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

隨著中國工業化和城市化的快速發展，大氣污染物的排放問題已經引起人們的普遍關注，而我國的污染狀況也由傳統的煤煙型污染轉向由光化學煙霧和霧霾引起的復合型空氣污染，這些污染以臭氧(O₃ )和細顆粒物(PM_2.5 )含量高為特征， 已經成為中國許多城市和地區最嚴重的環境污染問題之一。這種復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量，也嚴重影響著人民群眾的身體健康。

我國的O₃超標現象較為普遍，尤其是在夏季和秋季，O₃已經超越顆粒物成為首要污染物，其主要原因是夏秋季節日照充足，氣溫較高，給O₃的化學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， 我國加大了對環境保護的力度， 建立健全了環保的法制， 2017 年 9 月13 日，國家環保部印發了《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》， 明確指出全面加強揮發性有機物污染防治工作，強化重點地區、重點行業、 重點污染物的減排，提高管理的科學性、針對性和有效性，遏制 O₃上升勢頭， 促進環境空氣質量持續改善； 2018 年10月26日新修訂的《中華人民共和國大氣污染防治法》明確指出要加強揮發性有機物、氮氧化物、顆粒物等大氣污染物的協同控制，標志著我國正逐步將 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則》《四川省打贏藍天保衛戰實施方案》，我省環境空氣質量明顯改善，人民群眾藍天幸福感、獲得感顯著增強。但重點城市、 重點領域大氣污染問題仍然突出，部分市（州）細顆粒物（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。

為貫徹落實生態環境部、國家發展改革委等 15 部門《關于印發〈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行動方案〉的通知》（環大氣〔2022〕68號）和《中共四川省委 四川省人民政府關于深入打好污染防治攻堅戰的實施意見》，持續深入打好藍天保衛戰，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志性戰役，解決人民群眾關心的突出大氣環境問題，持續改善空氣質量。2023年4月11日，四川省生態環境廳等17部門聯合印發了《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實施方案》。主要目標是：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，空氣質量優良天數比率達到92%，重污染天數比率控制在 0.1%以內。各市（州） 完成省上下達的“十四五”空氣質量控制目標。

1. 全省空氣質量情況

四川省，介于東經97°21—108°31和北緯26°03—34°19之間,地形復雜多樣。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氣候。成都地處盆地之中，常年最多的風向是靜風，風速較小，靜風頻率高，空氣滾動較慢，大氣環境中的固體顆粒物，長時間分散不走，造成局部的濃度很高，成為了環境污染主要的問題。

從《2022年四川省生態環境統計公報》來看，全省21個市(州）政府所在地城市環境空氣質量平均優良天數率為89.3%，重污染天數平均為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，占23.8%，超標倍數為0.01～0.13倍。

從《2022年成都市生態環境統計公報》來看，成都市在廢氣中VOCs排放量為78023.91噸。其中，工業源、生活源和機動車排放量分別為22910.72噸、25545.34噸、29567.85噸。

大氣中的VOCs是產生臭氧的重要前體物之一，其濃度的大小和反應活性的強弱會對臭氧的生成和濃度水平產生重要影響。這是因為VOCs具有光化學活性，在陽光的作用下與 NO_x反應可產生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，減少污染發生。

1. VOCs治理難題

VOCs 治理復雜，技術多樣，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、適用性強等優點，是現階段應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，活性炭吸附的方法是首選。

1. 活性炭使用存在的問題

（節選自四川省環境政策研究與規劃院等編制的《工業有機廢氣治理活性炭使用管理手冊》）

（1）活性炭吸附設施設計不合理。

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；二是企業配備風機風量較大，炭箱橫截面積較小，氣體流速不符合設計規范要求，導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）和活性炭安裝位置顛倒，廢氣中的顆粒物未能得到預處理，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、動態吸附量、風量、VOCs 削減濃度和設備運行時間決定。其中，活性炭填充量與更換周期成正比，風量、VOCs 進氣濃度和設備運行時間與更換周期成反比，活性炭填充量越少，風量和VOCs 進氣濃度越大，更換周期越短。大部分企業活性炭填充量較小而風量較大，根據公式測算，僅一個星期便需要更換，而絕大多數企業實際更換周期為3 個月及以上，導致多數時間內活性炭吸附設施形同虛設。

