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随着我国城镇化和工业化的快速发展,能源、工业、交通等人类活动向大气中排放了大量的污染物。除了常规的大气污染物,挥发性有机化合物（VOCs）的排放越来越受到人们的关注。VOCs是大气臭氧和二次有机气溶胶污染的关键前体物,是雾霾和光化学烟雾形成的重要诱因;除了影响环境,VOCs还具有高危的生物毒性,对人类健康和植物生长都具有潜在危害。在众多的排放源中工业排放是环境中VOCs污染的重要来源,因此控制工业源VOCs排放将有利于降低PM2.5和O3的浓度,对区域大气环境的改善非常重要。我国现有的VOCs废气处理模式为“一企一策”,即每个企业负责对自己排放的废气进行处理。然而对于一些规模较小、排放VOCs成分及浓度不规律的企业来说,由于其技术及经济能力有限且缺乏有效的监管,其废气处理效果不能得到保证。如果能将企业排放的VOCs废气集中起来进行统一处理,既可以减轻企业的经济负担,又方便对处理效果进行监管。基于此,本论文将从技术、环境和经济可行性为切入点对工业集中区大风量、低浓度VOCs废气的集中处理模式进行分析:首先,通过实验室模拟对吸附-催化燃烧和吸附-冷凝回收两种集成技术的性能进行了详细的分析;接下来,通过生命周期分析法（LCA）对不同技术、材料组合的VOCs处理系统进行环境影响评价;最后,利用成本效益分析法（CBA）对工业VOCs集中化处理模式的经济性能进行评价。本论文基于不同处理技术和运行模式进行建模和模拟,从技术、环境和经济多重视角对VOCs集中处理模式进行全面研究,研究结论可以从环境与经济的可持续发展角度为工业集中区VOCs废气末端处理的技术选择、辅助材料选择以及集中化处理方案的可行性提供一定的理论支持,为工业VOCs集中控制减排提供科学依据,具有重要的社会效益和经济效益。论文主要包含以下四个内容:1、根据对我国工业VOCs排放源的调查研究,选择甲苯、乙酸乙酯和丙酮三种常见的有机化合物作为典型挥发性有机物的代表。为了模拟大风量、低浓度VOCs废气,将VOCs的总浓度设定为350 mg/m3,污染源排放量分别为50000m3/h、8000 m3/h、5000 m3/h和3000 m3/h。综合分析VOCs废气的排放量、组成、性质、温度和压力等条件选择吸附-催化燃烧和吸附-冷凝回收两种集成技术作为VOCs处理系统的技术方案,在吸附阶段选择活性炭和分子筛作为吸附剂,催化燃烧阶段选择CuO作为催化剂。根据国家相关法规和技术指南,对处理工艺各阶段的设备部件进行选择与设计,构建VOCs处理模型。2、为了得到可对比的平行数据,对不同技术、材料组合的VOCs处理系统进行实验室建模,并对VOCs处理效果进行模拟,VOCs集成处理过程的实验室模拟分为以下单元:VOCs生成单元、吸附浓缩单元、催化燃烧单元、冷凝回收单元。其中吸附浓缩单元包括VOCs吸附-脱附过程和两种吸附剂（活性炭、分子筛）生产过程;催化燃烧单元包括VOCs分解过程及催化剂生产过程。对四种不同处理系统的技术性能进行了详细的分析,总结了四种处理系统的物质流及能量流具体数据,为生命周期清单编制提供数据支持。3、利用实验模拟数据以及Eco-invent数据库,采用LCA软件SimaPro8.0对模拟的四套VOCs处理系统进行数据分析,并使用ReCiPe Midpoint（H）V1.09/World Recipe H方法对研究结果进行了环境影响评价,同时通过能量平衡计算对各系统能量消耗情况进行了评价。在LCA的分类阶段,根据污染物排放情况确定VOCs处理系统的3大类、8种环境影响类别:能源相关影响（气候变化、化石能源消耗）、健康相关影响（人类毒性、颗粒物形成、陆地生态毒性、淡水生态毒性）和其他影响（酸化、淡水富营养化）。研究结果表明:VOCs集成处理技术的环境影响主要体现在人类毒性潜势、颗粒物形成和化石能源消耗上。在所有影响类别中,人类毒性在四种情景都展现出了最严重的影响,其占总环境影响分别为63.9%、68.2%、67.5%和71.8%。电力消耗、废物/副产物以及材料生产对气候变化、化石能源消耗、人类毒性、颗粒物形成、陆地生态毒性、淡水生态毒性的影响最大,陆地酸化主要受材料生产、废物/副产物和设备制造的影响,而淡水富营养化的主要影响因素是设备制造和材料生产。研究结果表明,就能源消耗和环境影响方面来看,吸附-冷凝回收工艺优于吸附-催化燃烧,分子筛吸附剂优于活性炭吸附剂。4、在生命周期环境影响评价的基础上探索工业集中区进行VOCs集中化处理的技术经济可行性。设计直接集中和“一拖多”集中两种运行模式,并在选定的技术条件下建立基于集中化和分散化的VOCs处理情景:基准情景（BS）、能量循环情景（ERS）和有机物回收情景（MRS）。对每种情景的成本进行核算,然后利用成本效益法对各情景的经济性能进行对比分析。通过对ERS情景下两种废气集中模式进行对比发现,“一拖多”运行模式优化了VOCs废气集中输送模式,降低了废气输送的电力成本,其运行成本是直接集中运行模式的69%,经济性能更优;在ERS情景和BS情景的对比中,ERS“一拖多”集中模式的运营成本比BS情景降低了11.8%,更具成本优势。在将预期收入计入时,BS情景总成本分别高于ERS和MRS“一拖多”集中化情景17.6%和24%,“一拖多”模式下MRS情景的总运营成本低于ERS情景5.9%,表明冷凝回收技术的成本效益更优。在对各情景下的VOCs处理工艺成本分解分析中发现,在BS和ERS情景中吸附单元的运行成本最高,主要来自于吸附剂更换与电力消耗的贡献;其次是集气单元,主要来自更换过滤棉的费用。在MRS情景中,运行成本主要来自吸附单元和脱附单元。