農藥行業(yè)VOCs,收集處理技術(shù)

李海華，李青，宋偉，趙廣理

(山東濰坊潤豐化工股份有限公司，濰坊 261021)

關(guān)鍵字：農藥行業(yè)；
VOCs；
收集處理

隨著(zhù)環(huán)境保護意識的日益增強和監管措施的持續深化，農藥行業(yè)揮發(fā)性有機化合物(Volatile Organic Compounds，簡(jiǎn)稱(chēng)VOCs)的排放問(wèn)題面臨越來(lái)越大的壓力。農藥生產(chǎn)中不可避免地會(huì )造成部分VOCs 的排放，如果沒(méi)有得到有效的收集和處理，這些有害氣體不僅對人類(lèi)健康構成威脅，還嚴重影響空氣質(zhì)量。

理想的VOCs 收集和處理技術(shù)旨在實(shí)現2 個(gè)核心目標：最大限度減少農藥生產(chǎn)過(guò)程中的VOCs 排放，并在對環(huán)境和人體健康影響最小的情況下進(jìn)行高效處理。當前，吸附法、吸收法、凝結法和膜分離法等常見(jiàn)的VOCs 收集技術(shù)已經(jīng)在農藥行業(yè)得到了廣泛應用。而焚燒處理、催化氧化、生物法以及物理化學(xué)法等處理技術(shù)也對改善生態(tài)環(huán)境作出了積極貢獻。然而在現實(shí)中，由于農藥生產(chǎn)的多樣性和復雜性，以及不同地域和規模的生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)和經(jīng)濟條件上的差異，單一的VOCs 收集和處理方式往往無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足環(huán)保、效率和成本3 者的需要。

因此，越來(lái)越多的研究開(kāi)始聚焦如何找到更適合特定應用場(chǎng)景的先進(jìn)技術(shù)，或者如何立足現有技術(shù)基礎，通過(guò)改良、優(yōu)化，甚至整合多種方法得到更加理想的收集和處理效果。

1.1 VOCs 定義及主要來(lái)源

VOCs 是指在常溫常壓下容易揮發(fā)并且能直接排放到大氣中的有機物質(zhì)，主要來(lái)源于化學(xué)化工、涂裝、包裝印刷、家具制造、電子信息和交通運輸等產(chǎn)業(yè)/行業(yè)。

1.2 農藥行業(yè)中VOCs 的產(chǎn)生分析

在農藥行業(yè)中，VOCs 主要產(chǎn)生于農藥的生產(chǎn)過(guò)程中。這主要包括以下幾個(gè)環(huán)節：

⑴原料處理：在進(jìn)行原料預處理時(shí)，未充分利用或處理的易揮發(fā)物質(zhì)可直接蒸發(fā)進(jìn)入大氣，形成VOCs。

⑵農藥合成：在農藥的制造過(guò)程中，大量使用有機溶劑促進(jìn)反應。反應后未經(jīng)回收或無(wú)法完全回收的有機溶劑也將轉化為VOCs。

⑶殘留處理：由于生產(chǎn)過(guò)程中的設備清洗、產(chǎn)品過(guò)濾等操作會(huì )產(chǎn)生含有各種有機溶劑的廢水和廢渣，處理不當可能引起廢氣中VOCs 的排放。

⑷存儲和運輸：農藥產(chǎn)品在存儲和運輸的過(guò)程中，如果密封不良或安全防護措施不完善，也可能產(chǎn)生VOCs[1]。

通過(guò)改進(jìn)工藝流程、使用低揮發(fā)性有機物質(zhì)、設備升級等方式可以有效減少農藥行業(yè)中VOCs 的產(chǎn)生。

1.3 VOCs 對環(huán)境和人體健康的影響

VOCs 的環(huán)境和健康影響主要體現在以下幾個(gè)方面：

⑴對大氣質(zhì)量的影響：VOCs 在大氣中的存在與空氣污染息息相關(guān)。其中的一些有機化合物可能直接對環(huán)境產(chǎn)生負面影響，更重要的是，它們能在陽(yáng)光的照射下與氮氧化物發(fā)生復雜的光化學(xué)反應，形成有害的光化學(xué)臭氧。此外，一些VOCs 還會(huì )轉化為極細的空氣懸浮顆粒，降低空氣質(zhì)量，影響能見(jiàn)度，這就是常說(shuō)的“霧霾”。

