VOCs治理活性炭“綠島”方案

VOCs治理活性炭“綠島”方案

1. 背景及政策

隨著中國工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，大氣污染物的排放問題已經(jīng)引起人們的普遍關(guān)注，而我國的污染狀況也由傳統(tǒng)的煤煙型污染轉(zhuǎn)向由光化學(xué)煙霧和霧霾引起的復(fù)合型空氣污染，這些污染以臭氧(O₃ )和細(xì)顆粒物(PM_2.5 )含量高為特征， 已經(jīng)成為中國許多城市和地區(qū)最嚴(yán)重的環(huán)境污染問題之一。這種復(fù)合型的污染能顯著降低大氣的能見度，不僅大大影響了城市的空氣質(zhì)量，也嚴(yán)重影響著人民群眾的身體健康。

我國的O₃超標(biāo)現(xiàn)象較為普遍，尤其是在夏季和秋季，O₃已經(jīng)超越顆粒物成為首要污染物，其主要原因是夏秋季節(jié)日照充足，氣溫較高，給O₃的化學(xué)合成提供了較為適宜的條件。而VOCs是O₃的主要前體物。

近年來， 我國加大了對環(huán)境保護(hù)的力度， 建立健全了環(huán)保的法制， 2017 年 9 月13 日，國家環(huán)保部印發(fā)了《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》， 明確指出全面加強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作，強(qiáng)化重點地區(qū)、重點行業(yè)、 重點污染物的減排，提高管理的科學(xué)性、針對性和有效性，遏制 O₃上升勢頭， 促進(jìn)環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善； 2018 年10月26日新修訂的《中華人民共和國大氣污染防治法》明確指出要加強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物、氮氧化物、顆粒物等大氣污染物的協(xié)同控制，標(biāo)志著我國正逐步將 VOCs 納入大氣污染物防控體系。

四川省委、省政府高度重視大氣污染防治工作，近年來，通過制定實施《四川省大氣污染防治行動計劃實施細(xì)則》《四川省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)實施方案》，我省環(huán)境空氣質(zhì)量明顯改善，人民群眾藍(lán)天幸福感、獲得感顯著增強(qiáng)。但重點城市、 重點領(lǐng)域大氣污染問題仍然突出，部分市（州）細(xì)顆粒物（PM _2.5）濃度、O₃濃度仍處于高位，秋冬季 PM _2.5污染較為嚴(yán)重，重污染天氣尚未消除，夏季臭氧污染日益凸顯，大氣污染防治工作任重道遠(yuǎn)。

為貫徹落實生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)展改革委等 15 部門《關(guān)于印發(fā)〈深入打好重污染天氣消除、臭氧污染防治和柴油貨車污染治理攻堅戰(zhàn)行動方案〉的通知》（環(huán)大氣〔2022〕68號）和《中共四川省委 四川省人民政府關(guān)于深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，持續(xù)深入打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，著重打好重污染天氣消除、臭氧污染防治、柴油貨車污染治理三個標(biāo)志性戰(zhàn)役，解決人民群眾關(guān)心的突出大氣環(huán)境問題，持續(xù)改善空氣質(zhì)量。2023年4月11日，四川省生態(tài)環(huán)境廳等17部門聯(lián)合印發(fā)了《四川省深入打好重污染天氣消除、臭氧污染防治和柴油貨車污染治理攻堅戰(zhàn)實施方案》。主要目標(biāo)是：到2025年，全省重度及以上污染天氣基本消除，PM _2.5和臭氧協(xié)同控制取得積極成效，臭氧濃度增長趨勢得到有效遏制，柴油貨車污染治理水平顯著提高，移動源大氣主要污染物排放總量明顯下降。全省地級及以上城市PM _2.5平均濃度控制在29.5微克每立方米以內(nèi)，空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比率達(dá)到92%，重污染天數(shù)比率控制在 0.1%以內(nèi)。各市（州） 完成省上下達(dá)的“十四五”空氣質(zhì)量控制目標(biāo)。

1. 全省空氣質(zhì)量情況

四川省，介于東經(jīng)97°21—108°31和北緯26°03—34°19之間,地形復(fù)雜多樣。以龍門山—大涼山一線為界，東部為四川盆地及盆緣山地，西部為川西高山高原及川西南山地。山地、高原和丘陵約占全省土地面積的97.46％，除四川盆地底部的平原和丘陵外，大部分地區(qū)嶺谷高差均在500米以上。地表起伏之懸殊，在中國僅西藏、新疆可比。