（3）活性炭使用存在以次充好。

企業購買使用低碘值劣質活性炭、活性炭棉和蜂窩炭充當活性炭使用、炭箱未規范填充、填充夾層過小。

（4）廢棄活性炭未進行危廢申報登記等。

1. 產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. 中小企業在VOCs治理方面沒有專業的技術指導，對選擇、使用、更換活性炭方面缺乏相關認知；

2. 中小企業由于沒有安裝在線監測系統，對VOCs治理的效果是否達標不夠關注；

3. 中小企業采購活性炭價格偏貴，換炭工序較復雜，無形中增加了企業更換活性炭的難度。

只有幫助企業解決了問題，才能領導企業更好的治理VOCs。那怎么幫助企業解決問題呢？——分散使用，集中再生的“綠島”模式，應運而生。

1. 活性炭“綠島”模式內容

《2020年揮發性有機物治理攻堅方案》指出，“推進工業園區和企業集群建設涉VOCs治理活性炭‘綠島’項目，統籌規劃建設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 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實施方案》也明確指出，“加快建設涉VOCs‘綠島’項目?！薄拔絼┦褂昧看蟮牡貐^，建設吸附劑集中再生中心，同步完善吸附劑規范采購、統一收集、集中再生的管理體系”，結合政府、企業、社會等因素，成都華域環保有限公司正式倡導和提出活性炭“綠島”模式，具體內容如下：

活性炭“綠島”模式是“高品質活性炭吸附+活性炭集中再生+物聯網全過程管控”的管理模式，具體操作是：企業采用活性炭吸附凈化VOCs，再生企業“以舊換新”集中回收廢活性炭并再生，監管部門可基于物聯網實現全過程管控，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、集約建設、共享治污”的建設原則和“市場主導、專業運營、受益付費”的運行原則，結合“散亂污”企業整治、城市環境綜合整治、面源污染治理等工作，統籌推進“綠島”項目建設，在部分工業園區、集聚區建設“供炭-換炭-再生”一體化環保服務，切實幫助中小企業解決治污難題、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”一般可以依托園區或工業集中區建設，這樣能很好的解決中小企業活性炭使用中供炭、更換、運輸等費用高的問題，同時也可以減少處置企業的費用，能很好的實現“分散吸附，集中再生”。

1. 再生工藝的可行性

目前，國內現有的廢活性炭再生工藝主要包括高溫法、生物法和化學法、濕式氧化法、溶劑再生法、電化學再生法、催化濕式氧化法等。其中加熱再生法是應用最多，工業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能夠在高溫下從活性炭孔隙中解吸的特點，使吸附質在高溫下解吸，從而使活性炭原來被堵塞的孔隙打開，恢復其吸附性能。施加高溫后，分子振動能增加，改變其吸附平衡關系，使吸附質分子脫離活性炭表面進入氣相。

成都華域環保有限公司針對回收利用的廢活性炭類型和物料特性，并結合目前國內同類廢活性炭回收利用企業所采用再生工藝的經驗教訓，采用“預處理+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”的方法對廢活性炭進行綜合回收利用。

表1     廢活性炭再生工藝與其它企業比較

需要說明的是，本項目與國內同類企業采用工藝相同，其主要區別為再生設備的不同，主要是考慮到采用傳統回轉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、煙氣通道堵塞嚴重，因此項目采用多段爐進行活化。

綜上可以看出，本項目廢活性炭再生利用工藝，選用目前國內同類企業已使用成熟技術。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. 環境減排效益

活性炭“綠島” 建設對粉塵、 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，減少危險廢物產生量200t，減少碳排放800t。

