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东莞市塑胶行业VOCs治理技术调研
2019-08-18 12:11    来源: 未知      点击:

  北极星VOCs在线讯:摘要:塑胶行业是东莞市VOCs排放的主要来源之一,选择合适的VOCs治理技术是塑胶行业面临的重要问题。基于调研数据和工程案例,分析了塑胶行业VOCs治理技术应用变化,研究了不同治理技术的经济性,以期为东莞市塑胶行业VOCs治理技术的选择和评估提供技术支持。

  挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是指在101.325Pa标准大气压下,任何沸点低于或等于250℃的有机化合物[1],常温状态下易挥发,包含非甲烷总烃等有机物。VOCs是光化学烟雾的主要前体物,也是导致臭氧污染的主要原因,而细粒子中的有机物的高含量也与大气VOCs有密切关系。VOCs种类繁多,包括酮、酚、酯、醛、醇醚等含氧有机物,含氮有机物,卤代烃等几百种物质[2]。VOCs是大气环境的主要污染物,不仅会危害周边居民的身体健康,还会促进城市光化学烟雾和霾的生成,影响区域大气环境质量。

  塑胶行业是东莞市VOCs排放的主要来源之一,占总排放量的28.6%。塑胶生产包括上游工艺、成型工艺和后处理工艺,在破碎、配料、干燥、塑化挤出(包括注塑、挤塑、吸塑、吹塑、滚塑、发泡等)、喷涂、烘干、印刷等生产环节中,由于工艺温度高,易产生VOCs气体。特别是在后处理工艺中,采用溶剂增亮、涂料涂饰、丝网及曲面印刷、手绘补漆、黏胶组装等方式对塑胶产品进行表面装饰、美化、抗老化及耐腐蚀的处理中,存在较大的VOCs排放。因此,必须配置废气收集和净化治理装置。

  目前,VOCs治理技术有回收技术和销毁技术。回收技术主要包括吸收法、吸附法、冷凝法[8]及膜分离[9]。销毁技术主要包括直接焚烧、蓄热式直接催化焚烧、催化燃烧、蓄热式催化燃烧、生物法、光催化氧化、等离子体破坏等。由于VOCs成分复杂,浓度、流量、成本等因素不同,每种VOCs治理技术都有其自身的优势和使用限制,如何选择合适的技术是VOCs治理工作必须面对的问题。

  本研究在大量数据调查统计和工程案例现场调研的基础上,对塑胶行业VOCs治理技术的应用情况变化和经济成本进行了分析,列举了某塑胶企业的工程实例,以期为东莞市塑料行业VOCs治理在技术选择上提供参考。

  数据调查对象主要为东莞市VOCs排放量较大的塑胶行业企业。调查数据主要通过前期摸底排查、后期跟踪更新和典型案例现场调研三种方式实现。前期摸底排查以全市33个镇区生态环境分局为调查主力,分区逐一摸底排查,建立各镇区整治名录,最后汇总于本研究小组。后期跟踪更新是各生态环境分局根据整治名录,督促企业提升治理技术,定期查访、跟踪记录,上报数据和治理设施更新情况。典型案例现场调研是本研究小组根据最新的调查数据,选择有代表性的工程案例,到企业现场核实,调研企业的生产原辅料、规模、生产工艺、产品、VOCs处理技术的选择应用、治理设施运行工况、投入费用和运行成本等。

  监测数据主要通过企业提供的竣工监测报告、委托监测和现场监测方式获得,特别是典型工程案例多采用现场采样监测方式进行,以求数据的真实性、可靠性和对现场工况的实际反映。

  调研涉及东莞市1974家塑胶企业,其中没有采取任何治理设施的企业477家,占24.2%;关闭、低VOCs或无VOCs产生的企业751家,占38.0%;有采用治理设施的企业746家,占37.8%。可见,东莞市经历了多年VOCs治理,塑胶行业已淘汰关闭了一批重污染企业,一些企业撤销了VOCs产生工序,更多企业有了采用低VOCs原辅材料或水性涂料的趋向,但部分无治理设施的企业仍是需加强整治的重点。

  本次研究主要讨论东莞市塑胶行业中已设置VOCs治理设施的企业。从图1可看出,治理前后均为活性炭吸附法的企业数量最多,同时企业已从单一的活性炭吸附技术向新兴技术、高治理效率技术和组合技术转变。UV光解+活性炭吸附是塑胶行业最受关注的VOCs治理技术,上升的幅度最大,达300多家。吸附法和UV+活性炭法两法合占塑胶行业的8成以上,其他治理技术虽逐渐增多,但应用的企业数量较少。根据企业现场的调研反馈,9家燃烧法中,有6家采用吸附浓缩+催化燃烧法,3家采用蓄热式焚烧法(RTO),治理效率均达90%以上,都有较好的处理效果,是今后需重点推广的治理技术。

