定达到85%以上，等离子体+光催化氧化、催化燃烧技术处理效率波动也相对较小。此外，还可以看出活性炭吸附法及其组合技术存在进出口监测结果反向的情况，可能是由于活性炭更换不及时，导致已被吸附的大量VOCs污染物又被大风量的气流反吹出来。

在平均处理效率方面，除吸收法效率较低外，其他处理技术均在60%以上，其中沸石转轮吸附+燃烧、活性炭吸附+燃烧的平均处理效率高达90%以上。可以看出，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，分析其主要原因是水喷淋后增加了废气的湿度，影响了活性炭吸附的效果。

2.2.2 不同VOCs末端治理技术的处理效果

(2)废气预处理。各类处理技术均有相应的具体要求。如废气的温度、湿度、颗粒物含量等对活性炭、沸石转轮吸附效果有很大影响，因此废气在进入活性炭、沸石转轮之前需要除湿、除尘等预处理，以此来提高吸附效率，并延长吸附材料的使用寿命。

2.2.4 影响VOCs治理技术效果的相关因素

各种VOCs处理技术在实际应用中不仅受废气的成分、浓度、温度、湿度等诸多因素影响，还受到设备设计、设备维护、环境因素等各方面条件影响，以下是影响较大的因素。

(1)VOCs进口浓度。VOCs进口浓度对各种治理技术的处理效果均有较大影响。通常进口浓度越高，其处理效率相应也越高，处理率波动范围越小，可能是由于浓度较低会影响处理设施吸附、吸收以及相关化学反应的速率，导致处理效率下降。吸附、冷凝、膜分离工艺多用于收VOCs浓度大于10 000 mg/m3的可回收VOCs废气处理;催化燃烧、热力燃烧工艺多用于VOCs浓度2000～10 000 mg/m3的废气处理，VOCs废气一般不具回收价值;生物处理、等离子体多用于VOCs浓度低于2000 mg/m3的废气处理，VOCs废气一般不具回收价值。

 

表3 不同VOCs末端治理技术的处理效果统计Table 3 Statistics on the processing effect of different VOCs terminal treatment techniques

  

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表4 不同VOCs末端处理技术的初期投资和运行成本大致核算统计Table 4 The initial investment and operation cost accounting statistics of different VOCs terminal treatment techniques

  

注:1.各处理方式初期投资差异大主要原因是不同的设备费用差异大，运行成本差异主要来源于设备耗能、设备更换等运维费用的差异。2.所选企业废气总处理量在5万 ～100万 Nm3/h不等，20万Nm3/h左右居多，为具有可比性，初期投资及运行成本费用均按20万Nm3/h处理量折算。

 

VOCs治理技术 初期投资/万元 运行成本/(万元/h)80～150 0.03～0.1 300～500 0.01～0.05活性炭吸附+燃烧 150～400 0.01～0.05活性炭吸附 60～100 0.03～0.1光催化氧化 30～100 0.01～0.03溶液吸收 30～100 0.02～0.05等离子体+光催化氧化 80～200 0.02～0.05催化燃烧 100～200 0.01～0.03水喷淋+活性炭吸附沸石转轮吸附+燃烧

根据各企业应用不同VOCs末端治理技术的实际情况，总体来看，治理技术的处理效率越高，其初期投资和运行成本就相对越高。表4将各种VOCs治理技术的初期投资成本和运行成本进行了大致核算，沸石转轮吸附+燃烧、活性炭吸附+燃烧、催化燃烧技术的初期投资成本较高。对于不含再生系统的活性炭吸附技术，其运行成本较高的主要原因是吸附饱和后的废活性炭处置费用较高。

(3)设备设计。设备设计对各类处理技术的处理效率有很大影响。以沸石转轮吸附+燃烧技术为例，设计风量、沸石量、转动速率、废气吸附及脱附温度、燃烧过程废气停留时间等，均需进行严格控制，以得到最佳处理效果。此外，高效的废气收集措施是实现VOCs削减的前提，应合理设计收集设施的相关参数，提高废气收集效率。

(4)日常维护。要达到预期的处理效果，对治理设施设备进行维护必不可少。如对活性炭、沸石等吸附材料、吸收液、光催化灯管等耗材进行定期更换，否则非但达不到去除VOCs的效果，反而因为吸附饱和、设施失效等现象导致处理后的VOCs出口浓度高于进口浓度。

3 工业源VOCs治理技术减排前景展望

3.1 完善现有治理技术

目前各类末端治理技术虽然应用范围较广，对VOCs的减排也有显著功效，但各类技术的应用还不够成熟完善，实际应用效果并没有完全发挥出理论上应达到的效果，因此需要各行业企业在实际运用VOCs治理技术的过程中不断摸索各类治理技术的适用条件及运维方式，使各类治理技术尽可能完善成熟，达到最优的处理效果。

3.2 开发新型治理技术

日益严重的大气环境污染问题对VOCs治理减排的要求越来越高，目前存在的治理技术并不能全部解决所有的VOCs污染问题，因此，对新治理技术的开发迫在眉睫。

3.3 提高配套监测技术

各类VOCs废气目标因子繁多，目前各监测机构针对VOCs废气各目标因子的监测技术均未达到全覆盖，仍有很多目标因子没有相应的监测方法。提高VOCs废气的监测技术水平也是重要的研究方向，有利于服务并促进VOCs减排。

