...安裝廢氣治理措施? ——從合規要求與技術可行性等多角度綜合分析

2021-01-09 北極星環保網

北極星大氣網訊:一般工業企業普遍對如下幾個問題存在困惑:

存放揮發性有機廢液的危廢庫要不要安裝廢氣治理措施?

不處理就達標的廢氣要不要收集和處理?

環評或審批要求活性炭處理效率達90%是否合理?

安全讓通風、健康讓換氣、環保讓密閉,到底哪個姿勢才對?

…… 諸如此類的以上問題,因為一直沒有清晰明了的答案,對企業、環評單位、以及主管機構造成了一定困擾。從環境保護的角度,嚴格要求似乎沒有錯,但是從兼顧經濟與社會效益的角度,似乎又不妥。如上環境治理產生的環境效益到底有多大呢,這些要求是否強制呢?今天馬哥跟大家一起詳細討論一下這些問題。篇幅所限,今天重點討論第一個問題:廢庫該不該安裝廢氣治理措施,其它幾個問題文中會或多或少提及。

危廢庫加裝廢氣治理措施的主要依據來自兩個:

1. 大氣汙染防治法第四十五條:產生含揮發性有機物廢氣的生產和服務活動,應當在密閉空間或者設備中進行,並按照規定安裝、使用汙染防治設施;無法密閉的,應當採取措施減少廢氣排放。

2. 《危險廢物貯存汙染控制標準》(GB 18597-2001):6.2 危險廢物貯存設施(倉庫式)的設計原則6.2.2 必須有洩漏液體收集裝置、氣體導出口及氣體淨化裝置。7.9氣體導出口排出的氣體經處理後,應滿足GB16297(大氣綜合排放標準)和GB14554(惡臭標準)的要求。

按照如上文件的要求,危廢庫似乎必須要安裝廢氣治理措施,是這樣嗎?

要回答這個問題,我們深度解讀一下這兩款要求:

一、深度解讀大氣汙染防治法第四十五條

要想深入解讀該條款,需要認識和把握這四個關鍵詞:1.「產生」含揮發性有機物廢氣的,何謂「產生」?2.產生含揮發性有機物廢氣,何謂「揮發性有機物」;3.「密閉」空間或者設備,何謂「密閉」;4.密閉「空間」或者「設備」,何謂「空間」和「設備」?

首先,關於「產生」的定義:很顯然,產生意味著有VOCs的排放。密閉存放的情況顯然不屬於「產生」。有些密閉程度不夠好,但是濃度低於相關標準要求的,也不視為「產生」,比如敞開液面上方100mm處VOCs檢測濃度低於200umol/mol時;再比如設備與管線組件密封點處VOCs檢測濃度低於500umol/mol時【具體參見《揮發性有機物無組織排放控制標準》(GB37822-2019)相關要求】。

其次,關於「揮發性有機物」的定義。顯然,這是指具有一定揮發性的有機物。揮發性如何定?在上海按照《大氣汙染物綜合排放標準》(DB31/933-2015),常溫下飽和蒸氣壓高於10Pa,沸點低於260攝氏度的才算(該標準適用於單質,對於混合物的定義參見《揮發性有機物無組織排放控制標準》(GB37822-2019))。

再次,關於「密閉空間或者設備」的定義:大氣汙染防治法要求的「密閉」,針對的是涉及VOCs的設施設備,而不是作業場所和環境。安全、職業健康與環保三方面的法規對設備密閉方面的要求是完全統一和一致的,因為所有的風險管控核心都是兩個:避免危害物質洩漏,避免危害能量釋放。所以將有毒有害物質控制在「密閉」設備中是符合「本質安全」、「本質健康」與「本質環保」的管控要求的。暨:源頭控制是一切風險管控的根源。

一旦設備的密閉性不夠,或是技術所限不得不存在一定的開放作業,EHS三方面的法規要求也是一致的:在無法密閉的排放環節安裝廢氣收集措施。

但是對於作業環境的要求呢?既然有了源頭控制,以及捕集等過程控制,意味著汙染物在作業環境中的濃度已經非常低,可以採取通風和換氣來保障作業人員的健康與安全。所以通風口不能視為排放口,其性質有本質的不同。此外,通風與換氣也有一定的安全作用,因為一旦設備洩漏,可避免易燃易爆氣體的累積。