⑵全球變暖問(wèn)題：某些VOCs，例如甲烷等，是強力的溫室氣體，比二氧化碳的全球變暖潛力高得多。這種類(lèi)型的VOCs 加劇了全球變暖的問(wèn)題，給地球氣候帶來(lái)了巨大挑戰。

⑶對人體健康的影響：VOCs 對人體健康構成嚴重威脅。通過(guò)吸入，它們可引起各種呼吸道問(wèn)題。某些VOCs 如苯、甲苯等具有明顯的致癌作用。長(cháng)期暴露在高濃度VOCs 環(huán)境中可能導致頭痛、惡心、眩暈，嚴重時(shí)甚至會(huì )引發(fā)白血病、肝腎功能損害等疾病，同時(shí)降低人體免疫力。

因此，VOCs 的排放問(wèn)題既影響到生態(tài)環(huán)境，又關(guān)乎公眾健康，對于控制和減少其排放，也就有著(zhù)不可忽視的緊迫性。

2.1 農藥行業(yè)VOCs 的有組織排放和無(wú)組織排放

VOCs 的排放發(fā)生在各個(gè)環(huán)節，排放的方式為有組織排放[2]和無(wú)組織排放[3]。有組織排放主要為尾氣經(jīng)過(guò)末端處理技術(shù)通過(guò)煙囪等排放少量的VOCs。生產(chǎn)廠(chǎng)家根據VOCs 種類(lèi)、收集效率和凈化效率、設備的安全性、可行性以及經(jīng)濟性等多種因素實(shí)現VOCs 的有組織排放。收集方式主要是在工藝末端的排放點(diǎn)上，安裝合適的集氣裝置，接入管道系統后進(jìn)入收集儲罐或者是治理系統。

農藥行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，VOCs 的排放具有形式多樣、排放源面積大、排放時(shí)間和空間存在不確定性、排放的成份復雜難以檢測等特點(diǎn)，同時(shí)設備投資成本高，這給VOCs 的收集和治理帶來(lái)很大的挑戰。減少VOCs 的無(wú)組織排放，需要農藥企業(yè)從生產(chǎn)源頭制定控制措施。

研究發(fā)現，一個(gè)規模較大的農藥企業(yè)一年內僅農藥生產(chǎn)環(huán)節產(chǎn)生的VOCs 就達到了數百?lài)?，而VOCs 的復雜性質(zhì)使得排放到大氣中的具體物質(zhì)種類(lèi)成千上萬(wàn)，其中很多物質(zhì)具有潛在的危害，考慮到全球涉及農藥生產(chǎn)的企業(yè)數量龐大，可以想象行業(yè)VOCs 排放的嚴重性[2]。中國是世界上最大的農藥生產(chǎn)和使用國之一，為了保護環(huán)境和公共健康，亟需探究有效的技術(shù)和制度方案來(lái)治理農藥行業(yè)的VOCs 排放。

2.2 排放標準和法規建設情況

為了控制VOCs 的排放，中國政府發(fā)布并實(shí)施了相應的法律、法規，《中華人民共和國大氣污染防治法》對VOCs 排放控制提出了明確要求，例如要求企業(yè)必須安裝有效的排放控制設備，并且實(shí)施出現故障時(shí)的應急預案。此外，我國還出臺了一系列具體的執行標準和方法，包括《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297)、《揮發(fā)性有機物無(wú)組織排放控制標準》(GB 37822)、《惡臭污染物排放標準》(GB 14554)等。針對農藥行業(yè)，專(zhuān)門(mén)出臺《農藥制造工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB 39727—2020)，規定了農藥制造工業(yè)大氣污染物排放控制要求、監測和監督管理要求。

