涂裝廢氣治理技術(shù)方案論述與分析

發(fā)布時(shí)間：

2023-12-26 08:51

敏達(dá)環(huán)?？萍迹闻d）有限公司在線訊：摘要：隨著我國(guó)對(duì)VOCs污染問(wèn)題的重視度不斷提升，以及各種環(huán)保法規(guī)不斷嚴(yán)格VOCs的排放標(biāo)準(zhǔn)，VOCs治理技術(shù)也在不斷改進(jìn)和完善。涂裝是現(xiàn)代工業(yè)工藝的重要環(huán)節(jié)，但該過(guò)程往往會(huì)有大量的VOCs產(chǎn)生，主要是甲苯和二甲苯等。由于涂料大量使用了揮發(fā)性有機(jī)溶劑、助劑等，涂裝過(guò)程中溶劑型涂料有50%以上的VOCs排放到大氣中。涂料VOCs成分復(fù)雜、排放環(huán)節(jié)眾多，影響因素較多，存在底數(shù)不清、特征不明、部分行業(yè)缺乏有效的控制技術(shù)等特點(diǎn)。因此，控制涂料中VOCs排放對(duì)改善我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。文章結(jié)合VOCs的成因和危害分析，針對(duì)涂裝行業(yè)的VOCs廢氣治理方案進(jìn)行了分析，以供參考。

　　　　1 VOCs概述

　　VOCs屬于揮發(fā)性有機(jī)化合物，常見(jiàn)的揮發(fā)性組分包括甲苯、二甲苯、甲醛、乙醛等，多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)化合物包含烷烴、烯烴及多環(huán)芳烴等成分，大量的廢氣排放極易導(dǎo)致環(huán)境污染事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的吸附、吸收及燃燒的處理方法，很難達(dá)到較高的處理效果。同時(shí)其屬于在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中，可引起慢性中毒，損害肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)、引起全身無(wú)力、瞌睡、皮膚瘙癢等，甚者引起內(nèi)分泌失調(diào)、影響性功能；苯和二甲苯還能損害免疫系統(tǒng)，以致引發(fā)白血病。VOCs不僅本身具有較強(qiáng)毒性，還是影響我國(guó)區(qū)域大氣復(fù)合污染的重要前體物和參與物，它可以和氮氧化物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，形成光化學(xué)煙霧；也能與大氣中的?OH、NO3-、O3等氧化劑發(fā)生多途徑反應(yīng)，生成二次有機(jī)氣溶膠，對(duì)環(huán)境空氣的O3和PM2.5均有重要影響。

　　2 VOCs的危害分析

　　2.1爆炸與火災(zāi)

　　VOCs中的脂肪烴類物質(zhì)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，這類物質(zhì)在非高濃度的情況下不具有太大的毒性，但這類物質(zhì)具有易燃和易爆的特點(diǎn)，進(jìn)而可能增加火災(zāi)或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

　　2.2危害人體

　　揮發(fā)性有機(jī)化合物主要是由生態(tài)環(huán)境的自然排放和人為工業(yè)生產(chǎn)、生活活動(dòng)排放產(chǎn)生的。自然排放主要是指動(dòng)植物排放的有害有機(jī)物和自然火災(zāi)生成的揮發(fā)性有機(jī)化合物，此類有機(jī)物進(jìn)入環(huán)境中，破壞了生態(tài)環(huán)境；人為造成的揮發(fā)性有機(jī)化合物是指工廠排放、日常生活排放及其他環(huán)境排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物。揮發(fā)性有機(jī)化合物主要包括苯、甲烷、甲醇、甲醛等，這些物質(zhì)都會(huì)在不同程度不同濃度上影響人們的身體健康。如：甲烷是煤氣的主要成分，不充分燃燒時(shí)產(chǎn)生一氧化碳，一氧化碳會(huì)致人中毒甚至死亡，也會(huì)使人罹患癌癥；甲醇是一元醇，又名木醇或者木精，有酒精的氣味，口服可中毒，表現(xiàn)為頭暈頭痛、惡心嘔吐、視力模糊等，如服用劑量達(dá)到3克及以上時(shí)，可造成死亡。

　　2.3化學(xué)污染

　　VOCs的大量排放還會(huì)導(dǎo)致PM2.5和O3濃度增高，同時(shí)導(dǎo)致霧霾天氣和光化學(xué)煙霧等環(huán)境問(wèn)題，導(dǎo)致環(huán)境空氣質(zhì)量下降。

