工藝聚焦丨各種(zhǒng)VOCs治理技術的優缺點、适用範圍

近年來,VOCs治理引起(qǐ)各界關注,VOCs即揮發(fā)性有機物,是一類化學(xué)質的統稱,在常溫常壓下,具有高蒸汽壓。我國(guó)現标準中VOCs是指20℃條件下蒸汽壓大于等于0.01kPa,或在特定适用條件下具有揮發(fā)性的全部機化,或在特定适用條件下具有揮發(fā)性的全部機化合物的統稱。

VOCs組成(chéng)複雜,主要包括烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴、含氧烴、氮烴、硫烴、低沸點多環芳烴等。其中常見的VOCs種(zhǒng)類有甲苯(Toluene  Toluene )、二甲苯 (Xylene) 、對(duì) -二氯苯 (Para -dichlorobenzene) 、乙苯 (Ethyl  benzene)、苯乙烯(Styrene) 、甲醛 (Formaldehyde) 、乙醛 (Acetaldehyde) 等。

VOCs來源

VOCs的排放來源分爲自然源和人爲源。全球尺度上,VOCs 排放以自然源爲主;但對(duì)于重點區域和城市來說(shuō),人爲源排放量遠高于自然源,是自然源的6-18倍。 在城市裡(lǐ),VOCs的自然源主要是綠色植被(bèi),基本屬于不可控源;而其人爲源主要包括不完全燃燒行爲、溶劑使用、工業過(guò)程、油品揮發(fā)和生物作用等。人爲源主要包括不完全燃燒行、溶劑使用工業過(guò)程油品揮發(fā)和生物作等。人爲源主要包括不完全燃燒行、溶劑使用工業過(guò)程油品揮發(fā)和生物作等。人爲源主要包括不完全燃燒行、溶劑使用工業過(guò)程油品揮發(fā)和生物作等。目前我國(guó)VOCs排放主要來自固定源燃燒、道(dào)路交通溶劑産品使用和工業過(guò)程。主要來自固定源燃燒、道(dào)路交通溶劑産品使用和工業過(guò)程。 主要來自固定源燃燒、道(dào)路交通溶劑産品使用和工業過(guò)程。在衆多人爲源中,工業源是主要的VOCs污染來源,具有排放集中、排放強度大、濃度高、組分複雜的特點。【VOC廢氣處理】

VOCs危害

VOCs對(duì)人體的危害主要有兩(liǎng)個方面(miàn):其一爲其有害成(chéng)分直接影響人體健康,其二VOCs會(huì)形成(chéng)PM 2.5 前體物,從而間接影響人體健康。

VOCs防治技術

根據大氣中VOCs産生的原理和VOCs的理化性質,其控制技術可以分爲兩(liǎng)大類,過(guò)程控制和末端控制。過(guò)程控制是針對(duì)VOCs的生産過(guò)程,從VOCs的原理上減少VOCs的産生,一般通過(guò)工藝提升、技術改造和洩漏控制來實現。末端控制則是針對(duì)VOCs的化學(xué)特性,著(zhe)力于VOCs廢氣的治理,利用燃燒、分解等方法來控制VOCs的排放。

吸附技術原理:利用吸附劑與污染物質(VOCs)進(jìn)行物理結合或化學(xué)反應并將(jiāng)污染成(chéng)分去除。
典型工藝:

适用于:中低濃度的VOCs的淨化。

優點:去除效率高,易于自動化控制。

缺點:不适用于高濃度、高溫的有機廢氣,且吸附材料需定期更換。

吸收技術原理:由廢氣和洗滌液接觸將(jiāng)VOCs從廢氣中移走,之後(hòu)再用化學(xué)藥劑將(jiāng)VOCs中和、氧化或其它化學(xué)反應破壞。

适用于:高水溶性VOCs,不适用于低濃度氣體。

優點:技術成(chéng)熟、可去除氣态和顆粒物、投資成(chéng)本低、占地空間小、傳質效率高、對(duì)酸性氣體高效去除。

缺點:有後(hòu)續廢水處理問題、顆粒物濃度高、會(huì)導緻塔堵塞、維護費用高、可能(néng)冒白煙。

冷凝技術原理:冷凝將(jiāng)廢氣降溫至VOCs成(chéng)份之露點以下,使之凝結爲液态後(hòu)加以回收之方法。

适用範圍:多用于高濃度、單一組分有回收價值的VOCs的處理。處理成(chéng)本較高,故通常VOCs濃度≥5000ppm,方才适用冷凝處理,其效率介于50～85%之間;濃度≥1%以上時(shí),則回收效率可達90%以上。冷凝法也經(jīng)常搭配其它控制技術,例如:焚化、吸附、洗滌等作爲前處理步驟。【有機廢氣處理】