1. 環境管理效益

活性炭“綠島”項目的環境管理相對于分散的中小型家具企業更加精準， 更加有利于環境管理部門對企業的監督。同時工業“綠島”按要求均要建設廢氣排放的在線監控系統、生產及污染防治設施用電監控系統，監管更加的智能化和全方位化，可有效避免偷排偷放現象。

1. 經濟效益

以活性炭消耗為1t/次的企業為例，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，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 治理費用可為企業節約43.21%。如果長期循環實施下去，“綠島”模式為企業節約費用更多。

1. 社會效益

通過建設“綠島”項目可以從根本上解決小企業在生產過程中產生的污染糾紛和環境信訪難題，保證企業的正常生產，保障群眾的環境權益。

七、活性炭“綠島”模式落實措施

1、高品質活性炭吸附

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

我們能以區域或化工園區為工作范圍，集中回收廢活性炭，同時集中為企業提供、更換高品質活性炭。

在做活性炭“綠島”項目時，我們可根據企業不同情況，分別處理：

1. 之前使用蜂窩炭的企業：回收-供炭-改箱

將廢蜂窩活性炭采用回收填埋處理，再統一提供直徑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，并幫助企業統一改良活性炭箱（內襯隔孔徑為2.8mm的網，防止掉落）。

1. 之前使用顆粒炭的企業：回收-供炭

檢測廢活性炭的碘值、灰分等，再根據檢測結果分析處理方式，再統一提供直徑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”可以實現活性炭資源的循環利用，減少炭排放。

3、物聯網全過程管控

建立活性炭全過程治理監管平臺，打造活性炭設施管理、活性炭設施改造、活性炭更換、廢活性炭再生的數字化全業務體系，實時關注企業VOCs處理效果，及時為企業提供換炭服務，同時可與屬地固體廢物監管信息系統數據比對分析，掌握廢活性炭的產生和處置情況。

推行活性炭“碳箱碼”管理，根據企業活性炭設施的管理水平、管理效果和環境風險狀況進行綜合評估，實時進行紅、橙、黃、綠四色賦碼，實施精準分級監管。實現設施運行智慧化監管，最終完美打造“感知—更換—運輸—再生—回用”全過程循環的“綠島”模式，達到循環利用、有效管理的目的。

八、活性炭“綠島”的具體實施步驟

針對現在市場低迷，中小企業生存壓力大，空氣污染又比較突出問題，建議該方案的分兩期進行。一期：主要任務是立足現狀，改造設備，安裝必要的檢測儀表，建立“綠島”網絡，實現“本土化”的活性炭綠島；二期：主要任務是安裝在線監測，完善”綠島“網絡，實現完備的活性炭物聯網系統，根據物聯網系統采集的數據更換活性炭，現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，搭建活性炭循環利用平臺

搭建平臺

→收集企業需求和現場實際情況，按規范改造不合規的活性炭箱，并安裝溫度、濕度、壓力、濃度等儀表

改造炭箱

→用合格的顆?；钚蕴刻娲信f炭進行科學裝填

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：

→安裝標準化炭箱裝置，統一活性炭更換填裝方式

統一炭箱

→研究活性炭吸附性能，同類工況，統一用炭；不同工況，區別用炭

科學用炭

→給每個排口安裝實時在線檢測設備，遠傳采集數據

在線檢測

→          →把企業數據與政府監管平臺聯通，隨時接受監管

平臺優化

→將在線數據與企業填報數據對照，優化管理

數據分析

→不斷完善平臺，分析數據，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），得到生態環境部和中國環境科學研究院的重視和推薦

2、2022年2月江蘇省環境工程技術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VOCs“綠島”共享噴涂中心“體檢合格”

6、2023年5月，格瑞德環?？萍脊靖笨偨浝韽堄咽紫葘Νh?？萍脊揪G島模式發展情況進行介紹。該模式歷經三年上百個項目及多個工業園區項目檢驗，是目前適合中小企業的揮發性有機廢氣治理模式。