成都市，地處四川盆地的西部，是川西北高原向四川盆地過渡的地帶，屬于亞熱帶潤濕季風(fēng)氣候。成都地處盆地之中，常年最多的風(fēng)向是靜風(fēng)，風(fēng)速較小，靜風(fēng)頻率高，空氣滾動較慢，大氣環(huán)境中的固體顆粒物，長時間分散不走，造成局部的濃度很高，成為了環(huán)境污染主要的問題。

從《2022年四川省生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計公報》來看，全省21個市(州）政府所在地城市環(huán)境空氣質(zhì)量平均優(yōu)良天數(shù)率為89.3%，重污染天數(shù)平均為0.3天。

全省21個市(州）政府所在地城市臭氧（O₃）日最大8小時值第90百分位濃度為144微克/立方米，同比上升13.4%。成都市、自貢市、德陽市、宜賓市、眉山市5個城市超標(biāo)，占23.8%，超標(biāo)倍數(shù)為0.01～0.13倍。

從《2022年成都市生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計公報》來看，成都市在廢氣中VOCs排放量為78023.91噸。其中，工業(yè)源、生活源和機(jī)動車排放量分別為22910.72噸、25545.34噸、29567.85噸。

大氣中的VOCs是產(chǎn)生臭氧的重要前體物之一，其濃度的大小和反應(yīng)活性的強(qiáng)弱會對臭氧的生成和濃度水平產(chǎn)生重要影響。這是因為VOCs具有光化學(xué)活性，在陽光的作用下與 NO_x反應(yīng)可產(chǎn)生O₃污染并形成二次氣溶膠（二次氣溶膠是PM_2.5的重要組成），所以控制 VOCs 的排放將有利于降低O₃和PM_2.5的濃度，減少污染發(fā)生。

1. VOCs治理難題

VOCs 治理復(fù)雜，技術(shù)多樣，但借助活性炭的物理吸附治理方法由于前期投入小、見效快、適用性強(qiáng)等優(yōu)點，是現(xiàn)階段應(yīng)用頻率較高的一種治理VOCs 的方式。特別是對VOCs的排放濃度低、排放面廣、污染源分散的企業(yè)，活性炭吸附的方法是首選。

1. 活性炭使用存在的問題

（節(jié)選自四川省環(huán)境政策研究與規(guī)劃院等編制的《工業(yè)有機(jī)廢氣治理活性炭使用管理手冊》）

（1）活性炭吸附設(shè)施設(shè)計不合理。

一是活性炭未按要求足量填充，與實際污染物處理需要不匹配；二是企業(yè)配備風(fēng)機(jī)風(fēng)量較大，炭箱橫截面積較小，氣體流速不符合設(shè)計規(guī)范要求，導(dǎo)致廢氣不能有效吸收處理；三是蜂窩活性炭裝填方式錯誤，過濾棉（網(wǎng)）和活性炭安裝位置顛倒，廢氣中的顆粒物未能得到預(yù)處理，影響活性炭吸附效果。

（2）活性炭更換周期太長。

活性炭更換周期由活性炭填充量、動態(tài)吸附量、風(fēng)量、VOCs 削減濃度和設(shè)備運行時間決定。其中，活性炭填充量與更換周期成正比，風(fēng)量、VOCs 進(jìn)氣濃度和設(shè)備運行時間與更換周期成反比，活性炭填充量越少，風(fēng)量和VOCs 進(jìn)氣濃度越大，更換周期越短。大部分企業(yè)活性炭填充量較小而風(fēng)量較大，根據(jù)公式測算，僅一個星期便需要更換，而絕大多數(shù)企業(yè)實際更換周期為3 個月及以上，導(dǎo)致多數(shù)時間內(nèi)活性炭吸附設(shè)施形同虛設(shè)。

（3）活性炭使用存在以次充好。

企業(yè)購買使用低碘值劣質(zhì)活性炭、活性炭棉和蜂窩炭充當(dāng)活性炭使用、炭箱未規(guī)范填充、填充夾層過小。

（4）廢棄活性炭未進(jìn)行危廢申報登記等。

1. 產(chǎn)生這些問題的主要原因

活性炭使用為什么會存在這些問題呢？原因可能有以下幾種：

1. 中小企業(yè)在VOCs治理方面沒有專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)，對選擇、使用、更換活性炭方面缺乏相關(guān)認(rèn)知；