中國還強調企業(yè)自我管理與政府監管相結合的方式來(lái)更好地實(shí)施VOCs 排放控制。推行統一的數據報告體系以使所有相關(guān)行業(yè)的VOCs 排放情況都能被有效捕獲和記錄。

總的來(lái)說(shuō)，中國在農藥行業(yè)VOCs 排放方面已經(jīng)具有一套完備的法規體系，并正在通過(guò)一系列努力實(shí)施這些法規。然而，如何保證全部企業(yè)遵守這些法規，并逐步改進(jìn)農藥生產(chǎn)工藝以減少VOCs 排放，仍然是一個(gè)重大挑戰。

2.3 農藥行業(yè)面臨的VOCs 排放問(wèn)題和挑戰

在農藥產(chǎn)品的生命周期中，因它排放的VOCs既有來(lái)源于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的VOCs，也有因農藥使用時(shí)無(wú)法避免的VOCs。由于農藥主要在室外環(huán)境中使用，且涵蓋區域廣泛，包括農田、果園等，其VOCs 排放問(wèn)題具有較高的復雜性。農藥行業(yè)面臨的VOCs 排放問(wèn)題和挑戰包括：

一方面，面臨的一個(gè)重要問(wèn)題是，農藥行業(yè)作為VOCs 的重要排放源之一，持續高強度的VOCs排放對環(huán)境造成破壞，對人體健康造成不利影響，對行業(yè)的發(fā)展極為不利。

另一方面，盡管中國已經(jīng)有相應的法規及技術(shù)標準對VOCs 排放進(jìn)行了規定，但仍存在執行難題。一是農藥制造行業(yè)的小微企業(yè)眾多，監管力度以及自我約束力都比較有限，往往忽視了VOCs 的處理；
二是諸多企業(yè)因為成本考量而猶豫于進(jìn)行VOCs 治理技術(shù)和設備的投入，違規排放現象時(shí)有發(fā)生。

除此之外，農藥行業(yè)VOCs 治理面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰是缺乏高效、環(huán)保的替代性原料與新工藝。某些清潔生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的農藥和VOCs 揮發(fā)少的環(huán)保型農藥雖然能夠顯著(zhù)降低VOCs 排放，但其生產(chǎn)成本高、難度大，面臨市場(chǎng)競爭力不足的問(wèn)題。因此，推廣清潔生產(chǎn)工藝和使用環(huán)保型農藥及其相關(guān)技術(shù)，需要更多研究與資金投入，并在政策上對其給予支持和鼓勵[4]。

即使面臨種種挑戰，中國仍在積極響應環(huán)境保護的國際呼聲，通過(guò)法規制定和執行、企業(yè)自主治理、科技創(chuàng )新以及公眾教育等手段，努力推動(dòng)農藥行業(yè)的環(huán)保改革。尤其需要指出的是，VOCs 治理并非一蹴而就的過(guò)程，它需要長(cháng)期、持續的努力，并要求政策制定者、環(huán)保工作者、企業(yè)和農戶(hù)等各方共同參與和努力。

3.1 VOCs 收集技術(shù)

VOCs 收集技術(shù)是環(huán)保領(lǐng)域內的重要研究方向，通過(guò)先進(jìn)的收集技術(shù)可以有效地捕獲和控制工業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的大量VOCs。以下是一些常用的VOCs收集技術(shù)。

⑴吸附法：吸附法是使用特定的吸附劑(如活性炭、沸石等)，通過(guò)物質(zhì)的表面吸附力來(lái)將VOCs從廢氣中吸附并集中起來(lái)的一種方法。該方法操作簡(jiǎn)單、效率高，但需要定期更換或再生吸附劑[5]。

⑵吸收法：這是一種通過(guò)溶解VOCs 到液體介質(zhì)中，從而實(shí)現VOCs 的回收或去除的方法。通常采用的吸收液包括水、有機溶劑或化學(xué)吸收劑。吸收法適用于溶解度較大且易被液體吸收的VOCs。

