如何作好VOCs治理工艺设计方案

华北电力大学环境科学与工程系  李守信    

在实际工作中经常会有人向我提出：老师，你给讲几个案例吧！这时候我会回答：讲案例没有太大的用处。

为什么这样说？我认为，案例只相当于一个描红的字帖，它就像小学生刚刚学习书法时所用的字帖，初学者只能一笔一笔地照着字帖去描，至于为什么这样描？不清楚。描好了，最多也只能达到字帖的水平。况且，在绝大多数情况下，你很难达到字帖的水平，更不要说去超越它了！

对于一个VOCs治理工程，比描一个字帖的情况要复杂得多，如果你光依靠案例去搞一个治理方案，恐怕十有八九会出问题。因为一方面，你的治理项目的实际情况与案例的实际情况往往差别较大；另外，你对案例中提出的工艺原理不一定完全明白；还有，你对案例中所采取的处理工艺都需要满足那些条件不见得都熟悉；更重要的是，你处理的VOCs种类是否与案例中完全相同等等。这些因素，恐怕往往会使你的设计方案存在很大的隐患！

如何作好VOCs治理工艺设计？我想讲讲我的方法，供大家参考。

记得我在2015年12月由中华环保联合会在上海举办的“第二期挥发性有机物（VOCs）污染治理与监测技术培训班”上作过一个讲座，题目是：“挥发性有机物处理工艺系统”。在讲座中，我对处理工艺系统作了比较细致的介绍，可以作为重要的参考。现在我想具体讲一讲对一个具体项目的处理工艺如何进行设计的问题。因为采用什么样的设备是由工艺决定的，为此，当我们接到一个项目时，首先考虑的是处理工艺，而不是用什么设备。这一点是我特别强调的。

一、VOCs治理工艺的设计应具备的基础条件

1、必须有一定的化学化工基础。因为VOCs处理所涉及的都是易燃易爆的气体，因此，要求设计人员必须具备一定的化学化工基础，对所处理的物质性质要有一定的了解，尤其是物质的爆炸极限、溶解性、饱和蒸汽压、沸点等，一定要掌握。

2、必须掌握设备乃至整个系统的安全知识。由于治理的对象绝大多数都属于易燃易爆

气体，所以在挥发性有机物治理工程中，无一例外地强调安全第一！因此，要求设计人员首先必须树立安全第一的意识，在实设计中涉及到的诸如阻火设施、电气系统、气体输送系统的安全措施要认真熟悉并掌握。                                 

二、认真分析所处理物质的理化性质

现在查明的对人类和环境造成危害的VOCs就有数百种，我们经常接触到的也有200多种。这些物质，它们的性质各异，又都是易燃易爆的。它们的性质直接决定了你采取什么样的技术去处理它们？而采用这些技术的细节等。比如：

物质分子的分子量及其极性、分子动力学直径、沸点等，直接影响着它们的吸附特性；

物质的饱和蒸汽压直接影响着它们的脱附性能，进而影响到吸附剂的选择；

物质的爆炸极限，直接影响着设备运行的安全性——这一点特别要引起重视！！

物质的燃烧热，直接影响着燃烧工艺的选择与应用；

等等......

为此，在遇到治理项目时，首先要搞清废气的成分和浓度等，经过认真分析，才能大致决定治理技术的选择方向。

三、处理工艺系统的组成

一个完整的VOCs处理系统是由以下部分组成：  

上图所示为挥发性有机物处理系统的主线，设计时根据具体工程需要可适当增加；但基本设备不可随意变动；

阻火器必须选择符合国家标准的设备，千万不能儿戏；

废气处理系统的风机一般安装在主体装置尾部，运行时可保持系统的微负压状态，

以防止废气泄露；

排气筒按照规范要求，要高于附近最高建筑物15m以上。

四、进行污染源调查

在进行工程设计前必须进行污染源调查，掌握尽可能多的污染源数据，包括：

1、污染源产生的源头，即产生污染物的主体生产工艺，工艺中产生污染物的具体反应，必要时可以了解整个生产工艺；

2、污染物的种类和成分以及各成分的浓度；

3、废气排放方式（连续还是间歇）及浓度的变化；

4、废气排气温度及压力；

5、废气排放点（大小、分布情况）；

五、确定治理方案

1、治理方案的确定原则

   优先采用资源回收技术，然后再考虑消除技术。判断标准可首先考虑废气成分和浓度，一般来说，若成分不太复杂、浓度比较高（比如＞2000mg/m3）,回收后又可以分离的废气，一般可以考虑回收；但要考虑经济上的可行性。如果以上两个条件都不能满足，那么就只能考虑消除技术，但要尽可能地回收热量。

