厦门市工业源VOCs治理技术及区域性治理效果评估

金月正, 金磊, 吴义诚, 高攀峰, 刘建福, 苏国新, 庄马展, 傅海燕. 厦门市工业源VOCs治理技术及区域性治理效果评估[J]. 环境工程学报, 2021, 15(6): 1956-1965. doi: 10.12030/j.cjee.202008145
引用本文: 金月正, 金磊, 吴义诚, 高攀峰, 刘建福, 苏国新, 庄马展, 傅海燕. 厦门市工业源VOCs治理技术及区域性治理效果评估[J]. 环境工程学报, 2021, 15(6): 1956-1965. doi: 10.12030/j.cjee.202008145
JIN Yuezheng, JIN Lei, WU Yicheng, GAO Panfeng, LIU Jianfu, SU Guoxin, ZHUANG Mazhan, FU Haiyan. Evaluation of industrial VOCs treatment techniques and regional treatment effect in Xiamen[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2021, 15(6): 1956-1965. doi: 10.12030/j.cjee.202008145
Citation: JIN Yuezheng, JIN Lei, WU Yicheng, GAO Panfeng, LIU Jianfu, SU Guoxin, ZHUANG Mazhan, FU Haiyan. Evaluation of industrial VOCs treatment techniques and regional treatment effect in Xiamen[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2021, 15(6): 1956-1965. doi: 10.12030/j.cjee.202008145

厦门市工业源VOCs治理技术及区域性治理效果评估

    作者简介: 金月正(1997—),男,硕士研究生。研究方向:大气与水污染控制工程。E-mail:jyz.xm@qq.com
    通讯作者: 傅海燕(1979—),女,博士,教授。研究方向:大气与水污染控制工程、环境生物技术、固废资源化。E-mail:fuhy@xmut.edu.cn
  • 基金项目:
    国家自然科学基金资助项目(51109181);福建省科技厅引导性项目(2018Y0079);福建省中青年教师教育科研项目(JT180452);厦门理工学院科技项目(XPDKT18008)
  • 中图分类号: X511

Evaluation of industrial VOCs treatment techniques and regional treatment effect in Xiamen

    Corresponding author: FU Haiyan, fuhy@xmut.edu.cn
  • 摘要: 选取厦门市8大重点监测行业370家企业的439套废气处理系统进行了调研,对不同VOCs治理技术在不同行业的应用情况及实际净化效果进行分析,并结合GIS平台,对厦门市的VOCs治理效果进行了区域性评估。结果表明:活性炭吸附、UV光解、UV光解+活性炭、等离子+UV光解、燃烧类工艺及其他类(低温等离子法、冷凝回收法、生物法)等6类治理技术对VOCs的平均去除率分别为79.6%、73.7%、71.9%、69.2%、82.1%、68.6%;燃烧类工艺对苯系物去除率最高,其次是活性炭吸附工艺,UV光解及其组合工艺对苯系物的去除率较低;UV光解及其组合工艺在设备管理及企业工艺选取方面尚存在问题,整体处理效果较差,但该工艺适用于低浓度有机废气的处理,例如在汽修行业的去除率较高(80%左右);燃烧类工艺及活性炭吸附工艺处理效果较好,燃烧类工艺的去除率较高,且对工况的适应性较强,可用于高浓度VOCs(>1 000 kg·d−1)和高进口风量(>20 000 m3·h−1)条件下的废气治理;其他类相关工艺由于成本较低,虽处理效率不高,但可根据实际情况选择应用。厦门市域各二级行政区对VOCs 8大重点监测行业区域治理效果排序为:思明区>湖里区>海沧区>翔安区>集美区>同安区。
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  • 图 1  厦门市8大行业企业数量占比图

