VOCs治理控制的技術路徑分析
(1)VOCs排放的過程控制
以改進工藝技術和更新運行設備為主的預防,是實現VOCs減排的最佳選擇。石油化工行業在原油開采、油品儲存、運輸、配給等生產環節,易發生油品或溶劑的蒸發散逸損耗,是VOCs的重要排放源。針對VOCs的蒸發逸散控制技術包括浮頂罐技術、蒸汽回收、加油站氣回收等,這類控制技術在我國石化行業應用普遍。泄漏檢測與修復技術(LDAR)是對工業生產活動中裝置泄漏現象進行發現和維修的一種技術。國外企業實施LDAR技術多年,建立了完善的VOCs泄漏檢測方法和散逸排放評估體系,而我國尚處于起步階段。已有多家石化企業尤其是煉化企業目前已經引入LDAR理念,開展了“無泄漏管理系統”、“泄漏檢測和修復系統”等。
對于涂料加工、鈑金噴漆、印刷、金屬清洗等行業在生產過程中用到的有機溶劑揮發所產生的VOCs,則采用無毒或低毒、不易揮發的原材料代替有機溶劑來減少這類VOCs的排放。
此外,改進生產工藝減少有機產品的使用也是VOCs減排的一個有效途徑。以噴涂工藝為例,用涂布效率較高的靜電式噴涂取代效率較低氣霧式噴涂,可將涂布效率提高30%-40%左右,既可以節省涂料用量,又能減少噴涂過程中VOCs的釋放。
然而,減少散逸、尋找替代產品和工藝改革并不能完全控制VOCs的排放,也在一定程度上受到經濟、技術條件的制約,因此必須配合有效的末端處理技術,對VOCs排放進行綜合治理。
(2)VOCs的銷毀技術
VOCs的銷毀技術主要是利用VOCs可被氧化的化學特性,通過給予一定的條件,如燃燒、催化等,使其轉化為對環境無害的CO2和H2O。主要銷毀技術的原理如表1所示。
表1VOCs銷毀處理技術原理
(3)VOCs的回收技術
VOCs的回收技術主要是利用VOCs的物理性質,利用吸收、吸附、冷凝等方法將VOCs從廢氣中分離出來,再采取一定手段將VOCs富集回收處理,以達到VOCs排放的末端治理。
吸收法主要是采用低揮發或不揮發溶劑對VOCs進行吸收,再利用VOCs分子和吸收劑物理性質的差異進行分離。吸收效果主要取決于吸收劑的性能和設備的結構。
冷凝法是利用VOCs在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓這一性質,采用降低溫度、提升壓力或者兼備降低溫度、提升壓力兩種條件的方法,使處于蒸氣狀態的VOCs冷凝進而與廢氣分離。冷凝法常作為其他方法處理高濃度有機氣體的前凈化處理。
吸附法是利用固體表面存在的分子吸引力和化學鍵作用力,將VOCs組分吸附在多孔性固體表面,從而將VOCs從廢氣中分離的一種凈化方法。這種方法由于吸附劑的選擇性較強,分離效果好而得到廣泛應用。
膜分離法是利用有機蒸氣通過半透膜的能力與速度不同而得到分離方法。
(4)VOCs的監測技術
VOCs排放控制的重要前提是準確可靠的監測分析方法。近年來VOCs測量技術一直處于不斷發展和完善的過程中,VOCs的監測方法主要包括離線監測技術和在線監測技術,這些技術通常包括采樣、濃縮、分離和測試幾個過程。
VOCs的離線監測主要包含三個過程,即采樣、樣品的預處理和測試。目前應用最多的離線采樣技術有罐采樣、固相微萃取等。同時還有針對含氧有機物(如極性較強的醛、酮、醇、醚、酯等)的化學衍生試劑吸附法。
圖1VOCs離線監測三個環節的主要方法
預處理是為了給后續分析、測試方法做準備,一般包括濃縮和提取,主要方法有溶劑解析、固相萃取、熱解析等。VOCs常見的分析方法包括氣相色譜(GC)、熒光分光光度法、高效液相色譜法(HPLC)、傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)、氣相色譜—質譜法(GC-MS)等,此外還有反射干涉光譜法、離線超臨界流體萃取GC-MS法和脈沖放電檢測器法等,其中應用最多的是GC和GC-MS法。
隨著監測技術的進步,目前已經發展了一系列VOCs現場在線分析儀及便攜手持式檢測儀,并逐步應用于VOCs污染狀況的長期監控分析,該方法在國外主要用于有毒有害物質監測和臭氧前驅體監測。與此同時,面對環境突發事件日益增多的局面,便攜式氣相色譜儀、便攜式FID/PID檢測器、便攜式氣質聯用儀等也被廣泛用于環境突發事件的VOCs監測。自動連續測量的好處在于:節省人力、維護量小、避免長時間保存和運輸樣品的不確定性、捕捉大氣中痕量污染物的快速變化等。目前比較常見在線測量技術有GC-FID/PID、GC-MS/FIDMS/FID以及PTR-MS。

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