2. 中小企業(yè)由于沒有安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，對VOCs治理的效果是否達(dá)標(biāo)不夠關(guān)注；

3. 中小企業(yè)采購活性炭價格偏貴，換炭工序較復(fù)雜，無形中增加了企業(yè)更換活性炭的難度。

只有幫助企業(yè)解決了問題，才能領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)更好的治理VOCs。那怎么幫助企業(yè)解決問題呢？——分散使用，集中再生的“綠島”模式，應(yīng)運而生。

1. 活性炭“綠島”模式內(nèi)容

《2020年揮發(fā)性有機(jī)物治理攻堅方案》指出，“推進(jìn)工業(yè)園區(qū)和企業(yè)集群建設(shè)涉VOCs治理活性炭‘綠島’項目，統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)一批活性炭集中處理中心、集中涂裝中心、溶劑回收中心等，實現(xiàn) VOCs集中高效處理?！薄端拇ㄊ∩钊氪蚝弥匚廴咎鞖庀?、臭氧污染防治和柴油貨車污染治理攻堅戰(zhàn)實施方案》也明確指出，“加快建設(shè)涉VOCs‘綠島’項目?！薄拔絼┦褂昧看蟮牡貐^(qū)，建設(shè)吸附劑集中再生中心，同步完善吸附劑規(guī)范采購、統(tǒng)一收集、集中再生的管理體系”，結(jié)合政府、企業(yè)、社會等因素，成都華域環(huán)保有限公司正式倡導(dǎo)和提出活性炭“綠島”模式，具體內(nèi)容如下：

活性炭“綠島”模式是“高品質(zhì)活性炭吸附+活性炭集中再生+物聯(lián)網(wǎng)全過程管控”的管理模式，具體操作是：企業(yè)采用活性炭吸附凈化VOCs，再生企業(yè)“以舊換新”集中回收廢活性炭并再生，監(jiān)管部門可基于物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)全過程管控，形成分散吸附集中再生的VOCs綜合治理模式。如下圖：

活性炭“綠島”項目可以堅持“政府引導(dǎo)、集約建設(shè)、共享治污”的建設(shè)原則和“市場主導(dǎo)、專業(yè)運營、受益付費”的運行原則，結(jié)合“散亂污”企業(yè)整治、城市環(huán)境綜合整治、面源污染治理等工作，統(tǒng)籌推進(jìn)“綠島”項目建設(shè)，在部分工業(yè)園區(qū)、集聚區(qū)建設(shè)“供炭-換炭-再生”一體化環(huán)保服務(wù)，切實幫助中小企業(yè)解決治污難題、降低治污成本。

五、活性炭“綠島”可行性分析

1. 集中收集的可行性

活性炭“綠島”一般可以依托園區(qū)或工業(yè)集中區(qū)建設(shè)，這樣能很好的解決中小企業(yè)活性炭使用中供炭、更換、運輸?shù)荣M用高的問題，同時也可以減少處置企業(yè)的費用，能很好的實現(xiàn)“分散吸附，集中再生”。

1. 再生工藝的可行性

目前，國內(nèi)現(xiàn)有的廢活性炭再生工藝主要包括高溫法、生物法和化學(xué)法、濕式氧化法、溶劑再生法、電化學(xué)再生法、催化濕式氧化法等。其中加熱再生法是應(yīng)用最多，工業(yè)上最成熟的活性炭再生方法。

加熱再生過程是利用吸附飽和活性炭中的吸附質(zhì)能夠在高溫下從活性炭孔隙中解吸的特點，使吸附質(zhì)在高溫下解吸，從而使活性炭原來被堵塞的孔隙打開，恢復(fù)其吸附性能。施加高溫后，分子振動能增加，改變其吸附平衡關(guān)系，使吸附質(zhì)分子脫離活性炭表面進(jìn)入氣相。

成都華域環(huán)保有限公司針對回收利用的廢活性炭類型和物料特性，并結(jié)合目前國內(nèi)同類廢活性炭回收利用企業(yè)所采用再生工藝的經(jīng)驗教訓(xùn)，采用“預(yù)處理+配伍+多段爐/管式間接加熱再生+二燃室+余熱鍋爐+煙氣處理系統(tǒng)”的方法對廢活性炭進(jìn)行綜合回收利用。

