对长三角典型大城市213家重点领域企业398套废气处理系统软件进行了基本调查,并对吸气、消化、冷凝、光氧催化/催化氧化、超低温等离子技术、点燃和生物处理技术在不同领域的应用情况进行了剖析,并对上解技术的不同成分工艺在不同领域的应用情况及其具体的VOC清洁实际效果进行了剖析。研究结果表明:吸咐是最常用的VOCs解决技术,具有广谱性,应用占有率为47.49%,吸咐再造与点火、冷疑等尾端解决技术相融合后能达到90%的清洁效率,此外,废吸收剂使用量减少超过90%,完成了VOCs废气处理的资源化再生及电力化;消化吸收、冷疑、光氧催化/催化氧化、超低温等等离子技术及生物法等解决工艺具有一定的选择性和可喜性。选择有效的组合解决技术,可以充分发挥不同解决技术的优势,保证解决系统软件的准确性和可靠性。
长三角地区是我国经济最发达的地区之一,同时也是我国资源利用率高、VOCs大气污染物排放相对密度大的地区之一,资源利用率高。VOCs和NO在太阳紫外线照射下会产生光化学变化形成O3,虽然现阶段NOx浓度有所下降,但现阶段在我国VOCs治理上进入瓶颈期,造成?O3环境污染较大。在长三角地区工业化生产的主题活动中产生的VOCs是本地区大气O形成的主要控制因素[10],现阶段长三角地区自然环境空气指数的改善,关键在于工业生产VOCs治理的成果。
常熟市是长三角地区重要的区域中心城市之一,拥有较多的中型规模以上企业,具有较强的外向型经济,生产率较高,具有长三角经济发展的典型特征[11]。调查对象是常熟市一区的一家企业,调查对象包括电子机械和器械生产制造(电子器件和半导体行业占主导地位)、通用/专业设备生产制造和金属制品制造(机械加工领域占主导地位)、汽车工业和制药制造业等高新技术产业,这些行业发展迅速,代表了中国先进水平。
《大气十条》和《十三五》绿色生态与生态环境保护总体规划明确提出,今年各地VOCs排放总量要比2015年减少10%以上;各地纷纷出台基于当地产业布局和VOCs环境污染状况的相应措施和标准。2016年江苏明确提出“两减六治三提升”专项整治,要求今年全省VOCs排放总量控制在20%以上,重点工业生产领域VOCs排放总量控制在30%以上;常熟市对此进行了调研,对全省VOCs排放总量控制工作进行了全面部署,明确提出VOCs节能减排占22%。为了实现上述总体目标,本地区生态环境局分行业、分区域、分机构、分权威专家对我区企业进行VOCs有机废气检查。本文对该地区266家涉及VOCs排放的企业进行了调查研究,初步剖析了不同VOCs治理技术在该地区关键领域的应用情况及其解决实际问题的效果,为工业生产VOCs废气治理技术的选择提供一定的参考。
第一,研究对象和方式。
1.1研究目标
综合考虑所调查行政区域内各领域占有率、公司VOCs消耗情况以及我国行业规范和地方政府管理资料的实际规定,将制药生产制造、包装印刷、汽车工业、化工原料和化学产品生产制造、硫化橡胶和塑料制品、电子机械和器械生产(以电子器件和半导体材料为主)、通用/专业设备生产制造以及金属制品业(以机械加工为主)作为调查对象,作为典型领域的VOCs成分,调查范围内的有机废气成分不包括HCl和NH3等无机物,有机废气或成分含量极低。
2.1采用VOCs废气处理技术的情况。
调查中,213家拥有废气处理设备的公司共有398套废气处理系统软件(包括构成过程处理系统软件),如图2所示,在这些软件中,共有76套预处理系统软件,占总比例为19.10%;含过程处理系统软件占总比例为189套,占总比例为47.49%;含消化吸收过程处理系统软件占总比例为89套,占总比例为22.36%;含冷疑、光氧催化/催化氧化、超低温等离子技术、点燃法和生物法处理系统软件占总比例为1.26%、4.52%、3.77%、9.05%和0.75%。
准备处理系统软件通常用于去除化学颗粒,如焊接烟尘,金属化合物,烟尘等。处理法一般选用袋式除尘器、脉冲除尘、滤筒除尘、旋风除尘或静电除尘器,在重力或静电场作用下,借助惯性力对固体颗粒或液体焊接烟尘进行清洁,而对VOCs无实际清洁效果,一般用作各种VOCs废气处理系统软件的外置预处理对策,确保事后清洁对策的顺利运行。调查企业中,仅设预处理系统软件的工艺一般用于处理空气污染物为细颗粒物的废气。
吸气工艺是现阶段工业生产中处理VOCs废气最常用的工艺,采用比面积大的多孔材料吸气装置,使VOCs空气污染物固定不动。研究公司选择的吸收剂重点是活性炭颗粒、蜂窝活性炭、化学纤维活性碳、沸石分子筛、凹凸棒和偏碱型吸收剂,在这些吸收剂中,选择了活性炭过滤含颗粒的解决系统软件有141套,40套含蜂窝活性炭,5套含沸石分子筛,5套含化学纤维活性碳、凹凸棒和偏碱型吸收剂。
目前工业生产中常用的VOCs尾气处理工艺是消化吸收法,消化吸收液一般为溶液、NaOH等碱性溶液、NaClO等还原性水溶液和绿色植物液等。对于水溶性较好或易于与消化吸收液相反应的VOCs废气处理实际效果较好。
以凉水、冷冻食盐水或液态氮为制冷剂,将VOCs组分从液体中提取出来,冷疑成液体,完成VOCs有机废气的净化。
光-氧催化过程利用短光波长较高的紫外能量将VOCs分子结构链切断,或水解O2生成O3,利用O3的强氧化性清洗VOCs;催化氧化过程利用纳米二氧化钛在特定光波长的阳光下产生·OH等特定官能团,利用特定官能团的强氧化性清洗VOCs。
超低温等离子技术过程是在另一种静电场作用下,引起许多高能量电子器件负电子VOCs分子结构,使其产生水解、分解和激发,从而产生一系列繁杂的化学变化,使生物大分子VOCs变成像H2O和CO2这样的小分子水化学物质。等离子技术的超低温充放电方式包括物质阻隔式充放电、弧形放电、弧形放电、微波加热式充放电和频射式充放电。
它是利用VOCs本身的可燃特性,将VOCs转化成无害的H2O、CO2等化学物质,根据反应温度分为立即加热燃烧和催化燃烧两种,立即加热燃烧反应温度一般在750℃以上,催化燃烧反应温度一般在250℃上下。结合陶瓷储热技术,可以进一步降低能耗,提高?热利用的高效率,发展成为一种储热式加热点火和储热催化燃烧装置工艺。
生物学方法是利用微生物对VOC组分进行消化吸收代谢,将其转化成无害的H2O、CO2及其碳酸盐等化学物质,一般分为生物清洗和生物过激反应。
2.2VOCs尾气处理工艺组成情况。
一般工业生产的VOCs化学品有数百种,工业废气成分比较复杂,多见性化合物,性质差异较大,单用一种净化技术在净化效果和运行能耗方面一般不能考虑市场需求。所以在具体的工程项目中,根据有机废气的性质及解决方法的规定,出现了对成分使用的多样化解决技术。
调查了213家拥有废气处理设备的企业,其技术构成情况见图3。前期去除微粒的处理方法无法合理清洁VOCs有机废气,故将仅设前期处理的系统软件单独列出,不作为合成工艺考虑。