　　3 VOCs廢氣治理技術(shù)

　　目前國(guó)內(nèi)外在對(duì)涂裝有機(jī)廢氣的治理方法種類繁多，特點(diǎn)各異，常用的有吸附法、吸收法、冷凝法、燃燒法、催化法等。

　　3.2.1吸附法：吸附法是利用多孔固體吸附材料處理氣體混合物，使其中所含的一種或數(shù)種氣體組分吸附在固體表面上，以求達(dá)到氣體分離的單元操作過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)外在吸附方法上對(duì)苯系物等有機(jī)廢氣的處理上主要采取活性炭作為吸附載體。

　　3.2.2吸收法：可分為化學(xué)吸收和物理吸收，但“三苯”廢氣化學(xué)活性低，一般不采用化學(xué)吸收。物理吸收是選用具有較小的揮發(fā)性的液體吸收劑，它與被吸收組分有較高的親和力，吸收飽和后經(jīng)加熱解析冷卻后重新使用。該法用于大氣量、溫度低、濃度低的廢氣。其裝置復(fù)雜、投資大，吸收液的選用比較困難，存在二次污染。
　　3.2.3冷凝回收法

　　冷凝法VOCs廢氣治理原理是：有機(jī)物質(zhì)因溫度的差異而出現(xiàn)不同的飽和度，通過(guò)系統(tǒng)壓力的不斷變化，冷凝出蒸汽內(nèi)的有機(jī)物或吸附濃縮后冷凝，由此凈化VOCs廢氣，除去有害成分，回收有用物質(zhì)。該法用于濃度高、溫度低、風(fēng)量小的廢氣處理。但此法投資大、能耗高、運(yùn)行費(fèi)用大，因此無(wú)特殊需要，一般不采用此法。

　　3.2.4燃燒法

　　燃燒法又分直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。
　　直接燃燒法是把可燃的VOCs廢氣當(dāng)作燃料來(lái)燃燒的一種方法。該法適合處理高濃度VOCs廢氣，燃燒溫度控制在1100℃以上時(shí)去除效率95%以上。但這種方法不僅造成浪費(fèi)還將產(chǎn)生的大量污染物排入大氣，近年來(lái)己較少使用。

　　熱力燃燒是當(dāng)廢氣中可燃物含量較低時(shí)，使其作為助燃?xì)饣蛉紵龑?duì)象，依靠輔助燃料產(chǎn)生的熱力將廢氣溫度提高，從而在燃燒室中使廢氣氧化銷毀。其過(guò)程分三步：燃燒輔助燃料提供預(yù)熱能量；高溫燃?xì)馀c廢氣混合以達(dá)到反應(yīng)溫度；廢氣在反應(yīng)溫度下氧化銷毀。凈化后的氣體經(jīng)熱回收裝置回收熱能后排空。

　　催化燃燒法是在系統(tǒng)中使用合適的催化劑，使廢氣中的有機(jī)物質(zhì)在較低溫度下氧化分解的方法。催化燃燒技術(shù)是近幾十年對(duì)環(huán)保與節(jié)能的要求日益迫切的形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的一門新型技術(shù)。此法主要優(yōu)點(diǎn)有：起燃溫度低，能耗低，處理效率高，無(wú)二次污染對(duì)有機(jī)物濃度和組分處理范圍寬，啟動(dòng)能耗低，并能回收輸出的部分熱能所需設(shè)備體積小，造價(jià)低。催化燃燒法的主要缺點(diǎn)是：當(dāng)有機(jī)廢氣濃度太低時(shí)，需要大量補(bǔ)充外加的熱量才能維持催化反應(yīng)的進(jìn)行。

　　4 VOCs廢氣治理工程技術(shù)方案實(shí)例分析

　　某工程在噴漆環(huán)節(jié)產(chǎn)生VOCs廢氣，其VOCs廢氣具有如下特點(diǎn)：含有苯、甲苯、二甲苯及其它有機(jī)物，并含有漆霧，噴漆有機(jī)廢氣不經(jīng)處理直接外排將對(duì)周圍空氣造成影響。為降低有機(jī)廢氣對(duì)大氣的影響，改善環(huán)境空氣質(zhì)量，保護(hù)人體健康，根據(jù)該工業(yè)噴漆工序制定了相應(yīng)的VOCs廢氣處理技術(shù)方案。