表1     廢活性炭再生工藝與其它企業(yè)比較

需要說明的是，本項目與國內(nèi)同類企業(yè)采用工藝相同，其主要區(qū)別為再生設(shè)備的不同，主要是考慮到采用傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯都無法保證粉狀廢活性炭的很好的活化效果，如回收率低、碳損失大、煙氣通道堵塞嚴(yán)重，因此項目采用多段爐進(jìn)行活化。

綜上可以看出，本項目廢活性炭再生利用工藝，選用目前國內(nèi)同類企業(yè)已使用成熟技術(shù)。因此，項目廢活性炭再生利用工藝合理、可行。

六、活性炭“綠島”的效益分析

1. 環(huán)境減排效益

活性炭“綠島” 建設(shè)對粉塵、 VOCs排放可以起到較大的減排作用。 以一家年噴涂1000萬件（套）小型家具企業(yè)為例，“綠島”項目每年可削減粉塵排放近800t、削減VOCs排放近150 t，減少危險廢物產(chǎn)生量200t，減少碳排放800t。

1. 環(huán)境管理效益

活性炭“綠島”項目的環(huán)境管理相對于分散的中小型家具企業(yè)更加精準(zhǔn)， 更加有利于環(huán)境管理部門對企業(yè)的監(jiān)督。同時工業(yè)“綠島”按要求均要建設(shè)廢氣排放的在線監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)及污染防治設(shè)施用電監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)管更加的智能化和全方位化，可有效避免偷排偷放現(xiàn)象。

1. 經(jīng)濟(jì)效益

以活性炭消耗為1t/次的企業(yè)為例，第一次購買800碘值顆粒炭1t為9500元（含稅含運費），使用3個月后更換，需支付處置危廢的費用為3300元（危廢處置費為3000元/t，活性炭吸附后重量增加到1.1t），一年更換4次，綜合費用為51200元。

如果使用活性炭“綠島”模式，同樣活性炭消耗為1t/次的企業(yè)，第一次購買800碘值顆粒炭1t為9500元（含稅含運費），使用3個月后“以舊換新”，不用支付危廢處置費，同樣800碘值顆粒炭1t為6525元（再生炭85%，新炭15%），一年更換4次，綜合費用為29075元。

比較兩種方式，“綠島”模式每年就VOCs 治理費用可為企業(yè)節(jié)約43.21%。如果長期循環(huán)實施下去，“綠島”模式為企業(yè)節(jié)約費用更多。

1. 社會效益

通過建設(shè)“綠島”項目可以從根本上解決小企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染糾紛和環(huán)境信訪難題，保證企業(yè)的正常生產(chǎn)，保障群眾的環(huán)境權(quán)益。

七、活性炭“綠島”模式落實措施

1、高品質(zhì)活性炭吸附

高品質(zhì)活性炭是治理效果的重要前提。當(dāng)前市面上活性炭種類繁多、品質(zhì)參差不齊，而且存在大量以次充好，很多企業(yè)自主采購后都買到“假炭”。蜂窩炭雖有風(fēng)阻小的優(yōu)勢，但停留時間不夠、碘值低、“假炭”高達(dá)90%以上，廢氣處理效果難以達(dá)到，也不利于后續(xù)回收再生。

我們能以區(qū)域或化工園區(qū)為工作范圍，集中回收廢活性炭，同時集中為企業(yè)提供、更換高品質(zhì)活性炭。

在做活性炭“綠島”項目時，我們可根據(jù)企業(yè)不同情況，分別處理：

1. 之前使用蜂窩炭的企業(yè)：回收-供炭-改箱

將廢蜂窩活性炭采用回收填埋處理，再統(tǒng)一提供直徑4mm，堆密度0.45g/mL，碘吸附值不低于800mg/g（或四氯化碳吸附率不低于60%）的顆粒型活性炭，并幫助企業(yè)統(tǒng)一改良活性炭箱（內(nèi)襯隔孔徑為2.8mm的網(wǎng)，防止掉落）。

1. 之前使用顆粒炭的企業(yè)：回收-供炭

檢測廢活性炭的碘值、灰分等，再根據(jù)檢測結(jié)果分析處理方式，再統(tǒng)一提供直徑4mm，堆密度0.45g/mL，碘吸附值不低于800mg/g（或四氯化碳吸附率不低于60%）的顆粒型活性炭。

