VOC废气治理工程的优化技术方案.pdf

资源与环境化 工 设 计 通 讯Resources and EnvironmentChemical Engineering Design Communications 183第49卷第7期2023年7月工业生产时会产出 VOC 废气，VOC 废气具有挥发性，容易污染大气环境。尽管政府部门及社会各单位认识到治理 VOC 废气的重要性和必要性，但在工业生产时，近八成企业未配备废气处理设备，致使 VOC 废气的治理不及要求。相关单位必须提高对VOC 废气治理的重视，通过引进新技术，提高废气治理效果。1 VOC废气治理的常见技术1.1 溶液吸收技术VOC 废气不仅是可挥发的，还是可溶的。针对VOC 废气可溶性的特点，废气治理可采用溶液吸收技术。工厂在生产时，用水溶解VOC废气的有害物质，就可以在微生物作用下，通过新陈代谢，将有害物质转换为无害物质，经溶液吸收后排放的废气将不存在毒害威胁，经处理后的 VOC 废气将不会对大气和人身安全造成影响。日常生产生活中，VOC 废气的溶液吸收技术是较常见的。但由于溶液吸收技术需大量用水，在溶液吸收废气的有害物质时会造成资源浪费。因此，溶液吸收技术只适合小企业的废气治理，对于发展规模较大的中大型企业则不适合1。1.2 冷凝治理技术相比较于溶液吸收技术的限制性，冷凝治理技术是最常见的 VOC 废气治理技术。冷凝治理技术的原理是，在不同的温度下，有机物质的饱和度也有所不同，通过冷凝，可以改变 VOC 废气的有机物含量，在提取出 VOC 废气中的有机物后，VOC 废气得以净化，VOC 废气中的毒害物质有所减少，此时向大气排放的 VOC 废气将造成较小的污染。与此同时，在冷凝提取有机物时，被提取的有机物还可重复利用，相比较于溶液吸收技术，属于资源节约型治理技术。由于冷凝治理技术的操作便捷高效，可以普遍适用于一般性的 VOC 废气治理。但需注意的是，例如爆竹行业等高危行业，这类行业所排放的废气较为特殊，通过冷凝治理技术提取有机物有较大的难度，耗时耗力却收效甚微，因此，冷凝治理技术并不适合此类高危废气的分离及治理。1.3 高温燃烧技术温度调节对 VOC 废气治理有直接作用，除冷凝治理外，高温燃烧同样有效。高温燃烧技术是通过燃烧的方式，对 VOC 废气进行分解。高温燃烧技术可分为3类：将废气直接燃烧。由于直接燃烧的温度较高，能够直接破坏 VOC 废气中的毒害物质，但在VOC 废气的毒害物质较少时，直接燃烧的效果并不明显。加入催化剂催化燃烧。由于催化燃烧对温度的要求不高，且催化燃烧的成本投入较少，催化燃烧是高温燃烧技术中最常用的燃烧手段。加入助燃剂来辅助燃烧。在 VOC 废气无法直接燃烧时，可通过增加助燃物质来帮助燃烧，但由于增加助燃物质辅助燃烧的成本较高，工厂方面一般不会采用助燃燃烧2。2 VOC废气治理的工程实例分析节能环保理念下，VOC 废气治理技术更新迭代，例如，溶液吸收技术、冷凝治理技术和高温燃烧技术等，都有效治理了工厂的 VOC 废气。应对不同工厂的 VOC 废气治理需求，各种废气治理技术呈现其优摘要：近年来，工业产业迅速发展，工业经济在国民经济中的地位愈加重要。工业发展时产生的 VOC废气，不仅造成了大气污染，还给人们的身心健康带来不利影响。基于此，介绍 VOC 废气治理的常见技术，结合 VOC 废气治理的工程实例，说明 VOC 废气治理的技术发展方向，设计 VOC 废气治理的优化方案。