1 引言
近年来，全国各地连续多日的雾霭天气，使大气污染防治引起社会和政府的高度关注，相应的综合治理措施也在公众和媒体的关注下，以前所未有的速度和力度展开。2013年6月14日，国务院常务会议颁布了《全国大气污染防治十项措施》（简称“国十条”），9月12日，国务院发布了《大气污染防治行动计划》（以下简称“计划”），这是我国第一份全国性的空气污染治理规划，也被认为是我国有史以来最为严格的大气治理计划。《行动计划》提出到2017年，全国地级及以上城市可吸入颗粒物（PM2.5 ）浓度比2012年下降10%以上；京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物浓度分别下降25%、20%、15%左右。
PM2.5的来源不仅仅是颗粒物，还有化学反应生成物。因此《计划》的发布将带来更加严格的VOCs（挥发性有机化合物）的减排和防治要求。在VOCs减排方面，中国一贯重视不够，但其数量实际超过二氧化硫和氮氧化物，是形成PM2.5和臭氧的重要因素。VOCs排放不同于二氧化硫和氮氧化物，其排放源分散，广泛存在于石化、喷涂、印刷、制鞋、家具等行业，对于监管和治理的挑战更大。环保部在今年2月发布的《环境空气细颗粒物污染防治技术政策（试行）》征求意见稿提出，对环境污染严重、污染物排放量大的地区，应在国家排放标准中规定特别排放限值或制定实施严格的地方排放标准。其中，对工业污染源治理，征求意见稿提出，将制定严格、完善的国家和地方工业污染物排放标准，明确各行业排放控制要求；尽快制定工业烟（废）气中VOCs、氨的国家或地方排放标准等。这意味着不仅对VOCs的排放监管将加强，VOCs的排放标准也将提高。这种形势将为所有排放VOCs的生产企业，包括铝型材喷涂行业带来巨大的挑战。
2 VOCs的认识误区
在铝材喷涂行业，对VOCs的认识存在两个误区，一是以三苯代替VOCs，认为没有三苯排放或三苯排放达标即可，另一个是认为采用水性涂料无VOCs排放。VOC是挥发性有机化合物(volatile organic compounds）的英文缩写。美国联邦环保署（EPA）对VOC的定义是除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外，任何参加大气光化学反应的碳化合物。ASTM D3960-98标准将VOC定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物。世界卫生组织(WHO，1989）对总挥发性有机化合物（TVOC）的定义为，熔点低于室温而沸点在50～260℃之间的挥发性有机化合物的总称。有关色漆和清漆通用术语的国际标准ISO 4618/1-1998和德国DIN 55649-2000标准对VOC的定义是，在常温常压下，任何能自发挥发的有机液体和/或固体。同时，德国DIN 55649-2000标准在测定VOC含量时，又做了一个限定，即在通常压力条件下，沸点或初馏点低于或等于250℃的任何有机化合物。实际上，从环保出发，VOCs的定义分为二类，一类是普通意义上的VOCs定义，只说明什么是挥发性有机物，或者是在什么条件下是挥发性有机物；另一类是环保意义上的定义，也就是会产生危害的那一类挥发性有机物。在我国《大气污染物综合排放标准》GB 16297-1996中，虽然没有对VOCs排放做直接规定，但实际通过对非甲烷总烃指标对VOCs的排放做了总量限制，同时又对苯、甲苯、二甲苯等做了规定。非甲烷总烃（NMHC）通常是指除甲烷以外的所有可挥发的碳氢化合物（其中主要是C2～C12）。之所以排除甲烷，是认为除了爆炸燃烧和高浓度窒息影响外，甲烷在空气中即使达到高浓度也不会对健康造成危害。而其他所有可挥发的碳氢化合物已经证明了的对健康的影响包括对中枢神经的麻醉作用，对皮肤的刺激，以及对造血功能的影响等。除直接对人体健康有害外，在一定条件下非甲烷总烃经日光照射还能产生光化学烟雾，形成PM2.5等，对环境和人类造成更大危害。例如，已有研究证明PM2.5超标和肺癌的高发和致死成显著的正相关性。因此，环保上所指VOCs和非甲烷总烃是一致的。它包含所有碳原子在2~12的碳氢化合物。喷涂企业积极采用不含三苯的溶剂型涂料，可有效降低较具有健康危害的三苯排放，但其他溶剂仍在标准限制之列，必须满足非甲烷总烃的排放限制和排放速率要求。水性涂料目前被广泛视为环保产品，但实际上由于涂料性能的要求，水性涂料不可避免含有VOCs，如成膜助剂、抗冻剂、乳液的残留单体等。在水性涂料的喷涂中，仍需考虑非甲烷总烃的排放超标问题。