    Figure 1.  Proportion of different industries in Xiamen

    图 2  行业地理位置分布图

    Figure 2.  Geographical location of the industries

    图 3  各类VOCs废气处理工艺的应用情况

    Figure 3.  Application of VOCs waste gas treatment technologies

    图 4  不同处理工艺的VOCs去除率

    Figure 4.  VOCs removal rate of different treatment technologies

    图 5  不同处理工艺的苯系物去除率

    Figure 5.  MACHs removal rate of different treatment process

    图 6  VOCs的区域治理效果图

    Figure 6.  VOCs outlet concentrations in the region

    表 1  行业划分及VOCs产生量情况

    Table 1.  Industry classification and VOCs production

    行业大类行业子类排放源企业数量/
    平均VOCs
    产生量/(kg·d−1)
    化工基础化学原料制造乙烯、丙烯、丙烯腈、丁乙烯、苯乙烯、苯和化学原料药81 651.0
    涂料、油墨、颜料及类似产品制造油墨、油漆、炭黑、染料和印染10
    合成材料制造合成橡胶、丙烯腈、乙二醇、尼纶、涤纶、合成纤维单体、
    腈纶、丙纶、维纶和黏胶纤维等
    36
    专用/其他专用化学品制造促进剂和黏合剂5
    日用化学品制造合成洗涤剂香料和活性剂11
    涂装金属家具涂层31 479.9
    木质家具涂层6
    金属制品业7
    机械设备制造设备和机床防腐、卷材、其他涂料和装配用胶黏剂6
    橡胶橡胶制品制造橡胶制品2464.6
    其他橡胶制品制造橡胶制品11
    橡胶和塑料制品业人造革和合成革13
    印刷装订及印刷相关服务装订用胶黏剂155 158.1
    包装装潢及其他印刷油墨印刷润版液和稀释剂85
    汽修汽车喷涂轿车、汽车(大车)和摩托车修补涂料111344.1
    工艺品雕塑工艺品制造油漆、固化剂和天那水21.3
    金属工艺品制造油漆、固化剂和天那水2
    其他工艺品制造油漆、固化剂和天那水7
    船舶维修船舶改装与维修船舶涂料214.2
    制鞋业橡胶鞋制造胶黏剂167.5
    皮鞋制造胶黏剂5
    行业大类行业子类排放源企业数量/
    平均VOCs
    产生量/(kg·d−1)
    化工基础化学原料制造乙烯、丙烯、丙烯腈、丁乙烯、苯乙烯、苯和化学原料药81 651.0
    涂料、油墨、颜料及类似产品制造油墨、油漆、炭黑、染料和印染10
    合成材料制造合成橡胶、丙烯腈、乙二醇、尼纶、涤纶、合成纤维单体、
    腈纶、丙纶、维纶和黏胶纤维等
    36
    专用/其他专用化学品制造促进剂和黏合剂5
    日用化学品制造合成洗涤剂香料和活性剂11
    涂装金属家具涂层31 479.9
    木质家具涂层6
    金属制品业7
    机械设备制造设备和机床防腐、卷材、其他涂料和装配用胶黏剂6
    橡胶橡胶制品制造橡胶制品2464.6
    其他橡胶制品制造橡胶制品11
    橡胶和塑料制品业人造革和合成革13
    印刷装订及印刷相关服务装订用胶黏剂155 158.1
    包装装潢及其他印刷油墨印刷润版液和稀释剂85
    汽修汽车喷涂轿车、汽车(大车)和摩托车修补涂料111344.1
    工艺品雕塑工艺品制造油漆、固化剂和天那水21.3
    金属工艺品制造油漆、固化剂和天那水2
    其他工艺品制造油漆、固化剂和天那水7
    船舶维修船舶改装与维修船舶涂料214.2
    制鞋业橡胶鞋制造胶黏剂167.5
    皮鞋制造胶黏剂5
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    表 2  不同处理工艺在各行业的处理效果

    Table 2.  Treatment efficiency of process in various industries

    处理工艺各行业VOCs平均去除率/%
    印刷化工汽修涂装橡胶船舶维修制鞋工艺品
    活性炭吸附83.078.085.363.492.5
    UV光解工艺69.275.381.672.569.253.183.167.4
    UV光解+活性炭60.070.979.077.072.062.352.676.5
    等离子+UV光解75.470.392.972.553.757.0
    燃烧类工艺92.181.476.177.2
    其他工艺61.272.474.072.363.0
    处理工艺各行业VOCs平均去除率/%
    印刷化工汽修涂装橡胶船舶维修制鞋工艺品
    活性炭吸附83.078.085.363.492.5
    UV光解工艺69.275.381.672.569.253.183.167.4
    UV光解+活性炭60.070.979.077.072.062.352.676.5
    等离子+UV光解75.470.392.972.553.757.0
    燃烧类工艺92.181.476.177.2
    其他工艺61.272.474.072.363.0
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    表 3  不同进口 VOCs 浓度下各种处理工艺的处理效果

    Table 3.  Treatment efficiency of various processes under different VOCs concentrations at the inlet

    处理工艺ρ1下的去除率/%ρ2下的去除率/%ρ3下的去除率/%
    ηminηadvηmaxηminηadvηmaxηminηadvηmax
    活性炭吸附33.377.696.38690.59587.391.295
    UV光解1072.69970.570.285.180.68995.2
    UV光解+活性炭5.671.49563.982.592.189.690.490.6
    等离子+UV光解3567.599.160.980.799.882.982.982.9
    燃烧类工艺50.477.195.382.991.598.2
    其他60.768.675
      注:ρ1 ~ ρ3 分别表示ρ<100 mg·m−3、100 mg·m−3ρ<200 mg·m−3ρ≥200 mg·m−3ηminηadvηmax分别表示最小去除率、平均去除率、最大去除率。
    处理工艺ρ1下的去除率/%ρ2下的去除率/%ρ3下的去除率/%
    ηminηadvηmaxηminηadvηmaxηminηadvηmax
    活性炭吸附33.377.696.38690.59587.391.295
    UV光解1072.69970.570.285.180.68995.2
    UV光解+活性炭5.671.49563.982.592.189.690.490.6
    等离子+UV光解3567.599.160.980.799.882.982.982.9
    燃烧类工艺50.477.195.382.991.598.2
    其他60.768.675
      注:ρ1 ~ ρ3 分别表示ρ<100 mg·m−3、100 mg·m−3ρ<200 mg·m−3ρ≥200 mg·m−3ηminηadvηmax分别表示最小去除率、平均去除率、最大去除率。
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    表 4  不同进口风量下各种处理工艺的处理效果

