VOCs揮發性有機物治理技術評估與展望

一、研究背景

近年，我國大氣污染防治成效明顯，SO2、NO2、CO年均濃度穩定達到國家一級標準，顆粒物年均濃度逐年下降，但我國03年均濃度仍呈波動上升趨勢。2022年，我國地級及以上城市03日最大8小時平均值第90百分位數濃度為145μg/m3，同比上升5.8%。VOCs作為O3和二次有機氣溶膠的重要前體物，是控制O3污染和進一步降低PM2.5濃度的關鍵。

根據行業的生產工藝、排放特征和可能造成的環境影響因業制宜地開展源頭、過程、末端全過程控制，是實現揮發性有機物減排和改善環境空氣質量的主要途徑。但VOCs源頭替代和過程控制技術與行業生產工藝相關，且推動需要一定的時間，目前仍需發揮好末端治理的保障作用。研究通過全國范圍內的調研和現場監測，獲取當前我國VOCs治理技術應用現狀，分析和評估VOCs治理技術的實際處理效果、經濟成本以及安全性能，梳理VOCs治理技術實際應用中的問題，以期為VOCs防控政策的制定、VOCs治理工作的開展提供科學依據和技術支撐。

二、VOCs治理技術的應用現狀

通過收集國家及地方環境部門、環境科研單位以及行業協會等調研監測數據，對生產企業進行線上和現場調研，獲取了2298家印刷、家具、電子和制藥行業等VOCs污染防治重點行業企業的VOCs治理技術應用情況。調研范圍涵蓋京津冀及周邊、長三角、珠三角、汾渭平原、成渝等重點區域以及江西和湖南等非重點地區。

總的來說，各行業企業VOCs治理技術仍以活性炭吸附、光催化/光氧化及其組合技術為主，約占86.38%。不同行業VOCs治理技術的具體應用情況有所差異，其中，印刷行業主要為光催化/光氧化、活性炭吸附以及吸附濃縮+燃燒技術，占比分別為75.62%、13.73%和3.55%;家具行業主要為活性炭吸附、吸附+光催化/光氧化以及吸收技術，占比分別為64.25%、17.35%和6.84%;電子行業主要為活性炭吸附、光催化/光氧化以及吸附濃縮+燃燒技術，占比分別為74.30%、22.90%和1.40%;制藥行業主要為冷凝+吸收、吸收以及吸收+光催化/光氧化+吸附技術，占比分別為22.22%、16.67%和16.67%。調研企業VOCs治理技術應用情況如下圖所示。

三、VOCs治理技術評估與常見問題

1、VOCs治理技術評估

（1）VOCs治理技術的實際處理效果

現場實測各VOCs治理技術去除效率如下圖所示。其中，吸收+連續式吸附濃縮+燃燒、連續式吸附濃縮+燃燒和燃燒技術的平均去除效率高，分別為94.39%、87.07%和81.74%;其他非燃燒技術的平均去除效率均在80%以下，特別是企業較普遍使用的活性炭吸附、光催化/光氧化及其組合技術去除效率的平均值和中位數均低于50%。此外，即使使用同一技術，當廢氣濃度和成分、治理裝置設計、建設、運行和維護水平不一時，其去除效率亦會有較大差異，其中，測得的活性炭吸附技術VOCs去除效率差異大，其極差高達95.22%。

（2） VOCs治理技術的經濟成本和安全性能

總的來說，去除效率高的燃燒及其組合技術的經濟成本較高，廣泛使用的活性炭吸附和光催化/光氧化技術經濟成本較低，吸附回收和冷凝回收技術的運行成本較高，但回收物可產生一定的經濟效益。此外，等離子體、吸附、燃燒等技術及其組合技術還存在一定的安全風險，等離子體裝置電暈放電著火、活性炭自燃、蓄熱燃燒裝置爆炸等事故時有發生。

