生物法在有機廢氣VOCs處理中的碳減排作用

隨著國家“雙碳”政策的落地，即2030年實現(xiàn)碳達峰，2060年實現(xiàn)碳中和，為推進“3060”雙碳目標(biāo)，在VOCs高效治理的同時必須兼顧碳減排。目前處理效率比較高的治理方式為熱力氧化或焚燒技術(shù)，然而處理過程中會消耗電力特別是天然氣，會增加企業(yè)碳排放。
生物法因其可以利用有機污染物進行同化作用，將污染物轉(zhuǎn)化為自身的細胞體從而將污染物固定下來，而非全部釋放至外部環(huán)境中，因此在VOCs治理工藝中具備固碳、減碳潛力。下文我們將通過碳的常規(guī)核算方法、燃燒法的碳排放量、生物法的工藝原理以及它在VOCs處理中發(fā)揮的碳減排作用等幾部分進行闡述。
1、 碳的核算方法
碳排放源主要包括：燃料燃燒排放、過程排放、凈購入的電力和熱力消費引起的CO2排放，若產(chǎn)生的附加值產(chǎn)品或CO2可進行回收，則在核算碳排放量時應(yīng)扣除此回收部分的碳值。計算公式為：

式中：
EGHG為企業(yè)溫室氣體排放總量，單位為噸CO2當(dāng)量；
ECO2-燃燒為企業(yè)邊界內(nèi)化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放；
EGHG-過程為企業(yè)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的各類溫室氣體CO2當(dāng)量排放；
Rco2-回收指企業(yè)回收的CO2量；
Eco2-凈電指企業(yè)凈購入的電力消費引起的CO2排放；
Eco2-凈熱指企業(yè)凈購入的熱力消費引起的CO2排放。
注：計算公式摘選自《GB/T 32151.10-2015溫室氣體排放核算與報告要求第10部分：化工生產(chǎn)企業(yè)》
在VOCs處理過程中涉及的碳排放主要有：
（1）Eco2-凈電：VOCs廢氣通過風(fēng)機進行收集、輸送需要消耗電力；除此之外噴淋塔裝置中的水泵循環(huán)以及VOCs無組織排放控制要求不斷加強，企業(yè)通過提高風(fēng)量、風(fēng)壓的方式提高廢氣收集效率，造成耗電量進一步增加。若工業(yè)企業(yè)使用的是綠電，那么不計入CO2排放。
（2）EGHG-過程：在VOCs處理過程中此部分指待處理的VOCs通過各種物理、化學(xué)、生物等處理工藝轉(zhuǎn)化為CO2的量。
（3）ECO2-燃燒：當(dāng)VOCs處理工藝采用RTO或TO等熱力焚燒工藝時，除待處理VOCs產(chǎn)生的EGHG-過程CO2量外，當(dāng)進入燃燒爐的濃度低于燃燒自平衡濃度時，則需要補充額外天然氣，產(chǎn)生額外的CO2。因此當(dāng)采用焚燒工藝時產(chǎn)生的CO2為Eco2-凈電+ EGHG-過程+ ECO2-燃燒。可見燃燒法將產(chǎn)生更多碳排放。
（4）若企業(yè)在VOCs處理中采用處理工藝能產(chǎn)生有回用價值的原料或能固定CO2，如冷凝回收工藝或生物法固定CO2等技術(shù)則此部分稱之為Rco2-回收；若企業(yè)在VOCs處理中需用到加熱，如蒸汽等，則此部分的CO2源稱之為Eco2-凈熱。

2、 燃燒法的碳排放量
在高濃度的VOCs處理中，燃燒法是極為合適的處理工藝，具有高效達標(biāo)的特點，甚至可以進行余熱回用，然而在低濃度、大風(fēng)量的工況下，由于濃度較低，風(fēng)量較大，則需要補充天然氣作為額外能源，產(chǎn)生額外的碳排放，以涂裝行業(yè)為例，通常VOCs濃度為100~300 mg/m3之間，5-20萬風(fēng)量較為常見，根據(jù)計算僅天然氣燃燒額外產(chǎn)生的CO2排放量也較為可觀，將會占用了企業(yè)碳排放指標(biāo)。因此既可確保VOCs處理達標(biāo)，又實現(xiàn)碳的減排的VOCs治理工藝將會得到更多企業(yè)的青睞。
3、生物法在VOCs處理中發(fā)揮的碳減排作用
生物法是利用微生物對于污染物的生化降解性能以實現(xiàn)在常溫常壓下的廢氣處理，達到凈化的目的。整個工藝運行安全和節(jié)能，不需要使用天然氣，二次污染產(chǎn)生較少。

在處理VOCs過程中，碳的循環(huán)路徑主要為3個：
（1）通過呼吸作用將一部分VOCs轉(zhuǎn)化為CO2，不同階段的呼吸作用轉(zhuǎn)化率不同，約為30%~90%。
（2）微生物同化作用，將VOCs轉(zhuǎn)化為自身生長繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)，從而實現(xiàn)自身細胞的增殖，此過程是生物固碳、廢氣排放減碳的過程。不同階段的固碳能力不同，約為10%~70%。
（3）由于生物箱設(shè)備存在固有孔隙率，未能完全捕捉或降解處理的VOCs，經(jīng)排氣筒排放至大氣（出氣滿足達標(biāo)排放限值）。
由此可見，生物法由于存在同化作用，能夠?qū)崿F(xiàn)碳的固定，與其他VOCs處理工藝相比，具備碳的減排的潛力。下面請看如下計算實例：
以40萬風(fēng)量的涂裝行業(yè)廢氣實際處理為例，下表對比了生物法與沸石—RTO工藝的CO2排放量，由計算可知，采用沸石+RTO工藝每年約產(chǎn)生1122 tCO2，而生物法產(chǎn)生448 tCO2，約為沸石+RTO工藝的40%（在此過程中因兩種工藝電力排放量相似，因此未計入電力產(chǎn)生CO2的質(zhì)量，同時若使用綠電，此部分電力排放量為0。

注：相關(guān)參數(shù)、數(shù)據(jù)來源《GB/T 32151.10-2015溫室氣體排放核算與報告要求第10部分：化工生產(chǎn)企業(yè)》
由于可見，生物技術(shù)在VOCs處理中確實能發(fā)揮固碳、減碳的作用，相信隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，在適合其適用的工況條件下，將會成為VOCs處理中重要的一項處理工藝，發(fā)揮更大的作用，釋放企業(yè)碳量，提升企業(yè)生產(chǎn)空間，助力企業(yè)發(fā)展。
來源：VOCs減排工作站