    Table 4.  Treatment efficiency of various processes under different air volume of inlet

    处理工艺V1下的去除率/%V2下的去除率/%
    ηminηadvηmaxηminηadvηmax
    活性炭吸附50.480.195.633.380.296.3
    UV光解29.175.4991071.990.2
    UV光解+活性炭33.175.4955.668.391.6
    等离子+UV光解5374.999.83561.297
    燃烧类工艺50.480.39057.681.598.2
    其他60.768.675
      注:V1V2分别表示V<20 000 m3·h−1V≥20 000 m3·h−1情况;ηminηadvηmax分别表示最小去除率、平均去除率、最大去除率。
    处理工艺V1下的去除率/%V2下的去除率/%
    ηminηadvηmaxηminηadvηmax
    活性炭吸附50.480.195.633.380.296.3
    UV光解29.175.4991071.990.2
    UV光解+活性炭33.175.4955.668.391.6
    等离子+UV光解5374.999.83561.297
    燃烧类工艺50.480.39057.681.598.2
    其他60.768.675
      注:V1V2分别表示V<20 000 m3·h−1V≥20 000 m3·h−1情况;ηminηadvηmax分别表示最小去除率、平均去除率、最大去除率。
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  • [1] LIANG X M, CHEN X F, ZHANG J N, et al. Reactivity-based industrial volatile organic compounds emission inventory and its implications for ozone control strategies in China[J]. Atmospheric Environment, 2017, 162: 115-126. doi: 10.1016/j.atmosenv.2017.04.036
    [2] LING Z H, GUO H. Contribution of VOC sources to photochemical ozone formation and its control policy implication in HongKong[J]. Environmental Science & Policy, 2014, 38: 180-191.
    [3] DURKEE B. Chemistry of Atmospheric reactions of VOCs leading to smog-cleaning with solvents[J]. Cleaning with Solvents, 2014, 14: 547-556.
    [4] 王佳颖, 曾乐薇, 张维昊, 等. 北京市夏季臭氧特征及臭氧污染日成因分析[J]. 地球化学, 2019, 48(3): 293-302.
    [5] 罗恢泓, 袁自冰, 郑君瑜, 等. 上海夏季臭氧生成机制时空变化特征及其影响因素研究[J]. 环境科学学报, 2019, 39(1): 154-168.
    [6] 韩旸, 吴宇峰, 董海燕, 等. 天津滨海新区大气VOCs组成及光化学活性分析[J]. 环境科学与技术, 2017, 40(7): 28-32.
    [7] JO W K, SONG K B. Exposure to volatile organic compounds for individuals with occupations associated with potential exposure to motor vehicle exhaust and/or gasoline vapor emissions[J]. Science of the Total Environment, 2001, 269(1): 25-37.
    [8] LU B, HUANG C, LU Q, et al. Emission inventory and pollution characteristics of industrial VOCs in Hangzhou, China[J]. Environmental Science, 2018, 39(2): 533-542.
    [9] ZHENG C H, SHEN J L, ZHANG Y X, et al. Quantitative assessment of industrial VOC emissions in China: Historical trend, spatial distribution, uncertainties, and projection[J]. Atmospheric Environment, 2017, 150: 116-125. doi: 10.1016/j.atmosenv.2016.11.023
    [10] DENG J J, DU K, WANG K, et al. Long-term atmospheric visibility trend in Southeast China, 1973-2010[J]. Atmospheric Environment, 2012, 59: 11-21. doi: 10.1016/j.atmosenv.2012.05.023
    [11] NIU Z C, ZHANG H, XU Y, et al. Pollution characteristics of volatile organic compounds in the atmosphere of Haicang District in Xiamen City, Southeast China[J]. Journal of Environmental Monitoring, 2012, 14(4): 1144-1151.
    [12] 徐慧, 张晗, 邢振雨, 等. 厦门冬春季大气VOCs的污染特征及臭氧生成潜势[J]. 环境科学, 2015, 36(1): 11-17.
    [13] 王坚. 厦门市VOCs排放特征及光化学反应特征研究[J]. 环境工程, 2015, 33(7): 105-108.
    [14] 高爽, 祝栋林, 杨新宇. 基于GIS的常州市区大气污染排放清单分析[J]. 环境科学与技术, 2015, 38(6): 241-246.
    [15] 黄络萍. 基于GIS平台的成都市工业源VOCs空间分布特征[D]. 成都: 西南交通大学, 2017.
    [16] 国家环境保护局. 固定污染源废气挥发性有机物的采样气袋法: HJ 732-2014[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2015.
    [17] 国家环境保护局. 固定污染源废气挥发性有机物的测定固相吸附-热脱附/气相色谱质谱法: HJ 734-2014[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2015.
    [18] 国家环境保护局. 环境空气苯系物的测定活性炭吸附/二硫化碳解吸-气相色谱法: HJ 584-2010[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2003.
    [19] BERANJIAN A, CHAN N, MALMIRI H J. Volatile organic compounds removal methods: A review[J]. American Journal of Biochemistry and Biotechnology, 2012, 4(8): 220-229.
    [20] 史德, 苏广和. 室内空气质量对人体健康的影响[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 2005.
    [21] 厦门市环境保护局. 厦门市环境保护局关于加强挥发性有机物污染防治(第一阶段)的通告[EB/OL]. [2020-04-07]. 2016. http://huanbao.bjx.com.cn/news/20160927/776218.shtml.
    [22] 厦门市环境保护局. 厦门市环境保护局关于加强挥发性有机物污染防治(第二阶段)的通告[EB/OL]. [2020-04-07]. 2018. http://www.xm.gov.cn/zfxxgk/xxgkznml/szfgz/bmgfwj/201802/t20180211_1848899.htm.
    [23] 厦门市环境保护局. 厦门市环境保护局关于加强挥发性有机物污染防治(第三阶段)的通告[EB/OL]. [2020-06-01]. 2018. http://www.xm.gov.cn/zfxxgk/xxgkznml/szfgz/bmgfwj/201807/t20180706_2018644.htm.
    [24] 徐遵主, 陆朝阳, 张纪文, 等. 长三角典型城市工业VOCs处理技术应用状况分析[J]. 环境工程, 2020, 38(1): 54-59.
    [25] 栾志强, 郝郑平, 王喜芹. 工业固定源VOCs治理工艺分析评估[J]. 环境科学, 2011, 32(12): 19-29.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-16
  • 录用日期:  2021-01-26
  • 刊出日期:  2021-06-10
金月正, 金磊, 吴义诚, 高攀峰, 刘建福, 苏国新, 庄马展, 傅海燕. 厦门市工业源VOCs治理技术及区域性治理效果评估[J]. 环境工程学报, 2021, 15(6): 1956-1965. doi: 10.12030/j.cjee.202008145
引用本文: 金月正, 金磊, 吴义诚, 高攀峰, 刘建福, 苏国新, 庄马展, 傅海燕. 厦门市工业源VOCs治理技术及区域性治理效果评估[J]. 环境工程学报, 2021, 15(6): 1956-1965. doi: 10.12030/j.cjee.202008145
JIN Yuezheng, JIN Lei, WU Yicheng, GAO Panfeng, LIU Jianfu, SU Guoxin, ZHUANG Mazhan, FU Haiyan. Evaluation of industrial VOCs treatment techniques and regional treatment effect in Xiamen[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2021, 15(6): 1956-1965. doi: 10.12030/j.cjee.202008145
Citation: JIN Yuezheng, JIN Lei, WU Yicheng, GAO Panfeng, LIU Jianfu, SU Guoxin, ZHUANG Mazhan, FU Haiyan. Evaluation of industrial VOCs treatment techniques and regional treatment effect in Xiamen[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2021, 15(6): 1956-1965. doi: 10.12030/j.cjee.202008145

