探新研几 | 美国对废水设施的VOCs治理要求有多严？

大城小E 2022-06-07

美国对废水设施的VOCs治理要求有多严？

今天，小E介绍《美国挥发性有机物监测及减排最佳管理技术：炼油厂案例分析》报告第VI章废水系统。

概要

美国对苯负荷在10公吨/年以上的废水处理系统要求密闭、收集和净化，并达到苯削减量99%(或苯浓度降至10ppm)，或者VOCs削减量95%(或VOCs浓度降至1000ppm)。

从技术和“费用-效果”等方面进行评估后，美国认为该标准是合适的。

原文如下：

VI 废水系统

A.排放源描述

工业废水系统包括废水收集系统和废水处理系统。废水处理的技术和水平与废水的最终用途相关。

废水系统产生的大气排放主要来自开放式废水收集、处理和储存设备中的VOC挥发。有机物从废水挥发到大气中，直到其在液态和气态之间达到均衡。对VOC挥发速率造成影响的因素主要包括：

★ 废水表面的空气流速

★ 设备中废水的表面积

★ 废水的温度

★ 设备中的乱流

★ 废水在设备中停留的时长

★ 设备中废水的深度

★ 废水中有机物的浓度及其物理性质，例如在水中的波动性和扩散系数等

★ 是否存在油膜或生物降解等抑制或减缓挥发的现象

废水收集系统

在美国联邦环保署的定义中，废水收集系统包括排水管、检修孔、沟渠、集线箱、集水坑、扬水站和下水管道等组成部分。排水管是废水收集系统的首个结构，用于将废水导向工艺下水管道，也可将其导入集水坑或沟渠。检修孔是工作人员对下水管道进行检验、维护和清洁的通道。集线箱将多个管道的废水汇集起来，再输送至废水处理系统。

废水收集系统的许多排放源直接暴露在大气中，例如排水管、集线箱、沟渠、集水坑和扬水站等，因此会产生VOC无组织排放。

废水无组织排放源示例

废水处理系统

废水处理系统主要可分为三大类：一级处理系统、二级处理系统和三级处理系统。一级处理系统通过物理过程除去废水中的固体和油质。其主要结构包括沉淀池和油水分离器等；二级处理系统通过生物分解和化学过程除去废水中的大部分有机物质。其主要结构包括生物处理装置或汽提塔等；三级处理系统对废水进行进一步处理和过滤，使其符合排入水体或循环再利用的标准。

废水收集和处理系统的各个环节都可能涉及到废水储存，但废水处理系统入口和出口两端的废水储存一般是通过储罐实现的。废水储罐中不涉及任何处理过程。废水储罐包括汽提塔给料罐、底罐、高位罐及储存污泥中脱出废水的储罐等。

一级处理系统的废水处理罐可产生大气排放(Primary treatment system emissions occur from wastewater treatment tanks)。废水储罐也会产生一定程度的无组织排放。通常情况下，没有密封的处理罐和储罐会产生较多的大气排放。若其采用固定罐顶并且与外部相通，罐内液体与罐顶之间的蒸汽也会排放到大气中。

生物处理系统是炼油厂最常见的二级废水处理系统。生物处理的有机物排放速率取决于装置的设计和运行情况。有机物的实际排放量也受其特定性质的影响，例如生物降解的效率或挥发速率等。

通过破坏有机物并将其从废水中去除的装置一般是密封装置，其产生的废气通过烟道进行排放(例如汽提塔)(Units that remove organics from wastewater through destruction are enclosed units and emissions are from a stack(e.g., steam strippers))。破坏装置的排放速率也取决于装置的设计和运行情况。

B.原标准的VOC污染防治要求

新建和现存炼油厂受到一项苯排放标准的约束。同时，炼油厂的新建废水处理系统还受到一项VOC排放标准的约束(There is both a benzene-specific standard that applies to new and existing refineries and a VOC standard that applies to new wastewater treatment systems at refineries)：

★ (按生产点计算的)(determined at the point of generation)苯年总加载量在10公吨以上的炼油厂必须对其废水收集和处理系统进行大气污染防治^[a]。

★ 流量加权的年平均苯浓度在10ppmw以下、或生产点流率在0.02L/分钟以下的单一废水源不属于以上规定的约束范围(即非监管排放源)^[b]。

废水收集系统

★ 原标准要求所有的排水管加装封皮、水封、塞子或盖子^[c]。

★ 排水管产生的废气必须导入工艺设备或污染防治设备^[c]。

★ 原标准同时还要求企业每半年对封皮、水封、塞子或盖子进行一次目视检验，以排除可能影响密封部件有效性的情况（例如较低的水位）。在目视检验的过程中，工作人员应重点寻找缝隙、裂缝或其它潜在的排放点^[d]。