顯然,對於危廢庫這類的作業場所,將揮發性有機液體密閉存放(置於密閉的容器中),便可從源頭上解決排放的問題。如此的情況下,還需要加裝廢氣收集和治理措施嗎?很顯然大氣汙染防治法並沒有強制要求。因為揮發性有機廢液如果做到密閉存放,顯然不屬於「產生」揮發性有機廢氣的情形。另外,存放的物質如果不屬於法規標準管控的「揮發性有機物」,也不需要採取相關措施。

此外,危廢庫內屬於「靜止」狀態,揮發的有機氣體並不「流動」,且不是工藝中的持續排放源,加裝吸風裝置反而會加大揮發與排放,這將事與願違。

另外,危廢庫一定要密閉嗎?其實只要存放的廢液做到密閉,危廢庫本身不應該強制密閉,因為基於安全的考慮,密閉會造成可燃氣體的累積,安全隱患很高。推薦的措施是安裝可燃和有毒氣體探測儀以及連鎖控制,在發生洩漏時啟動通風,強制通風。當然,這種設計主要是針對存放大量廢液,且洩漏後存在火災爆炸風險的危廢庫,所有電氣設施還要考慮防爆要求。這類危廢庫在一定程度上等同於危險化學品倉庫,其安全設計也應參考危化品庫的設計。

二、深度解讀危廢貯存標準中設置氣體導出口的要求

按照《危廢貯存標準》,6.2.2必須有洩漏液體收集裝置、氣體導出口及氣體淨化裝置。此處的「氣體導出口」是什麼意思?標準沒有解釋。

查閱相關標準和規範,氣體導出口應該是個專業術語,而不是一般意義上的廢氣收集措施。導出口主要針對和適用於「填埋場」,而不是其他。比如:《生活垃圾填埋場汙染控制標準》(GB16889-2008)5.1 生活來及填埋場應包括下列主要設施:防滲襯層系統、-、填埋氣體導排系統。還有《危險廢物填埋汙染控制標準》(GB18598—2001)(當前已被2019版替代):6.11 填埋場設置排氣系統以排出填埋廢物中可能產生的氣體。

下圖是典型的氣體導出裝置的設計圖,主要應用在填埋場中,將易燃易爆氣體導出,消除潛在的火災爆炸等隱患。而對一般廢氣來說,通常的表述為採取有效的收集和治理措施,而不是「導出」的描述。

由此可見,《危險廢物貯存汙染控制標準》(GB 18597-2001)其本意是針對可能存在易燃易爆有毒有害氣體聚集的情形,比如大量存放漆渣或是沾染VOCs很多的廢料等,可採取「導出」的方式消除風險,但標準並不是要求所有危廢貯存場所的廢氣都收集和處理,因為很多危廢庫可能還存放腐蝕、有毒、感染等其它不涉及VOCs的危廢。

另外,對於VOCs源頭密閉才是根本,只要密閉了,就不屬於產生VOCs排放的情形。危廢庫不分青紅皂白強制要求加裝治理措施的行為其實是舍本求末,本末倒置的。因為低濃度低排放量的VOCs從綜合環境效益角度,可能根本不值得治理(具體見第三節)。環境管理要從本源抓起,不能因為擔心源頭做不好,反而強制要求後端加措施,這樣的管理其社會成本巨大,而且不能從根本上解決問題。源頭密閉這麼簡單的事情都做不好的企業,其後端措施能有效運行?

基於對「不利後果」的擔心就額外增加防範措施,並不符合科學管理的原則,後果思維應該讓位於風險思維。暨基於概率與可行性,基於社會、經濟和環保的綜合效益來思考,便會不失偏頗。(後果思維與風險思維的差異見馬哥說:事故時可以預防的嗎?——風險管控在於預防高風險事件還是嚴重後果事件)

可見,危廢貯存標準並非要求所有的危廢庫都要加裝廢氣收集和治理措施。

總體上危廢庫要不要設置廢氣收集和治理措施,法律法規和標準規範並沒有一刀切,其必要性要基於環境影響評價和風險評價的結論。如果環境影響不能接受,則需要安裝廢氣收集和治理措施。如果風險評價認為存在較大的安全隱患,則有必要採取洩漏檢測、強排風和防爆等要求。

另外探討一個有意思的問題:廢液袋裝存放後置於密閉的桶中,這個桶是否可視為一個滿足貯存標準的危廢貯存設施呢(防風、防雨、防曬、防滲均可滿足)?如果是,桶外危廢庫的具體形式是否可不必深究,不必密閉呢。比如說將這些桶存放在一個半開放的環境裡,這樣既能滿足貯存要求,還可避免洩漏後可燃氣體的累積,是不是一個既滿足環保又滿足安全的有效措施呢?似乎有些500強的外企就是這麼操作的。