厦门市工业源VOCs治理技术及区域性治理效果评估

    通讯作者: 傅海燕(1979—),女,博士,教授。研究方向:大气与水污染控制工程、环境生物技术、固废资源化。E-mail:fuhy@xmut.edu.cn
    作者简介: 金月正(1997—),男,硕士研究生。研究方向:大气与水污染控制工程。E-mail:jyz.xm@qq.com
  • 1. 厦门理工学院环境科学与工程学院,环境生物技术福建省高校重点实验室,厦门 361024
  • 2. 厦门海洋职业技术学院,厦门 361100
  • 3. 厦门市环境科学研究院,厦门 361006
基金项目:
国家自然科学基金资助项目(51109181);福建省科技厅引导性项目(2018Y0079);福建省中青年教师教育科研项目(JT180452);厦门理工学院科技项目(XPDKT18008)

摘要: 选取厦门市8大重点监测行业370家企业的439套废气处理系统进行了调研,对不同VOCs治理技术在不同行业的应用情况及实际净化效果进行分析,并结合GIS平台,对厦门市的VOCs治理效果进行了区域性评估。结果表明:活性炭吸附、UV光解、UV光解+活性炭、等离子+UV光解、燃烧类工艺及其他类(低温等离子法、冷凝回收法、生物法)等6类治理技术对VOCs的平均去除率分别为79.6%、73.7%、71.9%、69.2%、82.1%、68.6%;燃烧类工艺对苯系物去除率最高,其次是活性炭吸附工艺,UV光解及其组合工艺对苯系物的去除率较低;UV光解及其组合工艺在设备管理及企业工艺选取方面尚存在问题,整体处理效果较差,但该工艺适用于低浓度有机废气的处理,例如在汽修行业的去除率较高(80%左右);燃烧类工艺及活性炭吸附工艺处理效果较好,燃烧类工艺的去除率较高,且对工况的适应性较强,可用于高浓度VOCs(>1 000 kg·d−1)和高进口风量(>20 000 m3·h−1)条件下的废气治理;其他类相关工艺由于成本较低,虽处理效率不高,但可根据实际情况选择应用。厦门市域各二级行政区对VOCs 8大重点监测行业区域治理效果排序为:思明区>湖里区>海沧区>翔安区>集美区>同安区。

