1、VOCs现状评估及整治方案环境保护部南京环境科学研究所 张毅二零一六年六月要点解读张毅简介 男，环境保护部南京环境科学研究所教授级高级工程师，国家注册环保工程师。主要从事工业废水处理研究、 VOCs废气处理技术研究及方案设计等方面工作，对医药、化工、电镀、纺织等工业废水处理，以及喷涂、橡胶、化工、电子、印刷等行业废气治理技术有较深入研究。主持或参与多项国家级研究项目、省部科研项目，目前共发表 SCI、 EI专业论文 2篇，国家级核心期刊、部署核心期刊 10多篇，出版专著、译著4部，获得授权发明专利 2件，实用新型专利 13件。 联系方式： 17702515028， 一、挥发性有机物 (VOCs
2、)定义、危害及减排策略二、现状评估及整治方案编制要点三、 VOCs 主要治理技术介绍一、挥发性有机物 (VOCs)定义及危害 挥发性有机物 (VOCs)定义 我国常用的定义 (1)学术定义： VOCs是 指常温下饱和蒸汽压大于 70 Pa、常压下沸点在 260 以下的有机化合物，或在 20条件下蒸汽压大于或者等于 10 Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。 (2)检测机构定义：总挥发性有机物 TVOC包括：苯、甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯、乙苯、乙酸丁酯、十一烷，共计九种物质； CMA检测报告中总挥发性有机物 TVOC的浓度为以上九种物质浓度之和。以上资料适用于室内空气质量监测。
3、 国外定义 (1)美国： VOCs是 指除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物或碳酸盐以及碳酸铵外，所有参有光化学反应的任何碳化合物。同时还列举了有微弱光化学反应的有机化合物，不包括在 VOC之内，如甲烷、乙烷、二氯乙烷等，也称作非甲烷 VOCNMVOC 。 (2)欧盟： VOCs是 指标准大气压下最高沸点 250 及以下的有机物。 (3)德国： VOCs是 指 20 时，蒸汽压 0.01kPa，或在应用范围内显示出相关挥发性的有机物。 (4)瑞士： VOCs是指标准大气压下最高沸点 240 及以下的有机物。 (5)澳洲： VOCs是 指 25 时，蒸汽压 0.27kPa（ 2mmHg的有机物
4、。从广义上来讲，人类活动（非自然）产生的挥发性有机物，包括有颜色、异味的物质，均属于可以治理的范畴。VOCs（挥发性有机物）与 NMHC(非甲烷总烃 ) 固定污染源排气中非甲烷总烃的测定气相色谱法 （ HJ/T38-1999）中 NMHC定义：除甲烷外的碳氢化合物（主要是 C2-C8）的总称。 大气污染物综合排放标准详解 （ GB16297）中NMHC定义为 C2-C12的烃类物质。烃类物质是碳氢化合物的总称，主要又包含烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃；酸、醛醇类等不在内。从定义上看，虽然目前 VOC和 NMHC定义各不相同，但从所含有机物种类看， VOC范围要大于 NMHC。部门 排放有害气
5、体比例（ %）NMVOC CH4工业过程及燃烧装置 3.4电厂和供热厂 4.4 4.1（电厂、热电、交通三项合计）城市交通运输 42.5其他交通运输 3.5 2.0（交通两项合计）农业 50.5燃料生产配送 6.4 41.4使用溶剂部门 38.7其他 1.1 2.0总计排放（ 106t/a） 3.00 3.55VOC主要排放 部门 及比例排放 VOC的主要部门及所占比例（美国）固定源 比例（ %） 发送设施加油站其他385涂装印刷石油化工清洗橡胶用品制造粘结剂储存设施431355332总计 100移动源汽车其他91总计 10由表中可见，城市交通（汽车、加油站）及溶剂使用部门（涂装、印刷行业），