2、治理方案的确定

   根据治理方案的确定原则，再结合污染源调查获得的数据，就可以初步确定治理方案。有了治理方案，就可以排出治理的工艺流程了。然后就可以进入项目的设计阶段了。

六、项目设计

对于大型项目的设计，一般需要经过初步设计-施工设计两个阶段（特大型项目还需经过扩大初步设计阶段），但是我们所接触的VOCs治理项目，绝大多数都是比较小的（比如几百万，上千万），就没有必要分成几段设计了。

在进行项目设计时，一定要根据国家的和地方环保部门的相关政策、法规及技术规范以及项目设计的整体的设计原则进行设计。我国在这方面作了大量的工作。可参考有关设计手册。另外，在细节上还要注意：

1、首先要树立一个整体观念，即应该整体考虑挥发性有机物的处理工艺，这是我多次强调过的。

应该把一个VOCs处理系统，作为一个系统工程来处理！不能单独只注重主体处理装置。

对于一个处理系统，它包括“废气的预处理（处理后的废气要达到进入主体装置的条件，这些条件在技术规范中都有详细规定）—主体装置（包括吸收、吸附、催化等等）—达标排放”，这些只是一个主系统，其它还应该包括：阻火器、风机的选型及安装位置以及排气筒等等，这些都必须结合工程实际进行设计。

2、要了解设置阻火器的目的，主要是为了将处理系统与主生产系统实行严格的隔离，当任何一方发生着火时不应影响另一方。同时强调，阻火器必须采用正规厂家按照国家标准生产的产品，切不可自己随意制作。

3、安装风机的目的一方面是为克服整个系统的阻力，另一个问题是为了保证整个系统运行过程中呈现微负压状态，防止废气泄漏。

4、风机风量的设计要有以废气浓度为依据，比如催化燃烧要求气体浓度必须在爆炸极限下线25%，如果来气浓度超过这个数据，则必须对它进行稀释，那么你处理的风量就是你稀释后的实际风量。另外，为适应系统风量的变化（比如系统漏气、生产过程的波动等），设计风量还必须留有裕量，根据经验，一般取120%的系数。这才是你设计的风机风量。

5、风机压头的选择必须对处理系统中各种气体通道分别进行阻力计算，然后求出总阻力，然后再乘以115%。这就是选择风机压头的依据。

6、其它还有更细致的东西，如：气体的收集、管道的布置、预处理的方法（比如颗粒物、水分油滴的清除、温度和浓度的调节等）；

另外还有：

设备材料的选择；

换热方式的选择和换热计算；

电气、控制系统的设计；

安全、事故应急系统保障；

等等.......

   这些内容有关技术资料和书籍上都有详细介绍，希望大家能够结合自己的经验与理论结合起来，尽可能地完善整个工程设计。

   总之，希望大家在进行工艺设计时多问几个为什么？对于你采用的技术，要搞清楚它的原理，只有这样，你才能做到举一反三，将来再遇到类似的问题，你才能去独立完成。这是一个积累的过程。

以上我啰啰嗦嗦说了不少，错误在所难免。希望大家多提宝贵的批评意见。

必须明确：对于一个项目，确定工艺流程是关键。过去在有机废气设计方面，曾经出现过重设备、轻工艺的错误认识，认为，只要有了设备就可以包打天下，这种想法，实践证明，是非常错误的！因此，一个项目要想成功，必须进行精准的工艺设计。

于VOCs的种类多(最常见的有200多种),涉及的行业和企业数量多,排放条件复杂,监管非常困难，治理难度也非常大。

从VOCs治理技术来看，由于VOCs治理技术的体系复杂，无论是业主单位还是管理部门对具体的污染源治理工作都没有相关的经验可以参考，在进行技术和工艺选择时感到无从下手，所以往往由于技术选择不当，无法满足环保设施治理效率和稳定运行水平，难以实现达标排放，造成重复治理的现象较普遍。