English Abstract

  • 挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)是城市大气中一种重要的大气污染物。VOCs化学反应活性较高,是产生臭氧的重要前体物质[1-2],并参与雾霾形成[3],故受到越来越多研究者关注。王佳颖等[4]的研究结果表明,北京市夏季大气中O3的生成主要受VOCs控制,特别是受人为源VOCs控制;罗恢泓等[5]发现,上海市中部及东部大气O3的生成亦主要受VOCs控制;韩旸等[6]发现,天津市大气中VOCs的化学反应活性较强,尤其是低碳(C2~C5)的烯烃和烷烃。部分VOCs具有一定的致癌和非致癌毒性作用,如苯、甲苯和1,3-丁二烯等,长期暴露则对人体具有健康风险[7]。现有研究结果表明,工业源是我国 VOCs 的主要排放源[8],因此,加强工业污染控制是大气治理的首要内容[9]

    厦门市位于福建省南部,毗邻台湾海峡。近年来多位学者的研究表明,厦门空气质量呈现明显下降趋势[10]。NIU等[11]研究了厦门市海沧工业区 VOCs 的污染特征;徐慧等[12]研究了厦门冬春季大气VOCs的污染特征及臭氧生成潜势;王坚[13]进行了厦门市VOCs排放特征及光化学反应特征研究。目前,针对厦门市VOCs的相关研究多集中于VOCs污染排放特征及臭氧生成潜势方面,少有针对厦门市具体企业VOCs治理工艺效果及区域性治理效果的评估。空间地理信息系统(geographic information system,GIS)结合区域地理信息,可更有针对性地对各区域VOCs来源及分布等情况进行评估。高爽等[14]借助GIS对常州市区各类大气污染贡献源进行了分析,结果表明工业污染是常州市区最主要的大气污染源,主要污染行业为热电厂和钢铁厂,交通污染次之。黄络萍[15]借助GIS平台对成都市工业源VOCs空间分布特征进行了研究,得出了工业源、溶剂使用源、工艺过程源、化石燃烧源、生物质燃烧源等的相关空间分布及相关地区排放贡献率。

    本研究以厦门市8大重点监测行业的企业为代表,通过企业实地调研,实地设备检测等方式,得到VOCs治理设备参数和去除率,进而相关对治理工艺的去除效果进行了评估。同时,运用空间地理信息系统(GIS)将VOCs去除率、排风口VOCs浓度等企业实测参数在地图上进行可视化呈现,据此对厦门市VOCs治理情况进行区域性评价,并与治理工艺的特点相结合进行分析,提出针对不同治理工艺的应用建议,以期为厦门市各重点监测行业的VOCs治理技术选用策略提供参考。

  • 综合考虑所调研行政区各行业占比、企业VOCs排放量、国家行业规范以及各级政府管理文件的具体要求,本研究选取厦门市地区8个VOCs重点监测行业(汽车维修、工业涂装、印刷、橡胶、化工、工艺品、制鞋业、船舶维修)的370 家典型工业企业共计439套设备为研究对象,进行了3个阶段的调查(各行业企业数占比如图1所示)。图1数据表明,汽车维修、印刷、化工、橡胶制造4个行业为此次调查所涉及到的主要行业,相关企业分布在厦门全市6个辖区(思明区、湖里区、集美区、海沧区、同安区、翔安区),涉及区域广、VOCs排放占比高。

  • 1)数据获取方法。本次调查数据来自于厦门市8大行业VOCs调研,通过实地调研对企业相关处理设备参数(活性炭填装量及更换周期、紫外灯管功率及安装数目、催化剂种类等)进行收集;通过实地检测,对企业设备进出口风量、进出口相关物质浓度(VOCs、苯、甲苯、二甲苯)等进行测量和记录。采用HJ 732-2014《固定污染源废气挥发性有机物的采样气袋法》[16]、HJ 734-2014《固定污染源废气挥发性有机物的测定固相吸附-热脱附/气相色谱质谱法》[17]及HJ 584-2010《环境空气苯系物的测定活性炭吸附/二硫化碳解吸-气相色谱法》[18]对废气进行收集与检测,符合国家相关检测方法规定。

    2)VOCs治理工艺实际效果评估方法。工业 VOCs 治理工艺的去除率(η)根据式(1)计算得到。

    式中:C1C2 分别为治理前、后VOCs浓度,mg·m−3Q1Q2分别为治理前、后采样口在分析状态下的气体流量,m3·h−1; 根据式(1)可计算出各治理工艺对VOCs的去除率。将苯系物进出口浓度带入C1C2,根据式(1)可计算各治理工艺对苯、甲苯、二甲苯等苯系物的去除率。