关键词：VOC 废气；废气治理；技术中图分类号：X701文献标志码：B文章编号：10036490（2023）07018303Optimization Technical Plan for VOC Waste Gas Treatment ProjectWang ZhongAbstract:In recent years,the industrial industry has developed rapidly,and the position of industrial economy in the national economy has become increasingly important.The VOC emissions generated during industrial developmentnotonlycauseairpollution,butalsohaveadverseeffectsonpeoplesphysicalandmentalhealth.Theauthor introduces common technologies for VOC waste gas treatment,combined with engineering examples of VOC waste gas treatment,explains the development direction of VOC waste gas treatment technology,and designs optimization plans for VOC waste gas treatment.Keywords:VOC exhaust gas;waste gas treatment;technologyVOC废气治理工程的优化技术方案王 忠（泰安市社会信用信息中心，山东泰安 271000）收稿日期：20230406作者简介：王忠（1968），男，山东泰安人，高级工程师，主要研究方向为环境工程、设计咨询。资源与环境化 工 设 计 通 讯Resources and EnvironmentChemical Engineering Design Communications184 第49卷第7期2023年7月势和劣势。在治理 VOC 废气时，必须结合工程情况，分析废气性质并做好废气治理计划。2.1 工程实例概况家具喷漆是家具制造厂的基础工艺，也是家具制造厂产出 VOC 废气的主要来源。当家具制造厂忽视废气治理、随意将 VOC 废气排放时，VOC 废气就可能会对周边的大气环境造成污染。由于家具制造厂所产出的 VOC 废气中苯含量严重超标，VOC 废气不仅会对周边的生态环境造成威胁，还会对工厂内员工及周边住户的身心健康造成影响。家具制造厂必须革新家具喷漆环节，有效治理家具喷漆过程中产生的VOC 废气，减少 VOC 废气对工作人员及周边人员的损害。2.2 工程中所产生废气的性质家具制造厂的 VOC 废气中含有超量的苯，此外，还有非甲烷总烃等颗粒物。（1）家具制造厂排出的 VOC 废气含有机化合物，若直接排放会损害人的呼吸系统，因此，家具制造厂必须对 VOC 废气做净化治理后方可排放。（2）家具制造厂在喷漆时通常会选用溶剂型涂料，这类涂料方便家具制造厂喷涂不同色彩和基调，但其有机化合物浓度大，对人呼吸系统的影响也较大，家具制造厂在净化处理时可选用活性炭吸附。（3）单一借助活性炭吸附不足以处理家具制造厂的 VOC 废气，还需要通过水溶法和喷淋法等多种方式实现综合处理。必要时，也可借助植物吸收剂来吸收 VOC 废气中的毒害物质，避免毒害物质挥发至空中并造成污染。2.3 工程废气治理的工艺设计为最大程度净化家具制造厂的 VOC 废气，工程废气治理的工艺设计如下。（1）分析废气因素，对 VOC 废气做综合评估。不同类型的 VOC 废气在治理过程中也应选择不同的治理工艺，因此，在设计工程废气治理工艺之前，应当对废气浓度及成分做综合分析，了解哪些方法适用于此类废气的处理。在处理废气过程中，也要避免VOC 废气的处理产生二次污染。经分析，家具制造厂的 VOC 废气若采用活性炭吸附，可能无法对废气进行完全处理，VOC 废气治理过程中的能耗也相对较高，这会加大家具制造厂的成本压力。相比较于活性炭吸附，湿式洗涤工艺更符合家具制造厂喷漆阶段的工程废气治理。（2）准备湿式洗涤工艺的相关设施设备。湿式洗涤工艺需要准备吸收剂、环形布水管、引风机等相关设施设备。