⑶膜分離法：此類(lèi)技術(shù)使用具有特定選擇滲透性的膜材料把含有VOCs 的氣流分離成富含VOCs的氣流和凈化后的氣流。膜分離法容易操作，能耗較低，但對處理的VOCs 種類(lèi)有限制。

⑷冷凝法：冷凝法是一種利用降低廢氣溫度來(lái)達到冷凝回收VOCs 的方法。當VOCs 氣溶膠降溫后，會(huì )由氣態(tài)轉為液態(tài)。這種方法適合可被冷凝且比重較大的有機物。

⑸內循環(huán)濃縮技術(shù)：這種技術(shù)使用特設的吸附塔和吸附材料，通過(guò)系統自身的過(guò)濾、回收設施進(jìn)行反復循環(huán)，再集中對VOCs 進(jìn)行回收或去除。

3.2 農藥行業(yè)VOCs 治理措施

農藥行業(yè)VOCs 治理涉及控制揮發(fā)性有機化合物在農藥生產(chǎn)和使用過(guò)程中的排放，以減少對環(huán)境和人類(lèi)健康的負面影響。VOCs 治理必須源頭消減、過(guò)程控制、末端治理三管齊下：

⑴源頭消減。通過(guò)采用低VOCs 含量的原輔材料、清潔生產(chǎn)工藝等措施，減少VOCs 的產(chǎn)生。企業(yè)可以通過(guò)開(kāi)發(fā)新型的低揮發(fā)性物質(zhì)替代品，減少使用揮發(fā)性有機溶劑和原料，如選擇低揮發(fā)性溶劑或水為反應溶劑，減少生產(chǎn)過(guò)程中VOCs 產(chǎn)生；
改進(jìn)農藥劑型，取代使用揮發(fā)性溶劑的乳油制劑，避免農藥使用過(guò)程中VOCs 的產(chǎn)生。盡可能優(yōu)化工藝生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率，降低能耗和原材料消耗，減少廢物和廢氣的產(chǎn)生。盡量減少溶劑使用量、實(shí)施溶劑回收和再利用等措施也是源頭消減的措施之一。源頭消減是減少VOCs 排放的最有效方法。

⑵過(guò)程控制。通過(guò)對工藝設計、設備性能、運行操作以及技術(shù)管理的高標準要求和控制，減少VOCs 的無(wú)組織排放。按照《揮發(fā)性有機物無(wú)組織排放控制標準》(GB 37822)要求，對含VOCs 物料全方位、全鏈條、全環(huán)節密閉管理，儲存環(huán)節應采用密閉容器、包裝袋，高效密封儲罐，封閉式儲庫、料倉等。裝卸、轉移和輸送環(huán)節應采用密閉管道或密閉容器、罐車(chē)等。生產(chǎn)和使用環(huán)節應采用密閉設備，或在密閉空間中操作并有效收集廢氣，或進(jìn)行局部氣體收集；
非取用狀態(tài)時(shí)容器應密閉。處置環(huán)節應將盛裝過(guò)VOCs 物料的包裝容器、含VOCs 廢料(渣、液)、廢吸附劑等通過(guò)加蓋、封裝等方式密閉，妥善存放。對載有氣態(tài)、液態(tài)VOCs 物料的設備與管線(xiàn)組件，如備用泵、在用泵、調節閥、攪拌器、開(kāi)口管線(xiàn)等定期開(kāi)展泄漏檢測與修復(LDAR)工作，及時(shí)修復泄漏源。

按照“應收盡收”的原則提升廢氣收集率，制定VOCs 無(wú)組織排放控制規程(細化到具體工序和生產(chǎn)環(huán)節，以及啟停機、檢維修作業(yè)等)。建立VOCs排放監測系統，及時(shí)發(fā)現和糾正排放異常情況，并定期向環(huán)保部門(mén)和公眾報告。