《意见》明确，江苏保持小镇宜居尺度，不盲目盖高楼，不盲目拆老街区，下细致功夫打造小镇特色空间形态。同时严控房地产化倾向，各地区要综合考虑特色小镇和特色小城镇吸纳就业和常住人口规模，从严控制房地产开发，合理确定住宅用地比例，并结合所在市县商品住房库存消化周期确定供应时序。适度提高产业及商业用地比例，鼓励优先发展产业。科学论证企业创建特色小镇规划，对产业内容、盈利模式和后期运营方案进行重点把关，防范“假小镇真地产”项目。

3.4 改进无组织排放源

VOCs排放源中有很大一部分为无组织排放源，如注塑工艺，国内大部分省市注塑VOCs废气为无组织排放，仅有少部分将注塑VOCs废气收集后处理排放。因此，将各类无组织排放的VOCs废气采取收集措施有效收集并末端治理后有组织排放，也是VOCs减排的一大方式，是亟待改进的重点。

4 结语

由于各类企业原辅材料种类繁多，生产工艺、产排污环节及排放量不同，其产生的VOCs气体特征也千差万别，因此在选用VOCs治理技术时，除了考虑VOCs本身特性外，还需综合考虑各种技术的性能指标、适用范围、建设和运行成本、执行的排放标准等因素。在VOCs处理技术选择方面虽然有一些共性的规律和标准可以遵循，但也很难用一个标准覆盖所有情形。因此，在每一项VOCs治理中，应综合考虑各实际因素，选择合适的预处理及主体处理工艺提高VOCs的处理效率。VOCs污染防治的最佳途径是从源头到末端的全过程控制，从最初的工艺，到中间的操作、管理、废气收集，再到末端的废气治理，必须着眼于全过程控制［8］，才能找到既具经济性又具可操作性的VOCs污染防治技术路线。

参考文献(References):

安徽师范大学的吴微教授提交的《外交实录与古文新变——以薛福成出使日记为中心》、河南安阳师范学院文学院的张秋娥教授的《挈作者文章之阃奥，示学者行文之法程——南宋吕祖谦<古文关键>中的文章学思想分析》、江苏常熟理工学院人文学院的孟伟和黄斐的论文《<唐宋八家文读本>与沈德潜的古文理论——兼及沈德潜古文理论与诗歌理论的互通与互补》和南京师范大学曹辛华教授的研究生提交的论文：郑华萍的《论<开明国文讲义·文话>的文章学观及其意义》、张响的《论钱基博的文章学观及其意义》、涂静文的《论刘大白<白屋文话>中的文章学观》。

［1］ 何少林，崔积山，王赫婧．石化废水挥发性有机物逸散管控分析［J］．环境影响评价，2016，38(3):66-69．

目前国内外常用的几种工业VOCs末端治理方法［6－7］对比如表 1 所示。

布线工艺在实际的施工中是极为繁琐的，涉及到的内容也是非常多的，其中主要日线在安装工作之中，特别是对光纤配线架与光线路中端实施的安装工作尤为重要，在实际施工只能够需要做到如下两点：（1）对光纤配线架实施的安装工作。在实际安装中各个方面的控制都是较为严格的，比如对垂直偏差方面需要能够使其小于机架的1%，在静态曲线率方面需要将其控制在半径超过3厘米，在地排铺置方面需要采用横街面在16mm2以上的铜电线。（2）对光线路中端实施的安装工作。需要合理设计安装的具体位置，使其与方案要求相符合，对机架之间的间隙进行控制使其不超过3mm并加固，还要需要注意机架标识位置的控制，使其更加的具有明确性。

［3］ 陈平，陈俊．挥发性有机化合物的污染控制［J］．石油化工环境保护，2006，29(3):20-23．

［4］ 苏建华．工业有机废气催化燃烧技术发展概况［J］．环境工程，2014，8(4):52-56．

［5］ 栾志强，郝郑平，王喜芹．工业固定源 VOCs治理技术分析评估［J］．环境科学，2011，32(12):3476-3486．

［6］ Estrada JM，Bartkraa km an N JR，Munoz R，et al．A Comparative Analysis of Odour Treatment Technologies in Wastewater Treatment Plants［J］．Environmental Science and Technology，2011，45(3):1100-1106．

（三）交通通畅能力不足。渝黔边界地区尚未形成高效便捷的路网体系，高速铁路、高速公路等骨干交通密度、等级较低，缺少以轨道交通为主的连接主城的便捷交通干线，与产业融合程度不够，进入产业园区“最后一公里”尚未打通，边界地区断头路较多，域内交通通达能力弱，对区域内人流、货流、资源流的支撑力不足。要想富，先修路，渝黔边界地区极为落后不便的交通状况是制约经济社会发展的重要因素和卡脖子环节。

五凤溪古镇在原有基础上进行建设，只进行各街铺商业开发，开发类型单一，游客主要集中在高龄消费人群，经济带动性较差。但是，五凤溪古镇内古街与山体走势融洽结合，自然植被在大自然的哺育下茁壮生长，在古街内形成天然风光。

如前所述，将待修复复杂零件的曲面采用新的定位点不断进行迭代计算，将所得出的数据输入到计算机中，通过计算机中的三维建模CAD/CAM软件，对所输入的待修复曲面模型数据进行三维重构，然后输出零件缺损部分的三维模型数据，将三维模型数据输入3D打印设备中，最后得到零件缺损部分的3D打印实体。

［7］ 席劲英，武俊良，胡洪营，等．工业 VOCs气体处理技术应用状况调查分析［J］．2012，32(11):1955-1960．

［8］ 庄思源，沙莎，郭森，等．石化化工VOCs污染源控制的对策建议［J］．环境影响评价，2014(1):18－19．