膜分離技術原理:用人工合成(chéng)的膜分離VOCs物質。

适用範圍:高濃度VOCs,回收效率高于97%。

優點:可回收組分;高效;可集成(chéng)其餘技術。

缺點:成(chéng)本較高;會(huì)造成(chéng)膜污染;膜的穩定性差;通量小。

生物降解技術原理:利用微生物對(duì)廢氣中的污染物進(jìn)行消化代謝,將(jiāng)污染物轉化爲無害的水、二氧化碳及其它無機鹽類。

适用範圍:以微生物可分解物質爲主,污染物爲微生物的食物來源,可以生物處理的污染物包括:碳氫氧組成(chéng)的各類有機物、簡單有機硫化物、有機氮化物、硫化氫及氨氣等無機類等。

優點:能(néng)耗低、費用低;氧化完全;能(néng)耗低。

缺點:能(néng)量利用率;光催化劑失活;可見光。

等離子體技術原理:等離子體場富集大量活性物種(zhǒng),如離子、電子、激發(fā)态的原子、分子及自由基等;活性物種(zhǒng)將(jiāng)污染物分子離解小分子物質。

适用範圍:低濃度VOCs,室内空氣淨化。

特點:實現VOCs低溫去除;适用于低濃度、大風量的VOCs;處理效率高,能(néng)耗低;淨化并清新空氣。

光催化技術原理:光催化劑納米粒子在一定波長(cháng)的光線照射下受激生産電子空穴對(duì),空穴分解催化劑表面(miàn)吸附的水産生氫氧自由基,電子使其周圍的氧還(hái)原成(chéng)活性離子氧,從而具備極強的氧化還(hái)原能(néng)力,將(jiāng)光催化劑表面(miàn)的各種(zhǒng)污染物摧毀。【廢氣處理】

優點:條件溫和,常溫常壓;設備簡單、維護方便;減少甚至無二次污染。

缺點:占地面(miàn)積大;氣候影響大;工況變化影響大。

組合技術:沸石轉輪+熱力焚燒技術:

1 蓄熱式焚燒(RTO)

例如去年我國(guó)一家大型凹印機制造企業跟意大利公司合作爲浙江一家大企業安裝了一套蓄熱式焚燒(RTO)設備,這(zhè)套設備價格不菲(聽說(shuō)是七百多萬),這(zhè)套設備已安裝了很長(cháng)一段時(shí)間,但到現在還(hái)沒(méi)有正常運行,主要原因是RTO系統需要極其頻繁地切換風向(xiàng),而涉及的閥門有六七個,閥門開(kāi)合過(guò)程對(duì)内部的運風影響很大,每個閥門之間都(dōu)互相幹擾,風閥要完全關閉不漏氣很難做到,再加上外部接納廢氣流量和濃度也在變化,要達到RTO設備所要求的理想工況比跑馬射箭還(hái)要難,再有,蓄熱陶塊巨大的風阻,光是90多千瓦的循環風機的能(néng)耗也受不了,可以說(shuō),RTO技術是成(chéng)熟的,應用在某些行業也是成(chéng)功的,但用在軟包裝行業就(jiù)不是這(zhè)麼(me)簡單。

2 活性炭吸附回收

還(hái)有,很多人熟悉的北京一家很早做廢氣處理的環保公司,爲不少軟包裝企業安裝了活性炭吸附回收設備,但活性炭吸附帶來的高風阻和脫附高能(néng)耗,以及對(duì)回收後(hòu)的溶劑處置難等問題至今一直沒(méi)有很好(hǎo)的解決方法,所以這(zhè)些設備使用時(shí)跟原初衷大相徑庭。

3 催化焚燒

有催化焚燒,由于印刷使用的溶劑成(chéng)分複雜,催化劑容易中毒失效造成(chéng)排放不達标,經(jīng)常更換昂貴的催化劑更造成(chéng)使用成(chéng)本高昂。

轉輪濃縮也存在能(néng)耗大的問題,而且嚴格意義上現時(shí)通過(guò)轉輪過(guò)濾後(hòu)排放的氣體未能(néng)達到排放标準。

4 等離子、光觸媒和生物降解等

還(hái)有其他等離子、光觸媒和生物降解等等,至今爲止對(duì)于軟包裝行業的廢氣處理還(hái)沒(méi)有發(fā)現讓人信服的案例。

5 熱回收式直接焚燒

而西方普遍采用的熱回收式直接焚燒在國(guó)内也很難推廣,由于軟包裝行業所排放的有機廢氣屬于中低濃度,必須混合大量的天然氣才可以徹底焚燒,就(jiù)算有了熱回收裝置將(jiāng)部分煙氣餘熱轉移給有機廢氣,但最後(hòu)排放的煙氣溫度也在300℃以上,這(zhè)些排放的煙氣廢熱大部分以消耗天然氣爲代價,而一般軟包裝企業無法消化利用這(zhè)麼(me)多煙氣餘熱,隻能(néng)白白排掉,國(guó)内天然氣價格居高不下造成(chéng)這(zhè)個技術在中國(guó)難以接受。