2、VOCs治理技術實際應用中的問題

現場調研和監測發現，VOCs治理技術選擇不合適、工藝設計不合理、預處理不重視、運行不規范等問題較為突出。

（1）技術選擇和工藝設計

當前VOCs治理技術發展較快，各式各樣的治理技術及其組合工藝和設備不斷涌現。但企業對現有技術認識還不足，且在選擇治理技術時僅優先考慮一次性投入成本，未綜合考慮治理效果、二次污染及后續追加投入等問題，未根據排放廢氣的組分、濃度、回收價值以及廢氣風量、溫度、濕度等選擇環境效益和經濟性能更優的治理技術，進而導致建設成本較低但VOCs處理效果差的光催化/光氧化等技術的廣泛使用。

正確的工藝設計是實現治理效果的前提。現場調研發現，部分企業采用活性炭吸附技術，但活性炭板與氣流平行，無法起到吸附作用;或把活性炭吸附裝置安裝在廠房樓頂，夏季正午裝置可達50~60℃，或將溫度約為60℃的烘干廢氣直接連入吸附裝置，導致已吸附在活性炭中的VOCs脫附，VOCs出口濃度高于進口濃度。

（2）預處理

合適的廢氣預處理是保證廢氣治理技術長期穩定運行的關鍵。各治理技術對進口廢氣要求不一，如吸附技術對進口廢氣的溫度、濕度、顆粒物濃度等要求嚴格，當進口廢氣溫度過高時，已吸附在活性炭中的VOCs脫附，出口濃度高于進口，當進口廢氣濕度、顆粒物濃度過高時，活性炭吸水飽和或積塵失效，均無法實現處理效果;此外，因不重視預處理而導致催化燃燒技術的催化劑失活、生物降解技術的生物菌種死亡等事件時有發生。

（3）運行管理

由于企業管理人員和工作人員環保意識較薄弱、專業知識水平不高，對于末端治理設施的日常運行、維護和管理不了解不重視，廢氣收集管道破裂或脫落、活性炭積塵或板結、失效的活性炭和催化劑等材料及損壞的閥門和加熱管等元器件長期不更換、燃燒裝置低溫運行、吸附濃縮裝置長時間不脫附甚至使用兩年從未脫附、末端治理裝置老化積水生銹破損等運行不規范問題屢見不鮮。這不僅會導致治理技術無法發揮正常的處理效果，還有可能面臨行政處罰和引發安全事故。

四、結論

1、通過對2298家企業調研結果進行分析，各行業企業VOCs治理技術仍以活性炭吸附、光催化/光氧化及其組合技術為主，共約占86.38%;不同行業VOCs治理技術的具體應用情況有所差異，其中，印刷行業主要為光催化/光氧化技術，占比為75.62%;家具和電子行業主要為活性炭吸附技術，占比分別為64.25%和74.30%，制藥行業主要為冷凝+吸收技術，占比為22.22%。

2、吸收+連續式吸附濃縮+燃燒、連續式吸附濃縮+燃燒和燃燒技術的平均實測去除效率更高，分別為94.39%、87.07%和81.74%;其他非燃燒技術的平均實測去除效率均在80%以下，特別是企業較普遍使用的活性炭吸附、光催化/光氧化及其組合技術的實測去除效率的平均值和中位數均低于50%，遠不能達到國家標準中VOCs處理設施的處理效率不應低于80%的要求。

3、即使使用同一技術，當廢氣濃度和成分、治理裝置設計、建設、運行和維護水平不一時，其去除效率亦會有較大差異。其中，活性炭吸附技術的實測去除效率差異更大，其極差高達95.22%。實際應用中，VOCs治理技術選擇不合適、工藝設計不合理、預處理不重視、運行不規范等問題較為突出。

4、去除效率高的燃燒及其組合技術的經濟成本較高，廣泛使用的活性炭吸附和光催化/光氧化技術經濟成本較低，吸附回收和冷凝回收技術的運行成本較高，但回收物可產生一定的經濟效益。此外，等離子體、吸附、燃燒等技術及其組合技術還存在一定的安全風險。

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