★ 集线箱应安装边缘密封较紧的封皮。在封皮上连有排气管时，应将其导向工艺设备或污染防治设备^[e]。

★ 排气管的长度应至少为90厘米，且直径等于或小于10.2厘米。封皮在除维护或检验以外的所有时段均应保持密封，并应至少每半年检验一次^[f]。

★ 下水管道必须保持覆盖和密封，节点或密封处不应存在任何可见的缝隙和裂缝。下水管道也应至少每半年检验一次，并重点寻找缝隙、裂缝等排放点^[g]。

★ 在执行标准中规定的各项检验时，如果发现了任何问题，必须在5天内进行第一次修复尝试，并在45天内修复完成（现标准已更新为15天^[h]）。如果企业能够提出充分的理由，证明必要的修复必须在设备关停的情况下才能有效执行，监管部门可酌情准予延期。所有获准延期执行的修复必须在设备关停结束之前完成。

废水收集系统

废水处理系统

★ 原标准认为，油水分离器和废水储罐可能设有固定顶棚，因此设备内的蒸汽必须导入大气污染防治设备^[i]。

★ 顶棚密封、通道门和其它开口必须至少每半年检验一次。

★ 除此之外，油水分离器和废水储罐也可采用符合有机液体储罐标准的内浮顶或外浮顶（详情请参见本次报告的第V部分）实现大气污染防治的有关要求。

★ 原标准要求企业至少每半年对油水分离器和废水储罐进行一次目视检验，排查大气污染防治方面的缺陷。浮顶的缺陷可能包括^[j]：

浮顶没有停留在液体表面或支撑架上
浮顶上方出现了液体
浮顶的边缘密封发生脱落
浮顶的边缘密封或其密封材料上出现了破洞、磨损、裂缝或缝隙
内浮顶与罐壁之间出现了肉眼可见的缝隙
外浮顶的一级或二级密封与罐壁之间出现了肉眼可见的缝隙

★ 另外，原标准还要求企业定期对密封的缝隙进行测量。在执行标准中规定的各项检验时，如果发现了任何问题，必须在5天内进行第一次修复尝试，并在45天内修复完成。如果企业能够提出充分的理由，证明必要的修复必须在设备关停的情况下才能有效执行，监管部门可酌情准予延期。所有获准延期执行的修复必须在设备关停结束之前完成。

★ 原标准为企业提出了两种合规执行选项。第一种选项是将苯的质量降低99%以上，或将其浓度降至10ppmw以下（不允许使用豁免废液流对受监管废液流进行稀释）^[k]。

★ 与之相似的总VOC减排要求是将VOC的质量降低95%以上，或将其浓度降至1000ppmw以下。

★ 通常情况下，企业可借助汽提塔满足相关标准的要求。符合适当设计标准的汽提塔不需通过绩效评估阐释其合规减排的能力。这些设计标准主要包括^[m]：

最低塔高为5米
逆流配置，最少应配有10组碟盘
最低蒸汽流率为0.04千克蒸汽/升废水给料
废水给料的最低温度为95°C，或汽提塔最低运行温度为95°C
最大液体加载量为67100升/小时/平方米
在近似大气压的环境下运行

第二种选项是借助生物处理装置对废水进行处理。这种选项特别允许企业使用豁免废液流对受监管废液流进行稀释。当进入生物处理装置的废液流的年平均苯浓度在10ppmw以下(在使用豁免废液流稀释之后)且生物处理装置满足一定的设计标准时(例如“强化”生物处理装置，这种装置产生生物质、使用回收生物质，并定期从工艺过程中去除生物质)，该装置便不受固定顶棚或浮顶的密封标准约束。强化生物降解装置一般在0.05-1.0千克生物需氧量/千克生物质/天的食物细菌比、1-8克/升(0.008-0.7磅/升)的混合酒精悬浮固体浓度比，以及3-36小时的停留时间的范围内运行。石化厂适用的类似标准则要求企业采用美国联邦法规40CFRPart63附录C中的“确定生物处理装置的部分生物降解率”方法对其生物降解装置进行评估。美国联邦环保署也提供了有关的技术支持指导方针。

总的来说，原标准中关于废水处理的规定要求企业对废水采取必要的VOC抑制性措施，直到其导入适当的废水处理装置中进行大气污染防治。(In summary, the old VOC standards for wastewater require that facilities suppress VOC emissions until it reaches an appropriate treatment unit.)

