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關于VOCs末端治理技術的總結
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關于VOCs末端治理技術的總結
日期:2019/9/28 18:18:07 訪問:次瀏覽 作者:maosheng

摘要:VOCs作為形成臭氧和PM2.5的主要前體物之一,其防控已成為我國現階段大氣環境領域的工作重點。然而,我國VOCs管控起步較晚,落后歐美近30年。通過梳理我國VOCs管控現狀,分析了目前VOCs管控中的問題和難點,并結合歐美國家的管控經驗,提出建立健全VOCs污染監測體系、開展各層次人才梯級培訓等提升國家VOCs綜合管控能力的建議。

隨著城市化、工業化進程的深入和經濟的轉型升級,揮發性有機物( Volatile Organic Compounds,VOCs) 作為促進臭氧和PM2.5形成的主要前體物,逐漸成為國家管控防治的重點。中國國家環境保護局將揮發性有機物定義為除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外,任何參加大氣光化學反應的碳化合物。VOCs具有多重環境效應,對大氣環境和人體健康有很大危害。從大氣環境角度來看,VOCs 具有光化學反應特性,積極參與大氣光化學氧化過程,生成臭氧等有害光化學氧化劑,還參與大氣中二次顆粒物的形成。同時,VOCs對臭氧層具有破壞作用,強烈吸收紅外線,導致全球氣候變暖。從人體健康角度來看,大部分苯系物具有較強的毒性及致癌性。因此,制定有效的控制管理策略控制VOCs污染物的排放顯得尤為必要。

本文通過梳理目前國家對VOCs治理的管控要求,結合現場踏勘企業抽樣調研結果,提出當前我國VOCs治理主要存在的問題與難點,并結合我國實際生產現狀及歐美國家管控經驗,對我國VOCs綜合管控提出有針對性的對策建議。

1 國外VOCs管控機制

歐盟和美國作為工業發展大國,其環境管控體系較為完善,取得了顯著效果。大氣污染問題首先爆發于作為工業革命發源地的歐洲。20 世紀上半葉,隨著快速發展的工業化和城市化進程,誘發了著名的“馬斯河谷煙霧事件”和“倫敦煙霧事件”,對歐洲造成了嚴重的環境、社會與經濟損失。隨后,伴隨著工業化的深入,大氣污染問題成為歐洲最為關切且亟待解決的問題之一,相關國家開始通過加強本國空氣質量管理及跨國合作等諸多手段來改善大氣環境質量。特別是歐盟成立之后,制定了一系列空氣污染控制政策,包括《歐盟空氣質量指令》《歐盟環境空氣質量標準》《遠程跨界大氣污染公約》等。與此同時,歐盟通過不斷加強各類模型的應用,進一步推進大氣污染物排放量控制戰略的實施,包括區域空氣污染物信息和模擬模型( RAINS) 、溫室氣體和空氣污染交互與協同效應模型( GAINS) 和歐洲空氣污染物的遠程傳輸監測和評價的合作程序模型( EMEP) 。依靠上述管控措施的協同作用,歐盟地區SO2、NOx、VOCs排放總量降幅顯著,與1990 年相比,2012年的下降幅度分別為82%、47%和56%。

美國是最早發生光化學污染的國家。經過幾十年的努力,美國已經建立了科學的VOCs管控體系,其現行的環境空氣質量管控體系主要包括環境空氣質量標準( NAPPS) 、州實施計劃( SIPs) 制度、各種污染源控制標準( NEPS、NESHAPS 等) 、新源評估制度( NSP) 、運營許可證制度( Operating Permits) 。這些制度和標準互為補充,構成了有效的大氣污染控制體系。依托該管控體系,美國VOCs排放總量呈下降趨勢,從1980年的3204.4 萬t下降為2012年的1762.4萬t,下降了約45%。同時,隨著VOCs排放量的減少,美國大氣環境中臭氧的含量明顯減少。如圖1 所示。


2 我國VOCs管控現狀

從國家法律法規宏觀政策層面來看,我國對VOCs 治理控制的重視始于“十一五”末,并在“十二五”期間尤其是2012年后開始逐步完善相關法律、行政法規及技術政策,從頂層設計逐漸開始加碼。

2010年5月,國務院辦公廳發布《關于推進大氣污染聯防聯控工作改善區域空氣質量指導意見的通知》,首次從國家層面明確了開展VOCs污染防治工作的重要性,將VOCs、SO2、NOx和顆粒物一起列為改善大氣環境質量的防控重點,開啟了我國的VOCs 管控與治理之路。2012年10月,《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》正式出臺,首次提出“全面開展VOCs 污染防治工作”,要求“開展重點行業治理”“完善重點行業VOCs排放控制要求和政策體系”,掀起了VOCs 污染防治的開端。

