摘要：在调研大量工业VOCs气体处理工程案例的基础上,分析了不同工业VOCs气体处理技术的应用状况,包括不同处理技术在国内外的市场占有率、处理气体流量、VOCs浓度、VOCs种类以及所应用的行业等.结果表明,催化氧化、吸附、生物法是应用较多的VOCs处理技术.冷凝、膜分离和吸附工艺多用于处理浓度大于10000mg/m3的VOCs气体,并可回收VOCs;催化燃烧、热力燃烧工艺多用于处理浓度2000~10000mg/m3且不具回收价值的VOCs气体;生物处理、等离子体多用于处理浓度低于2000mg/m3的VOCs气体.在进行VOCs处理技术选择时,应综合考虑VOCs气体特性(VOCs浓度、流量、温湿度、颗粒物含量)、VOCs处理技术的技术经济性能、排放标准等因素.
挥发性有机物(VOCs)包括各种脂肪烃、芳香烃和烃的衍生物等.VOCs的来源十分广泛,除了植物挥发等自然源外,人为源包括各种工业源、农业源、交通源和生活源,其中以工业源的排放量和影响最大.工业生产过程产生的VOCs排放,不仅直接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,间接影响区域大气环境质量.
目前,对于工业VOCs排放的控制越来越受到各级环境保护部门和企业的重视.在生产过程中采用替代产品和实施清洁生产是减少VOCs气体产生和排放的首选措施.然而在多数情况下,对所产生的VOCs气体进行收集处理(包括回收)还是必不可少的控制措施.目前,常见的工业VOCs气体处理技术包括热力燃烧、催化燃烧、吸附、生物处理(包括生物过滤、生物滴滤、生物洗涤等工艺)、等离子体氧化(简称等离子体)、吸收、冷凝、膜分离、光氧化、光催化氧化等.其中,吸附、吸收、冷凝和膜分离技术在一定条件下可用于气体中VOCs的回收,而其他技术则是通过氧化破坏VOCs分子实现净化.目前,关于VOCs处理技术的研究大多关注某一项技术的效果与优化,而缺乏针对不同技术实际应用状况、适用范围和选择方法的研究,尤其缺乏相关的案例研究和数据支持.因此,管理部门或企业面对纷繁复杂的技术和工艺,往往难以进行选择和判断.
本研究在调研大量工业VOCs处理技术工程案例的基础上,分析了不同VOCs处理技术针对不同行业、不同性质气体的应用状况,归纳了不同技术的适用性和特点,为VOCs处理技术选择和评估提供了有价值的参考依据.
1数据调查与分析方法
获得大量工业VOCs处理工程案例是深入分析VOCs处理技术应用状况的前提和基础.本研究通过文献调查和现场调研2种方式搜集了国内外大量工业VOCs处理工程案例.其中,文献调查以VOCs、典型VOCs物质(如苯、甲苯等)和各类处理技术或工艺(如吸附、催化氧化等)的中英文作为关键词,通过谷歌、百度等网站或中国知网、中文科技期刊、万方数据库、webofscience等数据库搜索相关VOCs处理工程案例.现场调研则是直接到有关企业已建成的VOCs处理工程开展现场监测与访谈.针对每一个工程案例,调研内容包括所采用的技术和工艺、应用行业、处理的气体流量、VOCs浓度、组分、处理效果和经济性等.
为提高分析结果的可靠性,本研究根据数据的完整性和规范性对所获得的工程案例进行了筛选.在此基础上,对不同来源的数据进行归一化处理,具体做法是摘录各工程案例中的有用信息列入表格,对于流量、浓度等数据统一单位和格式.通过筛选与归一化处理,共获得了771个有效的VOCs处理工程案例样本,其中来源于文献调研的案例724个,来源于现场调研的案例47个.国外案例441个,国内案例330个,这些工程绝大多数建造于2000年以后.
针对所获得的归一化数据,从市场占有率、所适用行业、气体流量、VOCs浓度、组分等方面对不同VOCs处理技术的应用状况进行了统计分析.数据的统计和作图均采用Origin7.5软件.
2结果与讨论
2.1不同VOCs处理技术的市场占有率
催化燃烧和热力燃烧均包括蓄热式和非蓄热式;吸附未区分是否进行VOCs回收;生物处理包括生物过滤、生物滴滤和生物洗涤工艺
从全球范围来看,催化燃烧、吸附和生物处理是目前应用较多的VOCs处理技术,市场占有率分别为26%、25%和24%,其次是热力燃烧和等离子体技术,市场占有率分别为10%和9%.从图1可以看出,国内外VOCs处理技术的市场占有情况具有一定差异.吸附技术在国外(主要为欧美国家)的市场占有率为16%(排第3位),而其在国内的市场占有率高达38%(排第1位).通过对典型案例的分析和现场调研发现,在适于回收VOCs的情况下,吸附技术是一种经济、符合清洁生产理念的选择,因此在国内外得到广泛应用.而国内许多中小企业选择吸附技术是追求其建设成本低的特点,并没有实现VOCs回收和有效的运行维护.从图1还可看出,生物处理技术在国外工业VOCs处理市场中应用更为广泛,显示出其正日益成熟,具有良好的应用前景.
从不同技术市场占有率可以看出,在实际应用中并不存在某项技术占绝对优势的情况.这是由于不同技术的特点和适用范围不同,而实际工程中需要处理的工业VOCs气体性质也多种多样,从而造成了多种技术共存的情况.对于具体的VOCs处理工程,并不一定要选择应用最多的主流技术,还是要根据处理要求和不同技术特点选择最适合的技术.