6、农业生产（化肥等使用）所排放的 VOC占绝大部分比例。 VOC治理应重点从这几个部门开展工作。排放 VOC的行业及所占比例（日本 ） 挥发性有机物 (VOCs)危害 危害人体健康VOC大多具有毒性，严重危害人体健康，轻则刺激眼睛和呼吸系统，重则急性中毒，很多 VOC还属于致癌、致畸、致突变物质，长期接触对身体健康影响很大。 产生光化学烟雾等造成一系列问题VOC与 NO在阳光下发生光化学反应，生产臭氧和醛类等光化学烟雾而造成二次污染。 VOC的光化学反应是一系列复杂且在同时发生的，总体概括为：NO+VOCs+O2+阳光 NO2+O3+.光化学烟雾不仅引起人的呼吸障碍造成呼吸疾病；和 Pm2.5等
7、一起形成雾霾，而且会影响植物的正常生长。 有的 VOC如氟利昂等破坏臭氧层，或属于温室气体，引起全球性气候变化；此外 VOC属易燃易爆气体，管理不当可能产生安全事故。臭氧和 PM2.5已成为城市空气污染的 “ 元凶 ”“ 主犯 ”；而 VOCs(挥发性有机污染物 )则是臭氧和 PM2.5等细粒子生成的共同前体物。 VOCs具有低浓度、高毒性的特征，被称为“ 影子杀手 ” 。“ 十三五 ” 时期 ,我国将把臭氧和 PM2.5重要元凶的VOCs(挥发性有机化合物 )纳入减排指标 ,在某些重点区域和重点行业分别实施。山东、江苏、广东、浙江、福建减排量最大，是 VOCs减排的重点省份。世界各国，包括发
8、达国家和发展中国家都面临 VOC污染日益严重的局面。现在通行的、也属公认的策略是 ”3R减量（ reduce）、再利用（ reuse）和再循环（ recycle） +末端治理 ”原则：即从源头减少 VOC用量、生产中含 VOC的副产或中间产物进行再利用，最终产生含 VOC废物进行再循环。“ 3R” 后的含 VOC废气采取最末端技术（回收或处理）进一步减量化，做到达标排放。挥发性有机物 (VOCs)减排策略二、现状评估及整治方案编制要点 编制依据 大气污染防治行动计划 中华人民共和国大气污染防治法 重点区域大气污染防治 “ 十二五 ” 规划 挥发性有机物（ VOCs）污染防治技术政策 关于实施蓝
9、天工程改善大气环境的意见 ，苏政发201087号 关于印发开展挥发性有机物污染防治工作的指导意见的通知 ，苏大气办 20122号 江苏省重点行业挥发性有机物污染控制指南 ，苏环办 2014128号 江苏省化工企业挥发性有机物污染整治绩效评估办法（试行） ，苏环办 2013197号 省政府关于印发江苏省大气污染防治行动计划实施方案的通知 ，苏政发 2014 1号 江苏省重点行业挥发性有机物污染整治方案 ，苏环办 2015 19号 市政府关于印发南京市大气污染防治行动计划的通知 ，宁政发 2014 51号 南京市重点行业挥发性有机物污染整治方案 ，宁环办 2015 34号 关于印发江宁区大气污染防
10、治行动计划的通知 ，江宁政发 2014 189号 江宁区重点行业挥发性有机物污染整治方案 ，江宁环字 2015 47号等等 方案编制及相关行业排放控制要求 方案编制基本要求 依据 “ 苏环办 2014128号 ” 并结合 “ 苏环办 2013197号 ” 文，体现 “ 源头控制 ” 、 “ 废气收集 ” 、 “ 末端治理 ” 、 “ 环境管理 ” 的基 本要求。 依据 “ 苏环办 2014128号 ” 文，有机化工、医药化工、橡胶和塑料制品（有溶剂浸胶工艺）、 溶剂型涂料表面喷装、包装印刷业 的 VOCs总收集、净化效率不低于 90%，其他行业不低于 75%。 表面涂装行业排放控制要求 环保型
11、涂料使用 50%以上，限制使用溶剂型涂料； 推广静电喷涂、浸涂等先进工艺，小型乘用车单位涂装面积 VOCs排量控制在 35g/m2以下。 喷漆室、流平室、烘干室原则上应密闭，烘干废气焚烧处理（流平废气原则上并入处理）； 喷漆废气先高效除雾、湿式水帘 +多级过滤等预处理后，再采用转轮 +高温焚烧处理。小型涂装企业可采用活性炭吸附 -催化燃烧、填料塔吸收、活性炭吸附等方式净化后达标排放。 包装印刷行业排放控制要求 使用通过中国环境产品标志认证的环保型油墨、胶黏剂，在印刷工艺中推广醇性油墨、水性油墨，印铁制罐行业鼓励使用紫外光固化油墨，软包装复合工艺推广物容积复合技术； 对高浓度、溶剂品种单一的有机