   企业在进行技术选择时没有针对性，造成技术不当，治理设施难以达标排放。从2018年环保督查的反馈结果来看，这个问题最为突出。据业界权威报告表示，大部分企业普遍采用的低温等离子体、光氧化以及一次性活性炭吸附技术占了大多数，在京津冀地区约占治理企业的80%以上，其中大部分企业(约占80%以上)都不能达标排放。近期生态环境部通报《2018-2019年蓝天保卫战重点区域强化监督情况》中VOCs整治不到位问题，有不少企业安装了“单一”治理工艺措施，设施难达标直排VOCs被生态环境部通报曝光。

由于部分企业使用活性炭、等离子、光氧催化工艺等低端应付的方式进行治理，导致处理效率只有10%-30%。

廊坊执法检查出的突出共性问题

一是部分企业使用活性炭进行治理，实际情况为长期不更换活性炭或未将废活性炭按照危险废物转移联单处理，致使废气通过不具备吸附能力的活性炭处理排放。

二是治理去除效果不明显。在专项巡查工作中发现部分行业、企业采取等离子、光氧催化工艺进行处理，经手持快速检测仪测试，据废气处理前后污染物浓度测算，处理效率只有10%-30%。

从监管的角度出发，据不完全统计截至目前全国已经有廊坊、苏州、佛山、山西、河北、江苏、山东等10多个省市的生态环境部门出台了红头文件对当地企业提出明确要求："不建议"或"淘汰"或“不鼓励”单一活性炭吸附、光氧催化、低温等离子处理工艺，对于因各种因素已经安装单一治理措施处理VOCs废气的企业将列入为重点监管或优先纳入错峰停产的名单。

从技术角度出发，技术本身并无“好坏”之分,找到适合自己的才是关键，在哪儿用、如何运用才是关键。换言之，VOCs治理方法本身没有好坏之分,任何VOCs处理技术都有其优缺点和适用范围；只有针对不同VOCs废气的特点,确定最合适的方法,才能取得好的处理效果。鼓励企业采用多种技术组合工艺，提高VOCs治理效率。

低温等离子、光催化等技术也不能一棒子打死、用来处理低浓度有机废气或恶臭气体在工程设计合理的前期下还是有较好的适用性；采用活性炭吸附技术，应配备脱附工艺，或定期更换活性炭并建立台账。目前不少省（市）管理部门的文件对此也给出了明确的技术引导。

江苏省发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》中明确提出开展VOCs整治专项执法行动，对负有连带责任的环境服务第三方治理单位应依法追责。2019年6月底前，地方环保部门或委托的第三方治理单位对采取单一活性炭吸附、喷淋、光催化、吸收等治理措施的企业进行抽查，依法依规查处违法排污企业，公布治理效果不达标、造假等第三方治理单位，禁止其在省内开展相关业务。

同时，国家层面正在紧锣密鼓地制订《重点行业VOCs污染控制技术指南》和RTO、等离子体等不同治理工艺的技术指南和工程规范，为业主单位和管理部门提供技术指导。

多地环保单位对活性炭、光氧及等离子技术处理VOCs废气的要求和建议

1、2018年11月1日，长沙市环保局发布“关于印发《长沙市包装印刷行业挥发性有机物整治规范》”，指出“废气处理采用用高效治理措施，不宜采用单一活性炭吸附工艺”、“在污染总量规模不大且浓度低、周边环境不明刚的前提下，采用UV光催化法与吸收技术配套联合处理”

2、2018年，苏州市环保局要求：建议不使用等离子、单纯活性炭吸附、光催化氧化等单级治理技术，鼓励采用预处理后吸附脱附、催化燃烧、蓄热燃烧等高效处理技术，并确保VOCs去除率达到相关文件要求。

3、2018年2月，佛山市环境保护委员会发布“佛山市家具制造行业大气污染深化整治工作方案”，工作任务第（五）条描述：.....第三方治理技术建议不使用等离子、单纯活性炭吸附、光催化氧化等单级治理技术，鼓励采用前处理后吸附脱附、催化燃烧、燃烧等污染物去除效率较高的技术。

4、2018年3月，河北廊坊大气办发布《廊坊市涉挥发性有机物（VOCs）企业深度治理专项工作方案》。对一次性投入低、但因运行维护成本过高，不具备环境经济效益的治理工艺，处理效率较低，无法保证处理设施能够连续稳定高效处理VOCs的处理工艺，一律纳入夏秋季错峰名单。治理工艺包括：单一活性炭吸附处理工艺、光氧催化处理工艺、处理易燃易爆VOCs使用的低温等离子处理工艺。