另外，值得注意的是VOCs排放附带的气味问题。由于大量的铝型材喷涂企业和生活区混杂，气味影响成为针对铝型材喷涂企业的环保投诉的重要原因。无论是为了满足排放标准要求，还是为了避免气味投诉，从保护职工和人民群众的健康出发、从保护环境角度出发，铝型材喷涂企业应高度重视VOCs排放的控制和治理。
3 铝材喷涂有机废气处理方案的选择
目前工程实践和实验中的有机废气处理工艺主要分为分解和回收两类（如图一所示）。这些处理工艺有些比较成熟，有些则存有争议。在这些工艺中，通过燃烧将VOCs分解为H2O和CO2是比较彻底的治理工艺。燃烧法不存在选择性，在800~1200℃高温下，绝大部分VOCs都被分解。由于燃烧法在高温下运行，因此投资和运行费用也是所有治理工艺中最高。在喷涂有机废气治理中，由于空气中有机物热值低，大部分的燃烧工艺均需要添加燃料助燃。广州尚水环保节能科技有限公司在实践中针对大风量低浓度有机废气主要通过采用活性炭或其他吸附剂对VOCs进行富集，再通过催化燃烧（CO）或蓄热燃烧（RTO）等工艺来彻底分解的工艺路线；针对小风量中高浓度的有机废气，则主要通过催化燃烧（CO）或蓄热燃烧（RTO）处理。对铝合金表面喷涂有机废气处理工艺路线的选择主要是通过回收富集VOCs尽量减小焚烧炉的规模，通过回收热能减少燃料或辅助加热，以减少投资和日常运行费用。但即便如此，实践中喷涂企业仍对系统的运行费用和日常管理感到头痛。
分解法中生物分解工艺主要依靠微生物分解有机物，运行费用较低。但是由于生物分解需要的时间长，因此生物分解工艺所需占地面积较大，一般工厂难以满足生物分解所需的空间要求。同时，生物分解的VOC种类有一定限制，需要根据经验和实验来确定处理效果。而光催化、等离子、电晕等方法在实践中的处理效果有待进一步验证。
与燃烧法相比，由于不需要裂解分子，而只需要改变VOCs的状态，因此回收法的运行费用和投资都较低。回收法中通过吸附回收VOCs适用范围最广，而冷凝、膜分离和吸收等工艺均要对VOC的种类、浓度等进行分析，有针对性的加以采用。
吸附回收处理的主要工艺路线如图2所示。
吸附回收处理的关键技术在于吸附剂的选择，脱附再生工艺设计和回收后溶剂的处理。由于吸附具有富集VOCs的作用，因此非常适合作为前级工艺，提高后续处理的效果和经济性。吸附也已成为VOCs处理的基本工艺，但只有使吸附剂脱附才能既使得吸附剂可以再生使用，又能为最终处置VOCs创造条件。吸附处理作为一种历史悠久的传统工艺，只有和后续的脱附再生、最终处理相结合才能发挥最大效果。采用合适的工艺使得脱附后的VOCs可以回收再利用，无论是再用于生产，还是用于其他可利用环节，都可以实现废弃物的再资源化，实现“减少排放”到“回收资源”的巨大转变。而从资源回收角度，直接利用最具有价值，再利用的路线越长，价值越低。实践证明，吸附回收是一种性价比较高的处理工艺，但要发挥这种工艺的优点，满足日益严苛的排放标准要求，还需要对这种工艺加以创新改进。
4 吸附回收处理工艺的改进
广州尚水环保节能科技有限公司在实践中主要在下列方面进行改进：
（1）吸附剂的选择
活性炭作为通用吸附剂得到广泛应用，活性炭具有比表面积大、孔径分布丰富的特点，但是活性炭也有不适用的场合。某些VOCs可以穿过活性炭造成吸附失效。收到活性炭耐温性能影响，不能用于高沸点VOCs和热风脱附场合。而分子筛具有孔径分布均匀，耐温性好的特点。在实践中，可根据吸附种类采用活性炭、活性炭纤维、分子筛、以及活性炭和分子筛混合物作为吸附剂，从而扩大吸附回收工艺的使用范围。
（2）吸附床的结构
改善吸附床的结构主要目的是为了在脱附时取得最佳的传热效果，从而减少用于脱附的蒸汽或热风的使用量。改善后的结构将大幅减少蒸汽或热风的消耗，从而最大限度节约脱附能耗。
（3）蒸汽和热风的选择
蒸汽焓值远高于热风，在脱附时发生相变，具有较高的传热效率和脱附效果，且安全性较高。但在对高沸点VOCs进行脱附时，由于需要高温蒸汽，则无疑加大了脱附工艺的难度。此时可考虑选用热风脱附。
（4）回收溶剂的处理
对于价值较高、组份单一的液态VOCs溶剂，可采用静置、蒸馏等方式提纯直接回用至生产中，从而实现资源回收。对于价值较低的混合溶剂，可喷入已建锅炉燃烧回收热值，实现间接利用，而无需专门建造昂贵的焚烧炉。
5 结语
结合工程实践，对比不同的铝型材喷涂有机废气处理工艺，指出吸附回收工艺的性价比优势和适用范围，介绍本公司对这种工艺的改进，以同时实现实现“减少排放”和“回收资源”，协助喷涂铝材生产厂家满足日益严格的VOC排放标准并回收VOCs资源。综上所述，铝型材喷涂工厂应高度重视VOCs的治理，及早研究，以满足排放日益严苛的排放标准要求。吸附回收工艺是一种性价比较高的处理工艺，通过研发创新，该工艺可同时实现“减少排放”和“回收资源”，通过回收VOCs既满足排放标准要求，又实现资源的再生利用。
