摘要：塑胶行业是东莞市VOCs排放的主要来源之一,选择合适的VOCs治理技术是塑胶行业面临的重要问题。基于调研数据和工程案例,分析了塑胶行业VOCs治理技术应用变化,研究了不同治理技术的经济性,以期为东莞市塑胶行业VOCs治理技术的选择和评估提供技术支持。
引言
挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是指在101.325Pa标准大气压下，任何沸点低于或等于250℃的有机化合物[1]，常温状态下易挥发，包含非甲烷总烃等有机物。VOCs是光化学烟雾的主要前体物，也是导致臭氧污染的主要原因，而细粒子中的有机物的高含量也与大气VOCs有密切关系。VOCs种类繁多，包括酮、酚、酯、醛、醇醚等含氧有机物，含氮有机物，卤代烃等几百种物质[2]。VOCs是大气环境的主要污染物，不仅会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，影响区域大气环境质量。
塑胶行业是东莞市VOCs排放的主要来源之一，占总排放量的28.6%。塑胶生产包括上游工艺、成型工艺和后处理工艺，在破碎、配料、干燥、塑化挤出(包括注塑、挤塑、吸塑、吹塑、滚塑、发泡等)、喷涂、烘干、印刷等生产环节中，由于工艺温度高，易产生VOCs气体。特别是在后处理工艺中，采用溶剂增亮、涂料涂饰、丝网及曲面印刷、手绘补漆、黏胶组装等方式对塑胶产品进行表面装饰、美化、抗老化及耐腐蚀的处理中，存在较大的VOCs排放。因此，必须配置废气收集和净化治理装置。
目前，VOCs治理技术有回收技术和销毁技术。回收技术主要包括吸收法、吸附法、冷凝法[8]及膜分离[9]。销毁技术主要包括直接焚烧、蓄热式直接催化焚烧、催化燃烧、蓄热式催化燃烧、生物法、光催化氧化、等离子体破坏等。由于VOCs成分复杂，浓度、流量、成本等因素不同，每种VOCs治理技术都有其自身的优势和使用限制，如何选择合适的技术是VOCs治理工作必须面对的问题。
本研究在大量数据调查统计和工程案例现场调研的基础上，对塑胶行业VOCs治理技术的应用情况变化和经济成本进行了分析，列举了某塑胶企业的工程实例，以期为东莞市塑料行业VOCs治理在技术选择上提供参考。
1 数据调查和监测
数据调查对象主要为东莞市VOCs排放量较大的塑胶行业企业。调查数据主要通过前期摸底排查、后期跟踪更新和典型案例现场调研三种方式实现。前期摸底排查以全市33个镇区生态环境分局为调查主力，分区逐一摸底排查，建立各镇区整治名录，最后汇总于本研究小组。后期跟踪更新是各生态环境分局根据整治名录，督促企业提升治理技术，定期查访、跟踪记录，上报数据和治理设施更新情况。典型案例现场调研是本研究小组根据最新的调查数据，选择有代表性的工程案例，到企业现场核实，调研企业的生产原辅料、规模、生产工艺、产品、VOCs处理技术的选择应用、治理设施运行工况、投入费用和运行成本等。
监测数据主要通过企业提供的竣工监测报告、委托监测和现场监测方式获得，特别是典型工程案例多采用现场采样监测方式进行，以求数据的真实性、可靠性和对现场工况的实际反映。
2 调研结果与讨论
2.1 塑胶行业VOCs治理技术应用的变化
调研涉及东莞市1974家塑胶企业，其中没有采取任何治理设施的企业477家，占24.2%;关闭、低VOCs或无VOCs产生的企业751家，占38.0%;有采用治理设施的企业746家，占37.8%。可见，东莞市经历了多年VOCs治理，塑胶行业已淘汰关闭了一批重污染企业，一些企业撤销了VOCs产生工序，更多企业有了采用低VOCs原辅材料或水性涂料的趋向，但部分无治理设施的企业仍是需加强整治的重点。
本次研究主要讨论东莞市塑胶行业中已设置VOCs治理设施的企业。从图1可看出，治理前后均为活性炭吸附法的企业数量最多，同时企业已从单一的活性炭吸附技术向新兴技术、高治理效率技术和组合技术转变。UV光解+活性炭吸附是塑胶行业最受关注的VOCs治理技术，上升的幅度最大，达300多家。吸附法和UV+活性炭法两法合占塑胶行业的8成以上，其他治理技术虽逐渐增多，但应用的企业数量较少。根据企业现场的调研反馈，9家燃烧法中，有6家采用吸附浓缩+催化燃烧法，3家采用蓄热式焚烧法(RTO)，治理效率均达90%以上，都有较好的处理效果，是今后需重点推广的治理技术。