三、基於持續消減的要求危廢庫是否需要加裝措施

根據以上分析,法規和標準並未強制要求危廢庫安裝廢氣治理措施。那從持續消減的角度,要求危廢庫增加末端治理措施是否合理呢?我們用數據來分析一下:

假設危廢庫存放各類揮發性有機廢液,存放溫度為25度,存放的有機廢液有四類,分別是:二甲苯、乙酸乙酯、丙酮與某納入標準管控的VOCs物質。假設危廢庫管理不善,密閉不夠,有開放式的液面暴露在空氣中。假設室內風速為0.01m/s(因為室內為靜風狀態),假設暴露的面積分三種情形:情形一為400cm2,即20cmx20cm的情形;情形二為100cm2,即10cmx10cm的情形;情形三位4cm2,即2cmx2cm的情形。存放時間為一天24小時,全年8000小時。

另外,對於標準管控的VOCs物質,假設其飽和蒸氣壓為10Pa,沸點260度(上海地方大氣綜排標準定義的VOCs物質),分子量設為150g/mol。

按照有害物質敞露存放時的揮發量計算,公示如下:

計算結果如下:

根據上表可知,在三種敞開液面情形下,標準管控VOCs物質全年的揮發量分別是1.59kg、0.4kg和0.02kg,根本不值得的治理。

即便揮發性如二甲苯,其全年的揮發量也只有148.8kg、37.2kg和1.49kg,並不值得的管控(某些地區變相豁免300kg/年的VOCs管控,如《廣東省生態環境廳關於做好重點行業建設項目揮發性有機物總量指標管理工作的通知》(粵環發〔2019〕2號)要求:對VOCs排放量大於300公斤/年的新、改、擴建項目,進行總量替代)。

但是,開放式液面的面積對揮發量有很大影響,丙酮在400cm2下暴露一年,排放量可達3t左右。因此危廢庫的廢液必須要密閉存放。對於某些廢液存放量大且貯存不規範的,或是沾染VOCs廢液多且無法密閉的情形,採取有效的收集和治理措施是非常必要,因為其排放量也會很大。

如果敞開液面低於4cm2,即便揮發性高如丙酮,其年排放量也只有30kg,也不值得治理。

可見,基於持續消減的角度,不應該要求全部的危廢庫加裝廢氣治理措施,但對於管理不完善,密閉不好,VOCs排放量大的情形非常有必要。具體可基於環境影響評價,或是VOCs減排方案(一廠一策)等相關要求來判斷。

四、低濃度廢氣治理的「沉沒汙染」

對於沒有「持續排放源」的危廢庫廢氣,如果採取廢氣治理,其綜合環境效益到底如何,是不是會產生沉沒汙染呢?我們來測算一下。

假設危廢庫採用最普遍的活性炭治理措施,該措施產生的沉沒汙染考慮如下幾個方面:

環保設施運營電耗與發電過程產生的「沉沒」汙染

活性炭製造產生的「沉沒」汙染

活性炭運輸和報廢產生的「沉沒」汙染

環保設施所用鋼材製造過程產生的「沉沒」汙染

環保設施運輸過程產生的「沉沒」汙染

治理措施的處理能力,設計風量、功率能耗、所用鋼材重量等基本參數如下表:

註:鋼材厚度按照3mm

此外,為了考慮不同汙染物之間的危害與換算,參考《中華人民共和國環境保護稅法》(2018年1月1日)中各類汙染物的「汙染當量值」。具體如下表:

根據上表,1kg SO2的汙染等同於0.27/0.95 kg二甲苯,等同於25/0.27kg苯乙烯。本次計算以常用的二甲苯和苯乙烯為特徵汙染物進行綜合環境效益分析。

1. 電耗帶來的沉沒汙染

根據2015年中國火電排放清單(HPEC)結果顯示,全國火電CO、VOCs、NOx、SO2、PM10平均排放績效值分別為1.06、0.03、0.32、0.39、0.08g/(kW?h)[1],

註:假設環保設施運行一年8000小時,各類主要汙染物換算為二甲苯和苯乙烯產生量。

[1]崔建升,屈加豹,伯鑫,常象宇,封雪,莫華,李時蓓,趙瑜,朱法華,任陣海.基於在線監測的2015年中國火電排放清單[J].中國環境科學,2018,38(06):2062-2074.