隨后, 2013年5月,原環保部發布《揮發性有機物污染防治技術政策》,首次在VOCs污染防治策略和技術方面提出指導性意見,并提出到2020年基本實現VOCs 從原料到產品、從生產到消費的全過程減排。2013年9月,國務院發布《大氣污染防治行動計劃》,提出將VOCs 納入排污費征收范圍。2015年,財政部、發改委及原環保部聯合發布《揮發性有機物排污收費試點辦法》,對重點行業按照VOCs 排放量進行收費。2017年1月,國務院印發《“十三五”節能減排綜合工作方案》,將VOCs 納入減排目標,并提出到2020年VOCs排放總量比2015年下降10% 以上。2017年9月,原環保部、發改委等六部委聯合發布《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》,要求到2020年建立健全以改善環境空氣質量為核心的VOCs污染防治管理體系,實施重點地區、重點行業VOCs污染減排,通過與NOx等污染物的協同控制,實現環境空氣質量持續改善。

3 我國VOCs管控問題與難點

總體來講,我國VOCs綜合整治工作正在有序推進,但在實施過程中依然存在一些問題。

3.1 政府層面

VOCs 的定義、排放量及排放因子不明確,頂層設計尚不夠完善。目前,國家對于VOCs的定義尚未統一,各個研究機構所引用的定義較為混亂。同時,對VOCs排放量的統計不明確。許多排放因子均參考美國國家環境保護局數據,而我國的生產工藝和能源消耗水平不同于美國。此外,對VOCs 的成分不了解,造成地方政府在對VOCs的管控對象、管控手段、管控目標上都難以把握。

各級地方政府對VOCs綜合整治的執行力度不一,監管難度大,影響行業良性發展。《大氣污染防治行動計劃》提出支持企業的政策,但目前各地的落實和執行情況差異巨大。我國VOCs排污許可證制度已于2017 年全面推行,但仍存在許多問題與難點。很多城市都在推進排污費征收工作,但各省市進展不一,許多省市尚未啟動。

3.2 技術層面

第一,技術體系不完善。VOCs防治注重先監測后治理,但是目前我國對VOCs的監測存在很多問題,許多源項存在錯漏現象。例如: 泄漏檢測與修復( LDAR) 建檔過程中存在誤建、多建、漏建等情況,對現場檢測造成一定影響; 對于循環水系統,在采樣檢測過程中未實現帶壓采樣; 部分可吹脫有機碳( POC)在采樣過程中已閃蒸揮發至大氣,造成最終結果偏低; 部分具備VOCs 監測能力的企業未對工藝有組織廢氣、廢水和循環水等源項開展定期監測工作,僅依靠單次監測或經驗數據無法獲取具有統計學意義的監測數據。同時,監測方法、標準、技術尚未統一,企業無法制定較完善準確的監測制度,進而無法科學準確地掌握自身VOCs 排放情況,無法制訂合理的減排方案。

第二,核算參數不明確。很多企業已自行開展VOCs 核算工作,但由于對源項的認識存在不足與偏差,導致核算過程中出現錯誤。例如: 部分企業在LDAR 檢測核算中將乙二醇識別為輕組分、未考慮不可達點的排放量等,使核算結果總體偏低; 對于有機液體儲存調和,存在裝載溫度的選取確立、油垢因子選擇依據的確立、油氣回收設施控制效率的核定以及混烴的成分分析等問題,都會對最終結果造成影響。以某企業抽余油固定頂罐為例,儲存溫度和日均液體表面溫度分別為23℃和14. 33℃,相應溫度下的真實蒸汽壓分別為25. 28 kPa 和17. 52 kPa,以兩種溫度計算出的排放量分別為3. 64 t /a 和2. 52 t /a,兩者相差約0. 44倍; 以某企業浮頂罐為例,油垢因子若按輕銹計,VOCs排放量為916. 09 t /a,若按重銹計,則為1722. 28 t /a,兩者相差約0. 88 倍。

第三,治理措施有待提高。大多數企業的清潔生產水平有待提高。在對企業的調研過程中發現: 部分存在VOCs 逸散的污水池密封不嚴、抽氣量不足,池內未形成負壓,邊界密封仍存在泄漏; 污水池已采取密閉措施,廢氣未送至處理設施; 針對廢水收集措施產生的廢氣、儲罐尾氣、裝卸尾氣、部分工藝有組織廢氣的治理措施以活性炭吸附、冷凝+ 催化氧化、低溫柴油洗+ 催化氧化等方式為主,冷凝回收物料量較低,實際回收效果不理想; 有機液體儲存未安裝油氣回收裝置,罐頂氣直排大氣; 部分有機液體仍采用噴濺式裝載等。