  VOCs末端治理技术可分为传统技术、新兴技术和组合技术。传统技术包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法等。新兴技术有光催化氧化法和等离子体法等。组合技术有光催化氧化+活性炭吸附、等离子体+活性炭吸附和吸附浓缩+催化燃烧法等。各类末端治理工艺的特点不同,在进行特定VOCs废气治理方案的选择时,应从技术和经济性上考虑,结合废气的有机成分、含量、温度、压力、安全性和生产工艺的协同作用等方面综合评定,最终确定最佳的治理技术。本研究主要从经济性方面进行分析。

  根据调研数据和有关文献资料,归纳出不同VOCs治理技术的经济性参考指标(见下表)。UV光解法和等离子体法凭借低投入低运行费用优势迅速受到企业青睐。吸附回收法和冷凝回收法虽然投入低,但综合经济性不高,不推荐单独使用,建议联合使用以提高去除效率和增加经济性。吸附-催化燃烧、蓄热催化燃烧(RCO)和蓄热式焚烧(RTO),虽然前期投入较大,但由于运行费用合理,治理效率稳定可靠,可择优考虑。

  现场调查表明,企业在选择VOCs末端治理技术时,治理设施的经济性居首位。为此,有必要深入研究进气浓度与VOCs治理技术经济性的关系。从图2可看出,活性炭吸附法(曲线时费用直线以内的采用此技术费用较低。带有热回收功能的RTO和催化燃烧法(曲线A、B),相对费用较高,但在浓度高于100mg/m3后费用迅速减少,热回收抵消了昂贵的运行成本。因此,增加热回收利用可大幅削减运行成本,值得推荐。

  从方法原理与应用实例来看,以上所述的技术均有一定的治理效果,关键是治理设施的技术参数要符合设计要求,应与企业的工况匹配,后期的运行管理应规范合理。图3为东莞市某公司设计的VOCs治理工艺,产生的有机废气中,主要含甲苯、二甲苯、乙酯、丁酯、丁酮等,属于低浓度大风量类型,采用分子筛吸附脱附-蓄热式催化燃烧RCO技术,处理发泡造粒生产过程中低温聚合工段产生的有机废气,净化效率高达92%,有机废气得到有效去除。

  研究表明,塑胶行业的废气主要包括含氧有机物、芒香烃、烷烃、卤代烃、烯烃和含氮有机物等237种VOCs物质。其中含氧有机物占50%以上,其次为由苯及苯系物、萘组成的芳香烃,后面排名分别为烷烃、卤代烃、烯烃和含氮有机物。塑胶表面涂装中的喷涂、烘干、印刷工艺废气应采用吸附-冷凝回收法和吸附-催化燃烧法或其他组合技术,VOCs废气净化效率应达到90%以上。据现场监测,结果如图4所示,芳香烃、含氧有机物、烷烃、卤代烃都得到了有效去除,效果显著。

  (1)东莞市塑胶行业VOCs治理,大多采用撤销VOCs产生工序、更换低VOCs原辅料的措施,治理技术从单一的活性炭吸附技术向新兴技术、高治理效率技术和组合技术转变。

  (2)由于UV光解法和等离子体法具有成本优势, 应用案例不断增加, 东莞地区UV光解+活性炭吸附是塑胶行业最受关注的VOCs治理技术,但在后期运行监管方面,必须注意排放的稳定达标。建议企业关注吸附剂的饱和周期并及时落实更换,加强运行台账记录和管理,确保设施稳定运行。

  (3)经济性是企业选择VOCs治理技术首要考虑的因素,吸附-催化燃烧、RCO和RTO法,虽投资成本较高,但治理效率高,运行稳定。建议有条件的企业增加热回收工艺,降低整体运行成本,达到费用合理、治理效果显著的目的。

  (4)在选择适宜治理工艺的前提下,后期规范合理的运行管理非常重要。建议每年定期对总排口及厂界开展监测,监测指标须包含臭气浓度和非甲烷总烃、废气处理设施监测进出口参数,并核算VOCs的去除率。

  为保护和改善大气环境,加强固定污染源挥发性有机污染物排放建设项目环境保护监督管理工作,加强固定污染源挥发性有机污染物排污许可证申请、核发和排污许可执行与监督管理工作,特制订此技术规范。

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