2. 鋼材製造帶來的沉沒汙染

根據寶鋼年產量200萬噸和排汙許可證允許的大氣汙染物排放量計算,生產1kg的碳鋼會排放0.15g顆粒物、0.0075g SO2、0.15g NOx、0.06g VOCs。

3. 活性炭製造、運輸與處置帶來的沉沒汙染

根據2018年《活性炭工業汙染物排放標準(徵求意見稿)》(編制說明),2016年我國活性炭年產量65萬噸, SO2排放量4.43萬噸,NOx排放量0.99萬噸,每生產1kg活性炭會排放0.068kg SO2, ,0.015 kg NOx。

環保設施的運輸過程也會產生汙染物,2017年中國的貨物公路平均運輸距離182公裡,假定運輸距離為200公裡,油耗為60kg/(萬t·km),NO2、SO2和煙塵的排放係數分別為52.2kg/t、4.02kg/t、12.2kg/t。

另外,根據某炭素公司環境影響評價報告書,每活化處理1kg活性炭會產生0.002kg SO2, 0.0023 kg NOx, 0.00018kg VOCs。

4. 計算結果匯總

活性炭廢氣治理措施運行一年產生的各類主要汙染物排放總量如下:

根據上表,處置200kg的VOCs,變相產生50kg左右的二甲苯,以及4563kg的苯乙烯。可見,處置那些低位環境危害的VOCs(如乙醇等),很可能出現「倒掛」現象,環保設施製造、運行和維護產生的沉沒汙染可能高於處置的汙染。

此外,活性炭的處理效率絕不可能高達90%(除非新換的活性炭,且在運營初期),吸附與脫附是個動態平衡過程,活性炭的處理效率達到70%已經是過高估計啦,一般按照50~60%的處理效率較為合適。

除了以上的「沉沒」汙染之外,環保設施全生命周期的其它汙染(如廢水、固廢、重金屬)等尚未計入,大量溫室氣體CO2的排放也未計入。企業的經濟投入、人工投入、設備檢維修與折舊等因素也未納入,對於低濃度低排放來說,綜合的環境效益與社會效益可能是負值。

全國範圍內,因為治理而產生的沉沒汙染不容小覷,低濃度低危害廢氣「過度治理」帶來的後果可能已經非常嚴重,能耗居高不下或有這方面的原因,這一領域需要開展綜合與系統的研究。

根據以上的初步研究,對於不同危害、不同種類的廢氣確實應該有不同的治理目標和管控要求,某些環境危害小的物質應該豁免管控。

需要特別說明的是,苯乙烯的環境危害雖然不大,但它屬於惡臭物質,對人群感官刺激較大,其管控主要根據惡臭汙染物相關排放標準。

此外,建議對低濃度廢氣採取分類和分地域管理。對於環境容量大,環境質量好的區域,比如海南等,只要達標排放便可,可不要求持續消減。對於環境容量低,或是環境質量已經無法滿足達標的區域,必須要展開持續消減,但應對持續消減設置「門檻」。比如排放濃度低於排放標準30%的情形,可不要求進一步消減;排放濃度在標準的30%~60%之間的,開展科學評估,確定是否需要進一步治理;排放濃度在排放標準60%以上的,可採取進一步的汙染物消減措施。

五、VOCs可不收集和治理的情形

根據生態環境部《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》(環大氣〔2019〕53號):企業採取符合國家有關低VOCs含量產品規定的塗料、油墨、膠黏劑等,排放濃度穩定達標且排放速率、排放績效滿足相關規定的,相應生產工序可不要求建設末端治理設施。使用的原輔材料VOCs含量(質量比)低於10%的工序,可不要求採取無組織排放收集措施。

該規定有兩方面的要求:首先原輔材料應是符合國家有關低VOCs含量產品規定的塗料、油墨、膠黏劑等;其次是排放濃度穩定達標且排放速率、排放績效滿足相關規定,兩方面都符合要求的生產工序,可不要求建設收集與末端治理設施。

另外,原輔材料VOCs含量(質量比)低於10%的工序,也不要求採取無組織排放收集措施。

六、為何要進行無組織排放管控

之所以制定無組織排放控制標準,意圖就是控制某些汙染物在廠區內與廠界處的濃度,以判斷對外環境的影響是否可以接受。畢竟有些廢氣無法做到100%的收集和處理,通過無組織排放口的監控來限定其對外環境的影響是非常合理的。如果不管控廠界和廠區內的無組織排放,企業可能會人為的減少廢氣的捕集率來確保排氣筒濃度達標,所以企業的有組織排放與無組織排放都要監控。(什麼是無組織排放,請見馬哥說:如何規避「無組織排放」法規風險?——無組織排放的準確定義與管控要求)