從技術角度來看,同國外先進水平相比,國內主流技術在功能材料、技術細節、工藝設計水平和制造水平上還存在較大差距,對技術的適用范圍和使用條件缺乏規律性的認識,在工藝設計和凈化裝備設計上存在很大的隨意性,難以實現達標排放的要求。因而,還需加大基礎設計方面的研究,以便更好地指導實際應用。

4 我國VOCs管控對策建議

4.1 明確VOCs定義并加強頂層設計

我國應盡快明確VOCs 的定義。對于全過程精細化管控策略,VOCs的定義貫穿始終,源頭預防中的工藝改進、過程控制中的排放量核算及污染源排放清單的編制、末端治理中的技術升級均需要明確VOCs的定義。因此,應盡快確定符合我國實際情況的VOCs 定義,進而制定監測和排放標準,規范計算和統計方法,為VOCs污染源的監測、統計、控制管理奠定基礎,便于與國際先進國家對標。

遵循源頭預防、過程控制與末端治理相結合的全過程精細化管控原則,加強VOCs 污染防治規劃工作,突出VOCs 削減和控制。鼓勵企業采用先進清潔生產技術,嚴格控制含VOCs 的原料與產品在生產和儲運過程中的VOCs排放。加快制修訂重點行業VOCs綜合排放標準和管理制度等,加強VOCs監測和治理,建立重點區域VOCs 污染防治體系,以盡快實現VOCs從原料到產品、從生產到消費的全過程減排。同時,構建企業申報、政府監管、公眾參與以及社會監督的開放式、共享式VOCs綜合管控平臺,逐步實現集VOCs排放量估算、排放申報、監管排查、監督、監測、修復、治理技術評估以及達標可行性分析等于一體。強化信息公開、社會監督,鼓勵公眾和社會組織參與VOCs 排放數據監督和審核,為持續改善環境空氣質量提供重要保障。

4.2 建立健全VOCs污染監測體系

加強VOCs 污染源排放自動監測,強化VOCs執法能力建設,全面提升VOCs環保監管能力。重點地區O3超標城市至少建成一套VOCs組分自動監測系統。在企業主要排污口安裝污染物排放自動監測設備,并與生態環境部門聯網,推進VOCs重點排放源廠界監測。工業園區應結合園區排放特征,配置符合園區排放特征的VOCs監測監控體系; 定期組織開展重點行業VOCs評估,建立重點污染源VOCs 排放量動態清單系統。另外,需進一步規范固定源VOCs采樣和監測技術標準。目前,我國固定源VOCs 采樣、監測規范主要包括《固定污染源廢氣揮發性有機物的采樣氣袋法》( HJ 732—2014) 和《固定污染源廢氣揮發性有機物的測定固相吸附-熱脫附/氣相色譜-質譜法》( HJ 734—2014) 。其中,HJ 734—2014涉及的VOCs種類僅24 種,且絕大多數并非石化行業的特征污染物,而按照美國國家環境保護局的定義,VOCs的種類接近1500 種/類。為了能夠真實地反映石化行業VOCs排放情況,需深入研究現有固定源VOCs采樣、監測方法以及全過程中的質量控制,完善相應標準和規范,以便更好地指導企業減排。

4.3 推進區域大氣污染聯防聯控

各地按照“責任共擔、信息共享、協商統籌、聯防聯控”的原則,共同推進區域大氣污染聯防聯控工作。根據主體功能劃分、區域大氣環境質量狀況和大氣污染傳輸擴散規律,劃定國家大氣污染防治重點區域,實施分級管控,擴大污染物特別排放限值適用區域,對不同區域執行不同的環境準入政策和總量削減替代要求。

首先,根據重點區域經濟社會發展和大氣環境承載力,制訂重點區域大氣污染聯合防治行動計劃,明確控制目標,優化區域經濟布局,統籌交通管理,發展清潔能源,提出重點防治任務和措施。促進大氣污染防治實現“從點到面”的轉變,從而減少污染物“跨區作業”的機會,同時也能夠把污染方、受害方、治理方等有機結合起來,減少和避免大氣污染事件出現后的相互推諉。

其次,要加強執法,通過嚴格的聯合執法、跨區域執法、交叉執法等,嚴厲查處國家大氣污染防治重點區域內的不法行為,杜絕超標污染企業以地方經濟利益等名義繼續生產和排放污染物。強化節能環保指標約束,嚴格落實污染物排放總量控制制度。充分考慮VOCs削減和控制要求,加強新建、改擴建項目設施竣工驗收中的VOCs含量檢測、VOCs污染防控措施檢查,控制新增排放源的VOCs排放量; 對VOCs污染嚴重、削減和控制無經濟技術可行性的工藝和產品實施淘汰關停,全面推行VOCs處理設施的建設及更新改造,促進產業結構調整和優化升級。