12、废气，应采用活性炭吸附等工艺回收利用，高浓度无利用价值的焚烧处理； 对于低浓度大风量的废气，宜采用浓缩 +焚烧处理，并视组分等使用吸附法、吸收法或微生物法； 清洗用溶剂应回收重复利用。 方案编制的要点 根据企业实际情况，摸清 VOCs产生、收集、治理和管理现状 根据企业环评报告及批复意见、竣工环保验收材料、废气收集装置日常运营检测报告（在线监测数据）、环保管理档案等现有资料；结合企业产品方案、工作机制、生产工艺和设备、含 VOCs原辅材料用量、公辅工程、总平布置等基本情况；摸清企业 VOCs污染物名称、产生总量、产污节点（含生产和储存等辅助工程），废气处理系统风量和污染物浓度、废气收集装置及管
13、网布设情况（收集装置是否设置合理、管网管径等设置是否与处理能力匹配、有无漏风等情况，是否按照规范设置进气排气采样口等等），处理装置的工艺能力介绍，目前是否正常运营、排气中污染物浓度，并根据日常监测报告等判别装置运行的处理效率。 根据掌握 情况 ，找出现存问题根据掌握的情况，结合省指南和相关环保法律法规、政策及管理要求，从 “ 源头控制 ” 、 “ 废气收集 ”、 “ 末端治理 ” 、 “ 环境管理 ” 等四个方面， 充分分析企业现有 VOCs产生源是否全部查清有无遗漏？废气收集装置设置合理性（该收集的地方是否都收集了？收集装置设计是否合理？能否确保收集效率？等）、废气处理工艺可行性（对于该种工
14、艺技术经济上分析是否合理？处理效率是否可行？能否达到指南和相关排放标准要求？）、排口设置是否规范（采样口、在线监测等），以及在废气环境管理上存在的问题（有无完善的管理制度？做好日志记录？）， 找出企业需要整改的问题所在。 给出整改方案，提出相关要求根据分析出来的问题，逐一给出整改方案。例如：有前面没有纳入处理装置的 VOCs。分析这部分产生量后，根据实际情况考虑是否采取治理措施；发生量太少无法收集不治理？量少但可以收集简单处理？并入主体工艺一起处理？风量偏大或偏小，管道设计不合理。找正规单位合理设计，根据设计手册等核算风量、收集装置效率，正确选取风机，合理布置管道。VOCs废气处理工艺不合理。
15、从技术经济角度出发，综合考虑，尽量找出安全高效、运行稳定、投资省、维护管理方便的废气处理装置。给出实施整改方案所需的工程内容、主要参数、初步估计投资费用和运营成本；给出整改后废气中 VOCs产生、收集、处理和排放量、排放浓度。以便后续验收、管理。 目前在 VOCs废气净化方面已经开发了好多方法，并在工业生产中得到工程应用；也有一些新兴技术刚刚起步，有待验证其应用效果。针对涂装行业和包装印刷行业，常用的技术有： 成熟工艺：吸附法、吸收法、燃烧法、生化法等； 应用较少或新开发工艺：冷凝法、膜分离法、低温等离子法、光催化氧化法等。下面介绍下各工艺的原理和优缺点。三、 VOCs 主要治理技术介绍 吸附
16、法 吸附法是采用吸收剂吸附气相中的 VOCs，从而达到气体净化的目的。常用吸附剂主要有颗粒活性炭、纤维活性炭、蜂窝状活性碳、沸石分子筛等。常用的是颗粒活性炭和活性炭纤维。 活性炭具有较大的比表面积，对非极性物质 大部分有机物吸附效果较好，吸附效果随分子极性、分子量的增加而增大， 根据废气的有机气体含量和其它物理特性的不同，吸附效率在 85%至 98%之间， 但单位重量的活性炭吸附容量约在 40%左右，因此常用于处理或回收低浓度有机废气。 活性炭对非极性物质如水，吸附性很差，因此吸附饱和的活性炭常用高温蒸汽再生。 活性炭吸附装置进气要求脱水、除粉，同时气速不能过大，否则会造成粉尘或水分堵塞活性炭