2、廢活性炭集中再生

將回收的廢活性炭集中再生，“集中”有利于降低再生成本，“再生”可以實現(xiàn)活性炭資源的循環(huán)利用，減少炭排放。

3、物聯(lián)網(wǎng)全過程管控

建立活性炭全過程治理監(jiān)管平臺，打造活性炭設(shè)施管理、活性炭設(shè)施改造、活性炭更換、廢活性炭再生的數(shù)字化全業(yè)務(wù)體系，實時關(guān)注企業(yè)VOCs處理效果，及時為企業(yè)提供換炭服務(wù)，同時可與屬地固體廢物監(jiān)管信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)比對分析，掌握廢活性炭的產(chǎn)生和處置情況。

推行活性炭“碳箱碼”管理，根據(jù)企業(yè)活性炭設(shè)施的管理水平、管理效果和環(huán)境風(fēng)險狀況進(jìn)行綜合評估，實時進(jìn)行紅、橙、黃、綠四色賦碼，實施精準(zhǔn)分級監(jiān)管。實現(xiàn)設(shè)施運行智慧化監(jiān)管，最終完美打造“感知—更換—運輸—再生—回用”全過程循環(huán)的“綠島”模式，達(dá)到循環(huán)利用、有效管理的目的。

八、活性炭“綠島”的具體實施步驟

針對現(xiàn)在市場低迷，中小企業(yè)生存壓力大，空氣污染又比較突出問題，建議該方案的分兩期進(jìn)行。一期：主要任務(wù)是立足現(xiàn)狀，改造設(shè)備，安裝必要的檢測儀表，建立“綠島”網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)“本土化”的活性炭綠島；二期：主要任務(wù)是安裝在線監(jiān)測，完善”綠島“網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)完備的活性炭物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)更換活性炭，現(xiàn)實活性炭綠島的完善運行。具體實施步驟如下：

一期：

→利用“炭箱碼”小程序，搭建活性炭循環(huán)利用平臺

搭建平臺

→收集企業(yè)需求和現(xiàn)場實際情況，按規(guī)范改造不合規(guī)的活性炭箱，并安裝溫度、濕度、壓力、濃度等儀表

改造炭箱

→用合格的顆粒活性炭替代原有舊炭進(jìn)行科學(xué)裝填

更換新炭

→          →給活性炭箱賦碼，提醒下次換炭時間

賦碼跟蹤

→廢活性炭定點再生

定點再生

→再生后合格活性炭回用

資源回用

二期：

→安裝標(biāo)準(zhǔn)化炭箱裝置，統(tǒng)一活性炭更換填裝方式

統(tǒng)一炭箱

→研究活性炭吸附性能，同類工況，統(tǒng)一用炭；不同工況，區(qū)別用炭

科學(xué)用炭

→給每個排口安裝實時在線檢測設(shè)備，遠(yuǎn)傳采集數(shù)據(jù)

在線檢測

→          →把企業(yè)數(shù)據(jù)與政府監(jiān)管平臺聯(lián)通，隨時接受監(jiān)管

平臺優(yōu)化

→將在線數(shù)據(jù)與企業(yè)填報數(shù)據(jù)對照，優(yōu)化管理

數(shù)據(jù)分析

→不斷完善平臺，分析數(shù)據(jù)，升級管理

管理升級

九、“綠島”實例

1、2020年寧波模式作為“綠島”模式之一（ 溶劑回收中心），得到生態(tài)環(huán)境部和中國環(huán)境科學(xué)研究院的重視和推薦

2、2022年2月江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司打造餐飲油煙綜合治理“綠島”典型案例

3、2022年2月，天臺縣構(gòu)建“綠島”治理新模式，助企紓困

4、2022年4月，建成宜興市首個汽修噴涂“綠島”

5、2023年2月，陜西省首創(chuàng)VOCs“綠島”共享噴涂中心“體檢合格”

6、2023年5月，格瑞德環(huán)保科技公司副總經(jīng)理張迎佳首先對環(huán)?？萍脊揪G島模式發(fā)展情況進(jìn)行介紹。該模式歷經(jīng)三年上百個項目及多個工業(yè)園區(qū)項目檢驗，是目前適合中小企業(yè)的揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理模式。