只要做到無組織排放滿足管控要求,言外之意某些不可避免的無組織排到行為是可以接受的。畢竟受科學技術水平所限,以及經濟、社會與環境效益的綜合平衡與制約,要求100%的收集效率是不科學的,過高的收集效率意味著過高的能耗,且進氣濃度被大大稀釋,可能不利於後道的治理。

對於廢氣治理,多少的捕集率才是最科學最合理的呢?期待有行業人士給出專業分析。

七、主要結論

1.危廢庫中廢液的源頭密閉是「本」,後端加措施是「末」,企業的環境管理切莫本末倒置;

2.環保、健康與安全在設備密閉方面的要求是一致的,這也是唯一正確的「姿勢」:避免危害物質洩漏與逸散,是EHS統一的要求;

3. 使用低VOCs含量原輔材料是最大的減排、最大的環保;

4.基於持續消減的角度,只有對於危害大,且源頭密閉不到位的情形下,危廢庫末端才值得安裝治理措施;

5.環保措施的生產製造和運行維護會產生「沉沒汙染」,環境效益與社會效益和經濟效益的綜合平衡需要科學論斷;

6.「節能」與「減排」需要平衡,追求綜合的環境效益才能有效創造社會價值、促進生態文明建設。

7.對於不同危害、不同種類的廢氣確實應該有不同的治理目標和管控要求,某些環境危害小的物質應該豁免管控;

8.不同環境本底的情況應該有不同的持續消減要求,對於持續消減的比例和基準建議設定限值,以避免過度治理現象的發生。

其它行業或其它低濃度低排放的情形,是否值得治理呢?對於不同危害的廢氣,多少的捕集率才是最科學最合理的呢?尚待進一步研究。歡迎專業人士投稿「馬哥說」討論!

最後感慨一下:以上的分析內容如果寫到環評裡並給出結論和建議,應該是非常好的。但是這些內容卻不是環評導則所要求的,以致於無法下筆。嚴格按導則編制報告,已成為行業共識,哪怕是不符合科學常識的內容。導則到底是幫了環評,還是害了環評?亦或是行業人士誤解了導則的本意?環評制度的改革已箭在弦上不得不發!

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    【能源人都在看,點擊右上角加'關注'】北極星大氣網訊:摘要:介紹了電鍍生產工藝過程中產生廢氣汙染物的種類以及末端減少汙染物排放的基本途徑,分析了各類汙染物的常用淨化處理方法與應用實例,供開展電鍍工藝廢氣治理的人員交流探討。
  • 甲醇罐區無組織揮發性有機廢氣治理工藝研究
    甲醇罐區作為工廠的危險源在廢氣治理過程中存在其特殊的安全要求和特殊的工藝要求,該公司技術人員結合多年的化工生產經驗和環保治理經驗,研究出一套獨特的有針對性的處理工藝。甲醇罐區為甲醇的存儲區域,主要的無組織排放源為甲醇罐的呼吸閥或透氣孔,作為廠區的危險源其周圍區域為防爆區,對於廢氣處理設備和工藝選擇有著嚴格的要求,該公司根據甲醇的物理化學特性和罐區高標準防爆特性研究出甲醇罐區無組織揮發性有機廢氣治理的處理工藝。
  • 國內工業VOCs廢氣治理的現狀及發展
    國內工業VOCs廢氣治理的現狀及發展北極星VOCs在線訊:摘要:對現階段我國工業VOCs廢氣治理的主要工藝進行了分析和探討,並在此基礎提出了工業廢氣治理VOCs工藝的有效選擇策略,希望能夠為我國今後工業廢氣治理水平的提升提供幫助。
  • 關於低濃度廢氣及無組織廢氣治理 專家這樣說
    北極星VOCs在線訊:目前凹印VOCs治理市場、技術、標準等都在不斷發生變化,特別是對於治理工藝的選擇、無組織管控以及是否餘熱回用於生產等,市場上還多有分歧,尚未達成業界共識。本文整理了目前凹印廢氣的主流治理技術及其相關的一些看法,其中涉及到凹印風量、濃度、上墨量、安全、達標、熱量、烘乾、印機設計等,內容比較亂,但目的是想從技術層面和大家交流分享,如有不妥,敬請指正。