⑶末端治理。建設高效的治理設施，將收集的VOCs 治理達到可以排放的程度，最大程度地減少對環(huán)境的影響。

常見(jiàn)的VOCs 處理方法包括冷凝回收法、吸收法、直接燃燒法、催化燃燒法、吸附法(包括直接活性炭吸附法、吸附-回收法、新型吸附-催化燃燒法)、生物法、低溫等離子法、光催化氧化法等。企業(yè)應依據排放VOCs 的濃度、組分、廢氣風(fēng)量，溫度、濕度、壓力，以及生產(chǎn)工況等，合理選擇治理技術(shù)。宜采用多種技術(shù)的組合工藝，提高VOCs 治理效率。低濃度、大風(fēng)量廢氣，宜采用沸石轉輪吸附、活性炭吸附、減風(fēng)增濃等濃縮技術(shù)，提高VOCs 濃度后凈化處理；
高濃度廢氣，優(yōu)先進(jìn)行溶劑回收，難以回收的，宜采用高溫焚燒、催化燃燒等技術(shù)。溶劑回收宜采用冷凝+吸附、吸附+吸收、膜分離+吸附等技術(shù)。低溫等離子、光催化、光氧化技術(shù)主要適用于惡臭異味等治理；
生物法主要適用于低濃度VOCs廢氣治理和惡臭異味治理。非水溶性的VOCs 廢氣禁止采用水或水溶液噴淋吸收處理。

3.3 農藥企業(yè)VOCs 治理工程實(shí)例

⑴濰坊潤豐B30 車(chē)間廢氣治理工程項目，采用復合高效催化劑催化活化臭氧分子產(chǎn)生大量的氣態(tài)羥基自由基釋放，與VOCs 分子迅速氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，使氣體與氣體進(jìn)行反應，具有運行安全、穩定，處理效果好、無(wú)二次污染物產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)。廢氣處理量為13 000 m3/h，2014 年12 月開(kāi)工建設，于2015 年2 月調試完成并投入使用，目前廢氣排放達到GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》非甲烷總烴二級排放標準。該案例獲得2016 年國家重點(diǎn)環(huán)境保護實(shí)用技術(shù)示范工程榮譽(yù)稱(chēng)號。

⑵某農藥生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)三苯基膦中間體的過(guò)程中，使用甲醇、四氫呋喃和甲苯等有機溶劑，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機廢氣，該企業(yè)根據尾氣成份，結合企業(yè)自身生產(chǎn)狀況，采用2 級NMP(N-甲基吡咯烷酮)吸收+堿溶液吸收+活性炭纖維吸附的處理方式，將廢氣中各污染物濃度降低至排放標準以下[6]。通過(guò)半年的運行，各項指標平穩，尾氣出口濃度達到設計要求，符合排放標準。

(3) 胡志軍等[7]根據江蘇某農藥企業(yè)廢氣收集存在的以下問(wèn)題：冷凝法對尾氣VOCs 處理效率低、次氯酸鈉氧化存在二次污染、活性炭吸附易飽和，提出采用RTO 凈化工藝處理含有VOCs 的廢氣。該工藝采用三床式工藝流程，廢氣經(jīng)過(guò)預處理、2 級水洗、氣液分離，進(jìn)入RTO 進(jìn)行焚燒，焚燒尾氣經(jīng)過(guò)混合箱、水洗、堿洗等措施，經(jīng)排氣筒達標排放。該尾氣處理系統根據尾氣成份，選用合適材質(zhì)，通過(guò)DCS 系統實(shí)現自主控制，穩定運行2 年，經(jīng)第三方檢測機構對尾氣進(jìn)行檢測，尾氣排放限制滿(mǎn)足《大氣污染物綜合排放標準》。

3.4 農藥行業(yè)VOCs 收集處理技術(shù)存在的問(wèn)題

解決農藥行業(yè)的VOCs 污染問(wèn)題，以下是關(guān)鍵：

⑴技術(shù)難題：當前，VOCs 處理技術(shù)主要包括集中燃燒、生物處理、吸附分離和催化氧化等，都存在一定局限。例如，燃燒方法處理效率高，但能耗較大，且部分情況下會(huì )產(chǎn)生其他有害氣體；
生物處理經(jīng)濟環(huán)保，但效率低，處理能力受限于微生物活性；
吸附分離和催化氧化則需要采用特殊材料或催化劑，成本高昂。因此，如何開(kāi)發(fā)出既環(huán)保又經(jīng)濟的處理技術(shù)，是目前農藥行業(yè)面臨的重要技術(shù)挑戰。