家具制造厂应当准备相关设备，放置填料塔，通过 VOC 废气上升至塔中的方式，做好湿式洗涤工艺的准备工作。填料塔的第1层是淋水层，对VOC 废气进行喷淋，确保 VOC 废气中的大部分毒害物质都可有效吸附在水膜中，随后，通过二次喷淋和三次喷淋实现对 VOC 废气的全部吸入。由于湿式洗涤工艺是可循环的，因此，在利用填料塔对 VOC 废气进行喷淋时，可通过重复洗涤的方式减少资源浪费。湿式洗涤过程中，家具制造厂应当根据 VOC 废气治理情况，适当添补吸收剂和喷淋水，调节引风机的功率，确保湿式洗涤工作能有序开展。治理人员也应根据可能存在的安全隐患做好应急防范，以确保 VOC废气治理的安全性。湿式洗涤工艺是目前应对家具制造厂喷漆环节所产生的 VOC 废气的常见治理方式，尽管该方式可实现喷淋水的可循环使用，但在具体使用湿式洗涤工艺时，无法对毒害物质进行二次利用，这与资源集约利用的初衷不符。家具制造厂喷漆环节的 VOC 废气治理也应从新技术中找到新的治理方式。3 VOC废气治理的技术发展方向3.1 生物转换技术生物转换技术作为 VOC 废气治理的新型技术，是我国在 VOC 废气治理上新的突破。生物转换技术是利用生物分子，实现有害物质向无害物质的转换。由于生物转换技术的成本投入较低，可通过简单的操作，实现对大规模 VOC 废气的统一处理，同时，经转换后的无害物质不仅不会对大气造成污染，不会对个人造成身心上的损害，还可以实现对毒害物质的二次利用，这与我国推进的低碳经济理念相适应，生物转换技术成为废气治理的新方向3。3.2 光解技术光解技术是利用光来分解废气，实现对 VOC 废气的有效处理。光解技术的原理是，利用催化剂，在光的分解下，有效分解 VOC 废气中的毒害物质。其中，半导体材料就是常见的催化剂。企业方面借助半导体材料，推进 VOC 废气的光解处理，由于半导体材料的催化作用较强、成本投入较少，企业利用半导体材料催化光解废气的普及度是较广的。在技术不断革新的当下，半导体材料作为关键技术的原始催化剂，虽能在企业治理 VOC 废气时发挥重要作用，但随着研究人员加大催化剂的研究，人们开始尝试采用纳米材料作为催化剂。由于纳米材料相比较于半导体材料，更加节能环保且能充分分解 VOC 废气，纳米材料成为光解技术新的催化剂主体，基于纳米材料的废气治理进入新阶段。3.3 提取分离技术提取分离技术是 VOC 废气治理发展的新方向之一。由于 VOC 废气的强挥发性，VOC 废气中的毒害物质会污染大气环境并威胁人身健康，提取分离技术就是在提取有害物质后，通过合理分离的方式对 VOC 废气加以治理。一方面，提取分离技术有效治理了 VOC 废气，解决了工厂废气导致的污染问题。另一方面，提取分离技术能够分离有害物质，经分离后的气体仍能回收利用，这与低碳经济理念相适应。资源与环境化 工 设 计 通 讯Resources and EnvironmentChemical Engineering Design Communications 185第49卷第7期2023年7月由于提取分离技术的资金投入较多，废气治理的成本相比较于生物分子转换技术和光解技术更高，因此，提取分离技术只适用于大的工业区。未来，在提取分离技术不断更新迭代后，提取分离的成本会有所降低，此时，提取分离技术将适用于更多的工业企业。4 VOC废气治理的优化方案设计4.1 新治理技术的选择结合上述分析，家具制造厂的喷漆环节容易产生VOC 废气，目前，所采用的湿式洗涤工艺能基本解决 VOC 废气治理需求，但结合 VOC 废气的成分及特性，生物分子转换技术更符合家具制造厂 VOC 废气治理需要。一方面，生物分子转换技术无须采买吸收剂、引风机等相关设备，成本投入相对较低，同时生物分子转换技术的风险较小，无需考虑高温安全隐患等。另一方面，生物分子转换技术可以实现对毒害物质的二次利用，这与低碳经济、节能环保理念相适应。因此，新治理技术的选择为生物分子转换技术。4.2 新治理技术的应用生物分子转换技术的原理是利用生物分子的生命活动，将有害物质转为无害物质，所生成的二氧化碳和水等能实现二次利用。