17、微孔，或废气停留时间过短而降低去除效果。活性 炭纤维模块颗粒活性炭活性炭吸附 +高温蒸汽再生工艺流程图蒸汽吸附床层 2吸附床层 1冷凝器储液罐顶层溶液底层溶液排入大气水汽和溶剂 与单体活性炭吸附装置相比，可以在一个吸附罐再生的时候，另一个罐体继续正常运营。同时可回收所吸附的有机物。活性炭净化设备工艺流程图下 卸料 式颗粒活性炭 吸附净化装置结构图 进气粉尘浓度太高，造成活性炭纤维模块堵塞失效。 吸收法 对浓度和压力较高，温度较低的 VOCs，常采用低挥发性或不挥发的溶剂对其进行吸收。然后再利用 VOCs与吸收剂物理性质的差异，采取如蒸馏、萃取等方式将二者分离。 吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作
18、效果好坏的关键因素之一。在用吸收法处理 VOCs时，选择哪一种吸收剂是关键因素。 采用的吸收剂通常都存在一定的不足，例如，在处理苯系物的吸收剂中，多采用轻柴油、洗油等非极性的矿物油作为吸收液。但此类矿物油本身易燃，价格也在日益上涨，而且存在后处理过程复杂及二次污染问题。如采用水吸收水溶性 VOCs，如回收价值不高，则最好与生化法污水处理站联用，以解决二次污染问题。 用水吸收丙酮废气，水汽比一般 1： 500，停留时间 8s，去除率 90%以上。吸附法优点：可用于高浓度废气，吸收剂易得，能适应浓度流量波动，能吸收克聚合有机物，不易着火，安全性高；吸收剂为水时，可配合污水处理站联合使用。缺点：一次
19、性投资较大，吸收剂循环及补充费用也较高，若吸收后混合物好处理成本较低（乙醇、丙酮等溶于水后做水处理），若需后续分离脱附（硅油等吸收水不溶性有机物，需要真空蒸馏回收溶剂）则工艺复杂、成本高。此外，若吸收的废气中有机物种类较多，不以彻底分离或后续处理难度大。填料净化塔内部结构图 燃烧法 主要是通过外界热量，使有机物与空气中氧气发生反应生成 CO2和 H2O的过程。根据设备及反应机理的不同，主要分为直接燃烧法、催化燃烧法、蓄热式燃烧法（ RTO）、蓄热式催化燃烧法（ RCO）等。由于燃烧法净化处理效率高，近年来对其使用与研究不断加强，因此对此部分研究现状及技术进展予以详细介绍。 直接燃烧法 直接燃烧
20、法是把废气中可燃有害组分当做燃料直接燃烧。废气中 VOCs浓度很高，一般在爆炸上限以上，不需要增加额外的燃料。该方法只适合净化含可燃有害组分浓度较高的废气，且对安全要求较高。直接燃烧设备包括一般各类火炬、燃烧炉、窑、锅炉等。 热力燃烧法 当废气中 VOCs浓度较低时，添加燃料以帮助其燃烧的方法称为热力燃烧法。该过程包括三个步骤： （ 1）辅助燃料燃烧，提供热量；（ 2）废气与高温燃气混合，达到反应温度；（ 3）在反应温度下，废气中可燃有害组分氧化分解，从而被净化。 在热力燃烧中，被净化的废气中 VOCs也是燃料的一部分，只是除了有机废气中的有机污染物外还加了额外的燃料，废气中的氧是供氧气体，反
21、应器内的温度700-850，停留 0.3-0.5s，外加燃料进来用于维持反应温度；所加燃料只是用于将废气中的氧利用掉，达到装置设计的温度，从而氧化废气中的有机物。热力燃烧炉的主体结构包括两部分：燃烧器，其作用为使辅助燃料燃烧生成高温燃气；燃烧室，其作用为使高温燃气与旁通废气湍流混合达到反应温度。 催化燃烧法催化燃烧法是在系统中使用合适的 催化剂 ，使废气中的有机物在较低的温度下 完全 氧化分解的方法。该法为无火焰燃烧 ，安全性 高，燃烧温度低，设备体积小， 净化效率高 。催化燃烧法 主要适用于各行业生产过程中所产生的浓度介于 1000-6000mg/m3的连续排放的高温废气（如烘房有机废气），对三苯（苯、甲苯、二甲苯）、酮、酯、酚、醚、醛（甲醛、乙醛）、烷等有机废气具有优良的净化效果，同时具有转化效率高，反应温度低，操作简便，设备紧凑，无二次污染等优点。当污染为间隙排放时，则净化效率降低、运行费用增高。