4.4 加強重點行業VOCs綜合管控

(1) 設備動靜密封點VOCs排放控制

企業應根據自身生產工藝、設備情況,完善LDAR點位建檔。調研過程中發現,某企業泄漏點( 檢測值> 1000ppm) 數量占所有密封點的0.91%,而排放量占90. 37%。盡快修復泄漏點并保證修復成功率,可大大減少密封點泄漏量。因此,企業經第一輪LDAR工作后,設備泄漏的VOCs減排效果普遍相對明顯。考慮到LDAR資金及人力投入較大,后續減排幅度較小等情況,建議適當減少后續LDAR檢測頻次,第一輪LDAR后的工作應以跟蹤泄漏點修復情況為重點; 同時根據現場抽測情況,建議進一步關注泵、壓縮機、開口管線等密封點,取消無作用的密封點,提升設備密封等級; 企業應按排查指南對有組織排放源的監測頻次、采樣、分析等要求開展日常監測工作,建立健全監測數據臺賬,做好原始數據記錄。

(2) 有機液體儲存及裝卸VOCs排放控制

企業應對儲罐、裝車安裝油氣回收設施,同時提高收集效率,通過改造罐車與管線連接形式,提高現有連接件的密閉性; 建議企業做好加強有機液體周轉管理和記錄工作; 完善有機液體儲存溫度等油品理化參數監測; 開展有機液體儲存源項核算中其他重要參數的支撐性監測與統計工作,如通過記錄除銹和密封檢維修頻次,或檢測掛壁油膜厚度的檢尺等方式確認油垢因子,定期記錄和校核浮盤縫隙長度,確定損失因子; 根據儲罐設計及運行情況,統計浮盤附件類型及個數等。

(3) 污水處理站及循環水VOCs排放控制

企業應定期開展污水處理站VOCs監測,對各個裝置污水匯集至污水處理站的水量進行流量監控,納入信息化臺賬管理; 將污水處理站尾氣收集后送入尾氣處理系統; 依托企業現有監測儀器,對污水收集、儲存、處理和循環水開展可代表VOCs濃度的監測因子的日常監測,如水中TOC、廢水水樣搖晃后氣相空間的總烴或非甲烷總烴等。

(4) 工藝有組織及燃燒煙氣VOCs排放控制企業應定期開展監測,并對采樣時裝置的運行情況、吹灰情況、燃料使用情況等進行記錄,建立監測臺賬; 對檢維修各裝置排大氣時容器的壓力、溫度、VOCs氣體組分等參數進行監測和記錄; 針對動力鍋爐和加熱爐燃燒工況不穩定的問題,加裝CO在線監測設備,對燃燒效率進行監控,以此優化燃燒工況等。

對于處理設施,企業應優先考慮將含VOCs有機廢氣回收利用,如將焦化污油罐除臭尾氣、酸性水罐脫硫尾氣分別送加熱爐或焚燒爐處理等。

(5) 規范密閉采樣操作過程VOCs排放控制將開放式采樣更換為密閉式采樣,不斷規范密閉采樣操作程序,提高密閉采樣器的使用頻次。加大采樣人員的培訓力度,指導其正確地操作密閉采樣器,促使其形成使用密閉采樣器進行采樣的好習慣,以加強管控采樣過程的VOCs排放。

4.5 開展各層次VOCs治理人才培訓

由于國內VOCs的治理工作起步較晚,嚴重缺乏有經驗的、綜合型的從事VOCs治理的人才隊伍。對于VOCs管控,應加大對各級環保部門、各企業相關人員的培訓力度,對不同專業人員進行有針對性的VOCs治理及管控培訓,提高環保隊伍對全過程精細化管控理念及驅動性核算方法的理解,進一步提升整個環保系統的VOCs 綜合管控能力建設水平,為實現VOCs 減排目標及改善大氣環境質量提供堅實的專業隊伍保障。

5 結語

“十二五”與“十三五”期間,全國各地對VOCs污染所采取的治理措施及取得的初步成效值得肯定,但未來的VOCs治理與管控任務依然任重道遠。VOCs治理與管控從無到有、從有到好、從好到精,都需要政府把關、政策落地、嚴格督察。建議借鑒歐美、日本等發達國家和地區的治理經驗,以監測與治理、管控為主要方向,從定點排放到無組織排放管控,從工業污染源到移動污染源管控,完善管理制度,加大技術研發,規范市場,加強培訓,逐漸解決我國VOCs治理與管控所面臨的問題,盡快實現從有到好和從好到精的逐步發展。

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