利用生物分子转换技术治理VOC 废气时，主要经历3个步骤：通过 VOC 废气与水的接触，将 VOC 废气中的毒害物质溶解于水中，这与溶液吸收技术较为相似。溶解有机物成分后，根据有机物的浓度差异，将其从水膜过渡到生物膜，由生物膜中的生物分子吸收。生物分子吸收后将其分解并转换为无害物质。生物分子转换技术包括生物洗涤法和生物过滤法两种。生物洗涤法包括吸收室和再生池。常规的湿式洗涤工艺是通过喷淋水来达到治理废气的效果，而生物洗涤法则是通过喷淋生物循环液来吸收毒害物质，经过喷淋后的废气流到再生池中实现充氧再生。生物洗涤法能够有效利用毒害物质，化毒害物质为可利用物质，属于变废为宝的废气治理方式。但由于生物洗涤法的耗时较长，生物洗涤后的再生能力有限，不适用于常规的 VOC 废气治理。生物过滤法是通过生物滤池、生物滤塔达到废气治理的目的。在生物滤池方面，VOC 废气作为有机废气，可以通过生物分子转换形成可利用的无害物质。因此，生物滤池的原理就是将 VOC 废气进入到生物滤池后，通过生物分子的生命活动分解毒害物质，经净化后的气体无毒无害，不会对大气环境或人身健康造成影响。生物滤池需设置填料层填料，包括木屑和活性炭等具有吸附性的材料。治理人员需要在生物滤池的填料层中，保持良好的温度和湿度，培养起微生物群落，通过生物分子的生命活动来实现分解和循环利用。一般来说，生物过滤法可采取升流式或下降式，无论是哪种方式，都应考虑并选择合适的过滤材料。填料层的过滤材料应保持一定的温度和湿度，避免过滤材料在过低的湿度下出现干裂现象。考虑到生物过滤法对外部环境有一定要求，家具制造厂应当根据自身的废气性质，选定合适的生物滤池并定期维护。而在生物滤塔方面，家具制造厂可选用陶瓷或粗碎石作为滤塔的填料。生物滤塔区别于生物滤池，应当有一定的存留空间，确保生物分子在生命活动时能有充足的空间，避免出现空间狭窄而导致的生命活动受限的情况。由于生物滤塔的可控制性更强，可以由治理人员自主调节温度、湿度和 pH，因此，家具制造厂可选择生物滤塔来治理 VOC 废气。生物分子转换技术作为 VOC 废气治理的新技术，能够有效解决家具制造厂喷漆环节的 VOC 废气治理问题，同时也适用于其他 VOC 废气治理需求。但考虑到不同工程的 VOC 废气性质和成分不同，在治理过程中，单一选择生物分子转换技术是不足以治理VOC 废气的，治理人员应当根据本公司、本工程的实际需要做出权衡。治理人员可以在传统的治理手段中，选择溶液吸收技术、冷凝治理技术、高温燃烧技术，也可以从新型治理方式中选择生物转换技术、光解技术和提取分离技术。多种技术可视情况同时选择，但在选择时应注意不同技术之间的技术壁垒。对于前文提到的炼化企业、爆竹企业等高危废气的治理，就不能随意选择某一种废气治理模式，而是应当在有效存储及运输 VOC 废气的基础上，利用低温吸收技术和催化氧化技术实现联合处理。换言之，VOC 废气治理是长期工程，各化工生产企业及可能产生 VOC 废气的企业都应该在治理废气过程中做到源头控制，利用科学合理的技术方案来解决废气治理难题。考虑到中小企业治理 VOC 废气的成本压力较大，有关部门也可为 VOC 废气治理提供必要的资金和技术支持。5 结束语工业的高速发展带来高额经济效益，同时也造成环境污染。有关部门需提高对 VOC 废气治理工程的关注，通过技术优化，有效治理 VOC 废气。除了传统的溶液吸收技术、低凝治理技术和高温燃烧技术外，VOC 废气治理技术还应包括生物转换技术、光解技术和提取分离技术。未来应根据 VOC 废气治理需要，选择合适的治理技术并加以应用。参考文献1 李丽.VOC 废气治理工程技术方案探究 J.低碳世界,2017(21):17-18.2 张先波,杨春蕾.VOC 废气治理工程技术方案研究 J.化工管理,2019(8):58-59.3 王捷,许年冰,周惠红.VOC 废气治理工程技术方案研究 J.化工设计通讯,2019,45(8):239-240.