    3)基于GIS平台的治理效果评估方法。运用ArcGIS软件将受调查企业标注在厦门市地图上,并按照行业、设备去除率、出口VOCs浓度进行分类,不同梯度采用不同颜色的点进行标注(部分企业存在多套相同工艺设备,需将对应参数取平均值后再进行分类标注),得到相关参数的区域分布图,结合区域图对VOCs的治理效果进行区域性评估。

  • 根据国民经济行业分类梳理8大行业的细分情况、各子行业排放源及各行业VOCs产生量,结果如表1所示。由表1可见,各种有机化学原料、橡胶、活性剂、黏合剂等原辅材料被广泛使用,印刷、化工及涂装行业大量使用粘合剂、稀释剂等高VOCs产生量的原辅材料,导致这些行业VOCs产生量较大(>1 000 kg·d−1),其中印刷行业VOCs产生量最大,达到5 158.1 kg·d−1,其余行业的VOCs产生量较低。

    厦门市8大行业企业地理位置分布情况如图2所示。由图2可见,本次调查企业广泛分布于厦门市6个区(海沧区、集美区、同安区、翔安区、湖里区、思明区),其中岛外区域企业数量远多于岛内区域。岛外区域主要以印刷、化工、涂装等高VOCs产生量(>1 000 kg·d−1)行业为主。岛内区域主要以汽车、船舶维修等低VOCs产生量(<1 000 kg·d−1)的服务业行业为主,基本不涉及印刷、化工、涂装等行业,这与厦门市辖区规划和产业布局有关。由于岛内地理位置靠近海域且辖区面积较小,岛内产业主要以旅游、软件、电子以及服务类行业为主,岛外则以大规模的工业企业为主,所以VOCs产生量及排放量也呈现出岛外>岛内的特点。

  • 各类VOCs治理工艺在厦门市8大行业中的应用情况如图3所示。由图3可见,从工艺组合上看,多数企业采用单一VOCs治理技术,占调研企业的59.5%,采用组合式VOCs治理技术的企业占被调研企业总数的40.5%。从治理技术的使用分布上看,UV光解(包含UV光解和UV光催化)及其相关组合工艺应用最广,共有304套处理系统,占总数的69.2%,涉及行业主要为汽修、印刷、化工和橡胶;其次为活性炭吸附工艺,共有75套处理系统,占总数的17.1%,其中采用含蜂窝活性炭的处理系统有125套,含颗粒活性炭吸附的处理系统有24套,含纤维活性炭的有18套,涉及行业主要为印刷、化工和汽修;燃烧类工艺(包括直接燃烧、蓄热燃烧、沸石吸附+蓄热燃烧和活性炭/沸石+催化燃烧工艺)在本次调研企业中也有一定比例的应用,共计32套设备,占总数的7.3%,涉及行业主要为化工、汽修和涂装;另有个别企业采用除上述工艺的其他工艺,因数量较少,将其归为其他类工艺进行分析。

  • 6类处理技术的VOCs去除率如图4所示。在处理的稳定性方面,与活性炭吸附及UV光解有关的工艺VOCs去除率波动较大,去除率的标准偏差也较大,其中“UV光解+活性炭”工艺的标准偏差最大。其可能原因有3点:1)不同行业存在原辅材料、生产工艺和现场环境等方面的差异,故采用同一治理工艺,去除效果也有差异;2)活性炭吸附及其组合工艺存在活性炭相关参数和更换周期差异问题;3)UV光解及相关组合工艺的处理效果受紫外灯管品牌和功率差异、催化剂装填量和方式不同等问题影响。

    在平均VOCs去除率方面,6类治理工艺在现场实测条件下的平均去除率为68.6%~82.1%,其中燃烧类工艺的平均去除率最高,其次为活性炭吸附工艺。燃烧类工艺中“活性炭/沸石+催化燃烧”工艺的平均去除率达到80.5%,直接燃烧、蓄热燃烧、“沸石吸附+蓄热燃烧”等工艺虽采用企业较少,但平均去除率也均在90%以上;UV光解及其组合工艺平均去除率较低(均低于75%)。其他类工艺中生物法、低温等离子法、冷凝回收法的平均去除率均在70%左右。

    不同处理系统在各个行业中的平均处理效率如表2所示。由表2可知,活性炭吸附工艺对工艺品、印刷、汽修行业的平均去除率较高(均高于80%),治理效果较好,但对橡胶行业的平均去除率仅为63.4%,治理效果较差;UV光解及其组合工艺对汽修行业的平均去除率较高(80%左右),但在印刷、化工、橡胶等行业中平均去除率均较低,治理效果差。燃烧类工艺在各行业处理效果均较好(高于75%),其中在印刷、化工行业处理效果最好,平均处理率均在80%以上。其他类工艺在各行业中发平均去除率为61.2%~74%,处理效果相对较差。