⑵管理和監管問(wèn)題：許多小型農藥企業(yè)可能并未充分采取VOCs 減排措施，或者他們使用的處理設備維護不足，不能確保持續有效運作。加上監管困難，使得VOCs 污染問(wèn)題更加嚴重。規范企業(yè)的運作，嚴格篩查并執行環(huán)保標準，成為應對VOCs污染的重要環(huán)節。

⑶意識認知問(wèn)題：不少企業(yè)和公眾對VOCs 的危害性認知不足。盡管農藥生產(chǎn)是VOCs 的主要源頭，但一些企業(yè)可能忽視了VOCs 控制的重要性，而公眾也可能因不理解VOCs 對環(huán)境和健康的重大影響，缺乏采取行動(dòng)的緊迫感。因此，提高公眾和企業(yè)對VOCs 危害的認知，推進(jìn)全社會(huì )的環(huán)保意識，也是當前必須重視的問(wèn)題。

處理和減少農藥行業(yè)中的VOCs 排放是一個(gè)復雜且重要的任務(wù)，以下是3 種改進(jìn)策略：

(1) 技術(shù)研發(fā)和創(chuàng )新：在技術(shù)層面，我們可以通過(guò)提升現有技術(shù)性能、開(kāi)發(fā)新技術(shù)以及優(yōu)化設備管理等方式來(lái)改善VOCs 的收集和處理。首先，可以繼續對現有技術(shù)進(jìn)行研究和改良，例如提高催化劑效能、微生物菌株選擇以及吸附劑的性能等。其次，鼓勵研發(fā)新的、更加環(huán)保和有效的處理方法，如納米技術(shù)、膜分離法等。最后，關(guān)于設備的日常管理，采用更精細的運營(yíng)模式和實(shí)時(shí)監控系統，確保設備狀態(tài)良好，保障處理效率。

(2) 政策法規和標準：政府應該扮演更積極的角色，包括制定嚴格的VOCs 排放標準、推動(dòng)權利明晰并進(jìn)行有效的監管、支持相關(guān)研究、并提供某種形式的經(jīng)濟激勵，比如稅收優(yōu)惠或補貼等，鼓勵企業(yè)進(jìn)行必要的設備改造或購買(mǎi)更先進(jìn)的處理技術(shù)。同時(shí)，加強執法力度和頻率，對違法排放者進(jìn)行處罰，以顯著(zhù)提高企業(yè)的環(huán)保管理積極性。

(3) 教育與宣傳：最后一點(diǎn)就是意識形態(tài)的轉變。實(shí)踐表明，培育良好的環(huán)保文化并讓其深入人心同樣重要。在企業(yè)內部，我們應增強員工對VOCs危害性的認知，并培養他們自覺(jué)遵守操作規程、減少污染物排放的行為習慣。而在社會(huì )層面，政府、企業(yè)、媒體等各方都應努力提高公眾的環(huán)保意識，推動(dòng)社會(huì )整體向可持續發(fā)展轉變。這可能包括在學(xué)校里教授環(huán)境教育，在媒體上定期發(fā)布環(huán)保信息，或者舉辦各種公眾參與的環(huán)?；顒?dòng)。

農藥行業(yè)的VOCs 收集處理技術(shù)保障了環(huán)境和健康安全。它龐大且復雜，涵蓋物理吸附、生物過(guò)濾、熔融燃燒、濃縮凝聚等多個(gè)層面。但在實(shí)施過(guò)程中，還需要進(jìn)一步完善這些技術(shù)以提高效率，并且在特定的環(huán)境下靈活運用不同的方法。穩定、經(jīng)濟和可持續的VOCs 處理方案至關(guān)重要。