2.2 不同末端治理技术的经济性分析
VOCs末端治理技术可分为传统技术、新兴技术和组合技术。传统技术包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法等。新兴技术有光催化氧化法和等离子体法等。组合技术有光催化氧化+活性炭吸附、等离子体+活性炭吸附和吸附浓缩+催化燃烧法等。各类末端治理工艺的特点不同，在进行特定VOCs废气治理方案的选择时，应从技术和经济性上考虑，结合废气的有机成分、含量、温度、压力、安全性和生产工艺的协同作用等方面综合评定，最终确定最佳的治理技术。本研究主要从经济性方面进行分析。
根据调研数据和有关文献资料，归纳出不同VOCs治理技术的经济性参考指标(见下表)。UV光解法和等离子体法凭借低投入低运行费用优势迅速受到企业青睐。吸附回收法和冷凝回收法虽然投入低，但综合经济性不高，不推荐单独使用，建议联合使用以提高去除效率和增加经济性。吸附-催化燃烧、蓄热催化燃烧(RCO)和蓄热式焚烧(RTO)，虽然前期投入较大，但由于运行费用合理，治理效率稳定可靠，可择优考虑。
现场调查表明，企业在选择VOCs末端治理技术时，治理设施的经济性居首位。为此，有必要深入研究进气浓度与VOCs治理技术经济性的关系。从图2可看出，活性炭吸附法(曲线C、D)在浓度小于5mg/m3时，费用最省，超过10mg/m3时费用直线上升，因此，浓度在5mg/m3以内的采用此技术费用较低。带有热回收功能的RTO和催化燃烧法(曲线A、B)，相对费用较高，但在浓度高于100mg/m3后费用迅速减少，热回收抵消了昂贵的运行成本。因此，增加热回收利用可大幅削减运行成本，值得推荐。
2.3 分子筛吸附脱附-蓄热式催化燃烧RCO技术工程实例
从方法原理与应用实例来看，以上所述的技术均有一定的治理效果，关键是治理设施的技术参数要符合设计要求，应与企业的工况匹配，后期的运行管理应规范合理。图3为东莞市某公司设计的VOCs治理工艺，产生的有机废气中，主要含甲苯、二甲苯、乙酯、丁酯、丁酮等，属于低浓度大风量类型，采用分子筛吸附脱附-蓄热式催化燃烧RCO技术，处理发泡造粒生产过程中低温聚合工段产生的有机废气，净化效率高达92%，有机废气得到有效去除。
研究表明，塑胶行业的废气主要包括含氧有机物、芒香烃、烷烃、卤代烃、烯烃和含氮有机物等237种VOCs物质。其中含氧有机物占50%以上，其次为由苯及苯系物、萘组成的芳香烃，后面排名分别为烷烃、卤代烃、烯烃和含氮有机物。塑胶表面涂装中的喷涂、烘干、印刷工艺废气应采用吸附-冷凝回收法和吸附-催化燃烧法或其他组合技术，VOCs废气净化效率应达到90%以上。据现场监测，结果如图4所示，芳香烃、含氧有机物、烷烃、卤代烃都得到了有效去除，效果显著。
3 结论与建议
(1)东莞市塑胶行业VOCs治理，大多采用撤销VOCs产生工序、更换低VOCs原辅料的措施，治理技术从单一的活性炭吸附技术向新兴技术、高治理效率技术和组合技术转变。
(2)由于UV光解法和等离子体法具有成本优势， 应用案例不断增加， 东莞地区UV光解+活性炭吸附是塑胶行业最受关注的VOCs治理技术，但在后期运行监管方面，必须注意排放的稳定达标。建议企业关注吸附剂的饱和周期并及时落实更换，加强运行台账记录和管理，确保设施稳定运行。
(3)经济性是企业选择VOCs治理技术首要考虑的因素，吸附-催化燃烧、RCO和RTO法，虽投资成本较高，但治理效率高，运行稳定。建议有条件的企业增加热回收工艺，降低整体运行成本，达到费用合理、治理效果显著的目的。
(4)在选择适宜治理工艺的前提下，后期规范合理的运行管理非常重要。建议每年定期对总排口及厂界开展监测，监测指标须包含臭气浓度和非甲烷总烃、废气处理设施监测进出口参数，并核算VOCs的去除率。