再有,現在的有機廢氣基本上是集中處理,不可能(néng)先安裝一台小的試試,要麼(me)不裝,要麼(me)一次到位,給企業帶來非常大的技術風險和資金壓力。

有機廢氣處理在軟包裝行業困難重重,究其原因主要是該行業所排放的有機廢氣屬于成(chéng)分複雜而且濃度偏低,加上處理風量幅度變化很大,比如凹版印刷一般采用3~4種(zhǒng)溶劑混合,廢氣濃度很多時(shí)候都(dōu)在1000ppm以下,有時(shí)多台8色印刷機全部開(kāi)齊,有時(shí)隻有一台設備就(jiù)印4個顔色,處理這(zhè)類變化複雜的廢氣難度很高,凹版印刷廢氣确實是難啃的骨頭。

鑒于軟包裝行業目前尚未找到成(chéng)熟的廢氣處理手段,某些地方政府已開(kāi)始出台了一些以罰代管的政策,用企業的污染物排放量收取排污費的方式處罰污染企業,通過(guò)經(jīng)濟處罰給企業施加整改壓力。

政府罰款或收取排污費的定額依據,總排量是最顯眼的數字,如果你想少交費,隻能(néng)想辦法降低廢氣排量。

6 排風量設計過(guò)大

說(shuō)到廢氣排量,在這(zhè)裡(lǐ)不得不提,一直以來,軟包裝機械制造企業犯了一個低級且後(hòu)果嚴重的錯誤,絕大部分的凹印、複合或塗布設備的排風量設計大幅超過(guò)工藝需求,造成(chéng)熱風浪費嚴重,風機耗電大,更嚴重的後(hòu)果是使廢氣濃度進(jìn)一步降低,而廢氣處理設備的處理容量是以過(guò)風量設計的,而且廢氣濃度越低在熱解處理時(shí)必須添加更多的天然氣混合焚燒,增加排風量等于同時(shí)增加了廢氣處理設備的投入成(chéng)本和運行成(chéng)本。

7 烘箱永遠都(dōu)接通排風機

還(hái)有一個更低級的錯誤是就(jiù)算沒(méi)有工作的印刷機組其烘箱永遠都(dōu)接通排風機。綜合計算,凹版印刷平均下來有超過(guò)7成(chéng)以上的排風是多餘的。或者有可能(néng)設備在出廠時(shí)設計的排量按最大值并增加一定的保險系數,但廠家使用時(shí)應該根據不同的産品進(jìn)行調整,很多廠家自設備買回來後(hòu)所有風機風閥原來怎樣就(jiù)怎樣,這(zhè)也是造成(chéng)上述問題的原因,追究起(qǐ)來機械廠家和設備使用者都(dōu)有過(guò)錯,因在這(zhè)個小節上不注意,可以讓一個中等規模的企業每年多花幾十、甚至上百萬的電費。

對(duì)于省錢,我看軟包裝行業的老闆比不上馬路邊洗車店的老闆聰明,很少見過(guò)有人拿水管沖刷車輛,而是用一支高壓水槍,流速很快但水量很少,小半桶水就(jiù)可以把車洗得幹幹淨淨。我在這(zhè)裡(lǐ)隻舉這(zhè)個例子,認爲隻有大風量才能(néng)把溶劑帶走的人回去好(hǎo)好(hǎo)想想。

建議:增加流速、大幅度降低風量

增加流速、大幅度降低風量對(duì)于油墨烘幹反而起(qǐ)了正面(miàn)作用,包括對(duì)人們擔心的廢氣濃度過(guò)高存在爆炸安全隐患等都(dōu)有企業都(dōu)做了充分的技術論證和現場測試,之前設計的凹印機的排風濃度離爆炸點相距很遠,相當于水隻淹到腳眼,離鼻子還(hái)遠了,就(jiù)算把排風降低到現有的25%,相當于水還(hái)未淹到膝蓋。實踐證明,在同等溫度下,适當提高風速而大幅度降低風量會(huì)提高油墨的幹燥效率,而且廢氣濃度的提高不會(huì)導緻爆炸風險的增加。

通過(guò)大幅降低凹印機的排風量實現節能(néng)減排已逐步被(bèi)人們所認知,烘幹能(néng)耗跟廢氣排放量呈正比,假如3萬m³/h的排量時(shí)電熱功耗是300kw,如果減至1萬m³/h時(shí),電熱功耗也降低至100kw,對(duì)于後(hòu)續的廢氣處理隻需要配置1萬m³/h的處理設備,比3萬 m³/h的設備起(qǐ)碼便宜一半,而且當廢氣濃度上升至約2.5g/m³時(shí),有機廢氣裡(lǐ)面(miàn)的溶劑熱能(néng)解放可以維持自持燃燒,無需添加天然氣,而且,廢氣熱解析出的熱量完全可以滿足烘幹熱風的加熱需求。

(來源:谷騰環保網)