  • 甲苯、二甲苯属于苯的同系物,都是煤焦油分馏或石油的裂解产物[19]。苯系化合物已被世界卫生组织确定为强烈致癌物质[20]。由于本次调查涉及大量汽修以及印刷行业企业,部分涂装行业企业,其中含苯系物的油漆、涂料和防水材料的溶剂或稀释剂被广泛使用,故将苯系物去除率也作为VOCs去除效果评定指标。

    5 种处理工艺的苯系物去除率如图5 所示。5种工艺中,燃烧类工艺对苯系物的去除率最高,对苯、甲苯、二甲苯的平均去除率分别达到93.6%、86.9%、87.6%;其次是活性炭吸附工艺,对苯、甲苯、二甲苯的平均去除率分别为83.8%、76.8%、82.5%;“UV光解+活性炭联用”工艺,因为与活性炭工艺联用,去除率有一定的提升,高于UV光解及“等离子+UV光解”工艺,但整体UV光解及其组合工艺对苯系物去除率较低。

  • 1)进口VOCs浓度。各处理工艺在不同进口VOCs 浓度下的去除率如表3所示。由表3可见,进口VOCs浓度对各种治理技术的处理效果有较大影响。各工艺VOCs去除率均随着进口VOCs浓度的升高而增大,且波动范围变小,处理效果更加稳定。经分析,其主要原因为VOCs浓度偏低,影响了吸附反应、化学或光化学反应的速率,在相同反应时间内,VOCs的转化速率下降,从而影响VOCs的去除效率。

    2)进口风量。各处理工艺在不同进口风量下的VOCs去除率如表4所示。由表4可见,进口风量对UV光解类工艺影响较大,随着风量的增大,这类工艺的VOCs去除率下降,且波动变大;UV光解类工艺在高风量(>20 000 mg·m−3)条件下对VOCs去除率较低。活性炭吸附和燃烧类工艺受风量影响较小,这2类工艺在高风量(>20 000 mg·m−3)条件下,对VOCs仍保持较高的去除率(高于80%)。

    3)设计参数选取。对于不同的 VOCs 治理工艺,要发挥其最佳处理效果,必须选取合适的设计参数。本次调研的企业中,大部分处理效率不佳的VOCs处理设备均存在设计参数选取不当的问题。如采用活性炭吸附和其组合工艺的企业中,有58家企业的设备不符合《厦门市生态环境局关于加强挥发性有机物污染防治的通告》[21-23](后简称“通告”)中的相关规定。根据规定中的要求,采用不具备脱附功能的吸附法治理废气时,每10 000 m3·h−1设计风量的吸附剂装填量应不小于1 m3,否则会出现活性炭填装量不足的现象,从而导致部分设备VOCs去除率偏离正常值。又如采用UV光解及其组合工艺的企业中,有93家企业设备使用的紫外灯管在每10 000 m3·h−1风量下总功率低于8 kW,有7家企业设备每10 000 m3·h−1风量停留时间不足1 s,不符合通告[21-23]中“采用光催化氧化法治理废气时,每10 000 m3·h−1设计风量的紫外灯管总功率不得低于8 kW,废气停留时间不得低于1 s”的相关要求。紫外灯管功率与废气停留时间均不足,导致UV光解类工艺大量设备处理效率低于理论值。

    4)工艺联用。本次调研企业采用的组合工艺为“UV光解+活性炭工艺”、“等离子+UV光解工艺”、“活性炭/沸石吸附+催化燃烧工艺”和“沸石吸附+蓄热燃烧工艺”。不同治理工艺的联用,可在反应上相互促进,能在提高处理VOCs去除率的同时节省能耗,如燃烧类工艺(催化燃烧、蓄热燃烧)与活性炭、沸石等吸附工艺联用,将大风量、低浓度的有机废气被浓缩成小风量、高浓度的废气后再进行燃烧处理,大大提升了工艺的VOCs去除率、热量的利用效率和对工况条件的适应性。其中,“活性炭/沸石吸附+催化燃烧”工艺利用燃烧余热对吸附饱和的活性炭进行脱附,不仅促进了热量循环,也在一定程度上克服了由于活性炭性质差异、更换周期过长以及填料不足所带来的负面影响。而本次调查中UV光解相关组合工艺去除率低于UV光解工艺,其可能原因有:①UV光解工艺本身存在设计参数选取和治理设施维护问题,导致部分设备VOCs去除率低于正常值;②与活性炭工艺联用中,部分设备活性炭装填量不足或更换周期过长,导致活性炭吸附效果较差,甚至出现脱附现象;③等离子体工艺中,等离子体产生量少而实际有效反应区的风速过大、停留时间过短,无法有效净化VOCs[24]

    5)治理设施维护。不同VOCs 治理技术要达到稳定的处理效果,都需要做好维护工作,但因缺少专业人员维护和节约成本等原因,本次调研的企业中普遍存在日常管理及维护问题。采用活性炭吸附相关工艺的企业中,有57%的企业活性炭更换周期超过3个月,部分企业更换周期超过12个月,存在活性炭更换不及时的现象。活性炭吸附过程同时也是吸附和解离相平衡的过程,当活性炭吸附饱和时,就会出现脱附大于吸附的现象[25]。这样的设备运行时会因为吸附饱和活性炭的脱附现象导致VOCs的去除率降低,甚至出现处理后VOCs浓度高于处理前的现象。部分采用UV光解类工艺的企业紫外灯管损坏维修不及时,设备无法达到设计功率,故导致VOCs去除率偏低。