C.新增监测和污染防治技术要求

在对原标准进行审阅的过程中，考虑到现阶段可用的废水处理技术及其成本，美国联邦环保署认为当前的有关标准和要求是合适的。美国联邦环保署通过分析减排每公吨VOC所需的费用对有关要求的成本有效性进行了评估，并发现要求有机物加载量较小的废水处理系统(生产点处的苯低于10公吨/年，或总VOC低于100公吨/年)进行污染防治的成本有效性不高。另外，要求已经按照原标准进行污染防治的炼油厂采用更加严格标准的成本有效性也不太理想。(The USEPA specifically found that it was not cost-effective to require controls for wastewater treatment systems with small organic loads (less than 10 Mg/yr benzene or about 100 Mg/yr total VOC at the point of generations) or to apply more stringent requirements on the refineries already required to comply with the old standards.)

（待续）

[a]	40 CFR 61 Subpart FF—National Emission Standard for Benzene Waste Operations，§61.342 Standards: General.. (b).
https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=98e7e4db3258f21f86d58a85fe47c95e&mc=true&node=se40.10.61_1342&rgn=div8
[b]	40 CFR 61 Subpart FF—National Emission Standard for Benzene Waste Operations，§61.342 Standards: General.. (c)(2)&(c)(3)(i).
https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=98e7e4db3258f21f86d58a85fe47c95e&mc=true&node=se40.10.61_1342&rgn=div8
[c]	40 CFR 63Subpart G—National Emission Standards for Organic Hazardous Air Pollutants From the Synthetic Organic Chemical Manufacturing Industry for Process Vents, Storage Vessels, Transfer Operations, and Wastewater，§63.136 Process wastewater provisions—individual drain systems.(b).
https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=cd95e2304296719f8c21b06ccfc004ff&mc=true&node=se40.11.63_1136&rgn=div8
[d]	40 CFR 63Subpart G—National Emission Standards for Organic Hazardous Air Pollutants From the Synthetic Organic Chemical Manufacturing Industry for Process Vents, Storage Vessels, Transfer Operations, and Wastewater，§63.136 Process wastewater provisions—individual drain systems(f)(1).
https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=cd95e2304296719f8c21b06ccfc004ff&mc=true&node=se40.11.63_1136&rgn=div8
[e]	40 CFR 63Subpart G—National Emission Standards for Organic Hazardous Air Pollutants From the Synthetic Organic Chemical Manufacturing Industry for Process Vents, Storage Vessels, Transfer Operations, and Wastewater，§63.136 Process wastewater provisions—individual drain systems(e)(2).
https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=cd95e2304296719f8c21b06ccfc004ff&mc=true&node=se40.11.63_1136&rgn=div8
[f]	40 CFR 63Subpart G—National Emission Standards for Organic Hazardous Air Pollutants From the Synthetic Organic Chemical Manufacturing Industry for Process Vents, Storage Vessels, Transfer Operations, and Wastewater，§63.136 Process wastewater provisions—individual drain systems(e)(2)(ii)(A)& (f)(1).
https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=cd95e2304296719f8c21b06ccfc004ff&mc=true&node=se40.11.63_1136&rgn=div8
[g]	40 CFR 63Subpart G—National Emission Standards for Organic Hazardous Air Pollutants From the Synthetic Organic Chemical Manufacturing Industry for Process Vents, Storage Vessels, Transfer Operations, and Wastewater，§63.136 Process wastewater provisions—individual drain systems (f).
https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=cd95e2304296719f8c21b06ccfc004ff&mc=true&node=se40.11.63_1136&rgn=div8
[h]	40 CFR 63Subpart G—National Emission Standards for Organic Hazardous Air Pollutants From the Synthetic Organic Chemical Manufacturing Industry for Process Vents, Storage Vessels, Transfer Operations, and Wastewater，§63.140 Process wastewater provisions—individual drain systems (g).
https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=cd95e2304296719f8c21b06ccfc004ff&mc=true&node=se40.11.63_1136&rgn=div8
[i]	40 CFR 61Subpart FF—National Emission Standard for Benzene Waste Operations，§61.347 Standards: Oil-water separators（a）（1）.
https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=9036041fb90e1f21bbec91b7914e4546&mc=true&node=se40.10.61_1347&rgn=div8
[j]	40 CFR 63 Subpart DD—National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants from Off-Site Waste and Recovery Operations，§63.695. Inspection and monitoring requirements（b）（1）（ii）.
https://www.law.cornell.edu/cfr/text/40/63.695
[k]	40 CFR 61 Subpart FF—National Emission Standard for Benzene Waste Operations ，§61.348. Standards: Treatment processes (a)(1).
https://www.law.cornell.edu/cfr/text/40/61.348
[m]	40 CFR 63 National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants for Source Categories; Organic Hazardous Air Pollutants from the Synthetic Organic Chemical Manufacturing Industry and Other Processes Subject to the Negotiated Regulation for Equipment Leaks(1994)，4 (a).
https://www.gpo.gov/fdsys/pkg/FR-1994-04-22/html/94-6043.htm