基于生命周期评价的挥发性有机物典型治理方法评价及综合环境效益研究

当前,我国仍然面临着严峻的以臭氧(Ozone,O3)及颗粒物(Particulate Matter,PM)为主要污染物的大气复合型污染问题,人们愈发重视对O3与PM的关键前体物—挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)的管控.与此同时,我国郑重声明"力争在2030年前实现碳达峰,在2060年前实现碳中和",并已出台了关于"加大VOCs以及温室气体协同减排力度"的减污降碳协同增效实施方案,而当前VOCs末端控制技术以燃烧法和吸附法为主流,并且以往对治理技术的评估主要关注的是运行过程对VOCs的去除效率,而对相关末端设备本身生产过程和运行过程中包括温室气体排放在内的综合环境效益缺乏系统研究.在此背景下研究VOCs典型治理方法全生命周期的减污降碳协同效果及其综合环境效益具有重要意义.本文首先基于全生命周期理论,选择VOCs燃烧法与活性炭吸附法装置为研究对象,对相应末端治理装置开展了生命周期评价(Life Cycle Assessment,LCA),通过研究设备生产过程中不同环节原材料与能源等投入及产出情况,分析了其生产过程的环境影响.其次,结合实例从VOCs排放速率,VOCs活性,碳排放等方面,研究了重点VOCs行业废气燃烧法装置运行过程中的VOCs污染物去除效率和能源消耗情况,分析了治理技术减污降碳协同效果及其使用过程中的环境影响负荷(Environmental Impact Load,EIL).最后基于情景分析法,研究了能源生产结构的低碳转型对VOCs治理技术减污降碳协同效果的影响,同时研究了使用燃烧法和活性炭吸附法装置处理不同风量与浓度的VOCs废气时,其全生命周期的综合环境效益.为衡量不同情景下VOCs治理全生命周期的减污降碳协同效果及其环境效益提供参考依据.本文的主要研究结果如下:(1)基于LCA分析了低-中-高风量的蓄热式热力焚烧(Regenerative Thermal Oxidation,RTO)与活性炭吸附设备生产过程的环境影响,在其生产过程对全球变暖,光化学臭氧生成,酸化等11种环境影响类型的贡献.结果表明,当两种设备处理规模相近时,生产RTO设备对各环境影响类型的贡献值是活性炭吸附设备对应贡献值的10～30倍.而生产一台6000 m3/h以上的活性炭吸附设备至少会造成551.8 kg CO2的排放,而生产一台10000 m3/h以上的RTO设备至少会造成20600.0 kg CO2的排放.在本研究系统边界内,生产RTO与活性炭吸附设备对环境影响的贡献分别来主要源于蓄热体与电缆的使用以及电机的使用;因此,针对设备生产过程的改进,可以从优化线路布局减少电缆使用量,优化蓄热材料提高蓄热能力以及选取合适的电机等方面展开.(2)基于实测法评估了 RTO,催化燃烧(Catalytic Oxidation,CO)等9台典型燃烧法装置对重点VOCs行业废气的处理效果及减污降碳协同效果.结果表明,RTO设备对53.91～3126.79 mg/m3废气的处理效率为96.33%～99.59%,而CO设备对11.25～257.22 mg/m3废气的处理效率为94.41%～97.32%,两者对臭氧生成潜势的削减率为93.33%～99.24%,而对二次有机气溶胶生成潜势的削减率为90.10%～99.27%.尽管燃烧法对VOCs的总体去除效果优异,但也会造成部分VOCs种类排放量以及活性增加(主要为烷烃与烯烃,其中包括乙炔,乙烯,丙烯以及丙烷等组分),同时燃烧法装置运行过程会造成不同程度的碳排放.在综合考虑了运行过程能源,电力资源投入以及燃烧转化等对碳排放有贡献的环节后,燃烧法对VOCs与CO2减排的协同效应系数S1为-145.65～4.59,对O3与CO2减排的协同效应系数S2为-91.21～7.37,除了原废气中温室气体占比大的设备Ⅲ,其余各设备均会造成温室气体增排.综合来看,若按照当前的情况持续运行一年,各燃烧设备能够减少1.34～984.94吨VOCs的排放,但却会造成182.60～2459.33 吨 CO2 的排放.(3)利用产品生命周期法以及情景分析法,分析了设备实际运行以及不同VOCs浓度和风量情景下使用RTO和活性炭吸附装置处理的EIL,寻求减污降碳协同增效的更优路径.结果表明,结合标准人当量以及权重计算后,大部分燃烧设备运行能达到正环境效益,而对于VOCs进气浓度分别仅为53.91与11.25 mg/m3(对应的排放速率分别为0.73与0.68 kg/h)的设备Ⅱ与设备Ⅵ,使用活性炭分散吸附-集中再生技术作为替代技术时,其环境效益也可以由负转为正,替代后的环境效益的增量相当于能够减少约134与39人造成的环境影响负荷.因此,对于排放速率过低的废气(例如本研究中低于约1.0 kg/h时)使用活性炭分散吸附-集中再生技术并且同一批活性炭再生两次的治理方法相比于燃烧治理技术具有更好的环境效益.利用情景分析法分析了不同能源生产结构对VOCs减排与碳减排协同效果的影响,发现当提高能源生产结构中非化石能源的占比时,可以明显地提高VOCs与CO2的协同减排效果.综合考虑了设备生产及使用过程,分析了使用不同技术治理不同排放速率废气在其全生命周期中EIL值,结果发现对于RTO和活性炭吸附设备长达5～10年的使用年限而言,其生产过程所造成的环境影响较小.

大风量VOCs废气治理

本研究对用于排放VOCs废气治理的几种常用工艺方法进行了对比分析,重点介绍了吸附-催化燃烧综合法的治理工艺.详细描述了一种典型的大风量VOCs废气治理技术,即以吸附-催化燃烧综合法原理为基础,以蜂窝状活性炭作为吸附剂的FCJ系列有机废气净化装置的技术特点.

晶片电容"无尘室"车间大气污染源分析及治理措施选择对VOCs减排作用的探讨——以珠三角某电子企业电容扩建项目为例

晶片电容生产企业的"球磨-涂工-印刷"是在"无尘室"车间完成的。经过详细的工艺分析与物料衡算,得出该类车间废气在整个电容生产工艺中是重要的大气污染源。以珠三角某电子企业电容扩建项目为例,对该企业现有项目"无尘室"废气治理措施进行分析,指明了现有项目难以满足印刷行业VOCs排放标准及珠三角有机废气控制要求,在冷凝法、膜分离法、吸附法、生物法、燃烧法及低温等离子体法的对比选择中选择了"活性炭吸附+高温脱附催化燃烧工艺+低温等离子体方法"作为改进措施,并核算了采用该种方法后VOCs减排量与废活性炭更换量。

涂料行业有机废气治理技术分析

涂料行业有机废气具有低浓度,大风量的特点,通过VOCs常用治理工艺的对比分析,得出活性炭吸附-热风脱附-催化燃烧工艺具有较好的技术经济性,并通过工程案例进行论证.

活性炭吸附-蒸汽脱附工艺治理医药厂污水站废气的工程案例

医药行业在生产过程中排放的挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)是造成大气环境污染的重要因素之一.本文采用活性炭吸附-蒸汽脱附工艺对某制药企业污水站的高浓度丙酮和乙酸乙酯进行处理.现场风量为35000 m3/h,进口丙酮和乙酸乙酯平均浓度为371 mg/m3和135 mg/m3,本系统对二者的去除率分别为95%和9... 查看全部>>