  • 各企业治理效果的分布情况如图6所示,从处理效果上看,思明区90%以上企业去除率高于80%,50%左右企业去除率高于90%,治理效果最好;其次为湖里区,该区绝大多数企业去除率高于70%,超过70%企业的去除率在80%以上。可见,岛内2个区整体治理效果较好。岛外4个区域中,海沧区去除率在80%~90%与90%~100%区域上的企业最多,处理效果最好,但有部分企业去除率为50%~70%,治理效果差于岛内2区;翔安区80%左右企业去除率在70%~80%,但是中部及北部少数企业处理效率在40%~60%,处理效果一般。集美区与同安区虽有部分企业去除率高于80%,但整体去除率偏低,大量企业去除率分布在50%~70%,同安区中超过40%企业去除率低于70%,在6个区域内治理效果最差。

    从出口VOCs浓度来看,除湖里区某企业出口质量浓度高于50 mg·m−3外,岛内各企业VOCs出口质量浓度均低于20 mg·m−3,出口浓度处在较低水平。在岛外区域,海沧区有2家企业出口质量浓度为20~30 mg·m−3,翔安区有3家企业出口质量浓度为20~40 mg·m−3,集美区中有3家企业出口质量浓度为20~40 mg·m−3、2家企业浓度超过50 mg·m−3,部分企业出口浓度偏高。除这部分企业外,上述3区各企业VOCs的出口质量浓度均低于20 mg·m−3。同安区中,有将近40%左右的企业VOCs出口浓度高于20 mg·m−3,中部地区有大量企业VOCs出口质量浓度高于50 mg·m−3,甚至出现了87 mg·m−3的高质量浓度值。该区整体VOCs出口质量浓度处于较高水平。综上所述,对厦门市域各行政区8大VOCs 重点监测行业的企业整体治理效果排序为:思明区>湖里区>海沧区>翔安区>集美区>同安区。

  • 1)在使用活性炭工艺处理VOCs 废气时,应确保活性炭填装量符合通告规定的标准,并在活性炭达到吸附饱和时及时进行更换。

    2)在应用UV光解及其组合工艺时,应确保紫外灯管总功率和废气停留时间符合通告中的相应技术规范。当处理苯系物含量较高的VOCs废气时,建议用活性炭吸附工艺进行替代或联用,以确保对苯系物的高效去除。光催化工艺中的催化剂优先考虑蜂窝陶瓷负载的光催化剂。

    3)在应用燃烧类工艺处理低浓度废气时,应优先考虑通过吸附方式进行浓缩后再燃烧。直接燃烧能耗相对较高,但净化更为彻底。蓄热燃烧可降低能源消耗。“活性炭/沸石+催化燃烧”工艺可在一定程度上避免因活性炭所导致的问题,对工况适应性较强,但当废气中含有硫、硅和卤素等易使催化剂中毒的物质时,应优先考虑直接燃烧、蓄热燃烧等燃烧类工艺。

    4)生物法、冷凝回收法、低温等离子等3种工艺的处理效率较低,但也具有低成本的优点,可视具体情况应用于低VOCs排放企业。

    5)由于同安区、集美区、翔安区中印刷、化工等高VOCs产生量企业较多,整体治理效果较差,因此在今后应加强这3个区域的治理,且不建议同安区、翔安区、集美区、海沧区等高VOCs产生量(>1 000 kg·d−1)与高进口风量(>20 000 m3·h−1)的企业使用UV光解及其组合工艺,建议以燃烧类工艺进行替代。

  • 1)本次调查的6类治理工艺中,燃烧类工艺对VOCs处理效果最好,平均去除率为82.1%;活性炭吸附类工艺在工艺品、印刷、汽修行业的治理效果较好,但在橡胶行业治理效果较差;UV光解类工艺VOCs处理效果最差,但这类治理工艺在汽修行业具有较好的治理效果。

    2)燃烧类工艺对苯系物去除率最高,对苯、甲苯、二甲苯的平均去除率分别为93.6%、86.9%、87.6%,其次是活性炭吸附工艺,UV光解及其组合工艺对苯系物去除率较低。

    3) UV光解及其组合工艺、活性炭吸附工艺在设计参数选取和治理设施维护中存在问题,导致UV光解及其组合工艺的整体去除效果较差。活性炭吸附工艺部分设备去除率低于正常值。在今后的废气治理中,应充分考虑各类影响因素,选择合适的处理技术,并应做好设备日常维护。

    4)对厦门市VOCs 8大行业所进行的区域治理效果评估表明,厦门市各区的VOCs治理效果的排序为,思明区>湖里区>海沧区>翔安区>集美区>同安区。

参考文献 (25)

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