　　4.1廢氣性質(zhì)

　　噴涂過(guò)程中污染物主要是所產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，主要污染因子為：苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴及顆粒物。一般溶劑型涂料其固體成分≤50％，含溶劑50％左右，有機(jī)物濃度相對(duì)較大，易于被活性炭吸附。

　　4.2VOCs廢氣治理技術(shù)方案

　　針對(duì)上述分析，采用吸附-催化燃燒法處理噴漆廢氣。利用過(guò)濾器去除漆霧，之后通過(guò)系統(tǒng)控制，通過(guò)蜂窩狀活性炭吸附床對(duì)其開(kāi)展連續(xù)吸附，同時(shí)對(duì)吸附飽和的活性炭開(kāi)展脫附。具體技術(shù)方案如下：

　　4.2.1漆霧過(guò)濾器

　　噴漆廢氣主要出現(xiàn)在工件涂裝工作臺(tái)，高壓空氣噴射的油漆大多停留在工件上，其他都隨氣流排出，成為漆霧。漆霧粉塵含量較低，顆粒較小，絕大部分直徑小于10mm。如不處理會(huì)堵塞活性炭的微孔，使其失去原有功能。因此，噴漆廢氣必須先進(jìn)行粗過(guò)濾處理，一般選用紙質(zhì)過(guò)濾器+過(guò)濾棉。

　　4.2.2吸附劑的選擇、參數(shù)設(shè)定及操作

　　活性炭具有比表面大、吸附能力強(qiáng)以及成本較低等優(yōu)勢(shì)，它是目前VOCs污染常見(jiàn)的吸附劑。粉末狀態(tài)的活性炭更換不易，活性炭纖維含有規(guī)則的微孔結(jié)構(gòu)，具有較大的吸附容量，但容易脫落，成本較高。蜂窩狀活性炭風(fēng)速高，阻力小，可以應(yīng)用到大風(fēng)量的低濃度廢氣吸附中。本文選擇蜂窩狀活性炭，吸附床的結(jié)構(gòu)采用的為抽屜式的組裝模式，便于使用時(shí)的填裝與拆卸。

　　當(dāng)含有機(jī)物的廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)的作用，經(jīng)過(guò)活性炭吸附層（整齊堆放），有機(jī)物質(zhì)被活性炭分子間的范德華力截留在其內(nèi)部，潔凈氣體排出；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，活性炭達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，停止吸附，此時(shí)有機(jī)物已被濃縮在活性炭?jī)?nèi)，而有機(jī)廢氣卻達(dá)到較高的凈化效果。凈化后的氣體通過(guò)風(fēng)機(jī)排向大氣，達(dá)到大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。每套廢氣凈化處理系統(tǒng)含有三個(gè)級(jí)別的吸附床，兩套用來(lái)吸附，一套用來(lái)脫附，三套設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)輪流操作

　　4.3催化燃燒設(shè)計(jì)

　　4.3.1電加熱室

　　在本方案中，加熱室僅僅提供開(kāi)機(jī)時(shí)預(yù)熱氣體需要的熱量，苯催化燃燒后有大量的預(yù)熱可以利用，因此需要的熱功率較低，通過(guò)電加熱即可，不需要天然氣或液化石油氣的額外加熱。

　　4.3.2保溫模塊的處理

　　催化燃燒一體化設(shè)備內(nèi)部的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常溫，需要增加保溫處理避免對(duì)工作人員造成傷害。保溫利用的保溫棉采用的材料為硅酸鋁纖維氈，依據(jù)燃燒室可能出現(xiàn)的最高溫度400℃來(lái)設(shè)計(jì)，保溫棉的厚度取值為64mm。

　　4.3.4阻火器的設(shè)計(jì)

阻火器由特制的多層金屬網(wǎng)組成，可阻止火焰通過(guò)，過(guò)濾掉氣體中較大的顆粒（污物），是本凈化裝置的安全裝置之一。在VOCs催化燃燒的反應(yīng)器中，如果有火星的話會(huì)引發(fā)氣體火焰出現(xiàn)進(jìn)而促使整個(gè)管網(wǎng)燃燒，所以阻火器的作用較大。阻火器的殼體尺寸大小與流體阻力有直接關(guān)系，通常殼體直徑為配合使用的管道直徑的4倍左右，本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)取值為D=2d，角度為60°。

　　5 廢氣治理的發(fā)展方向及新技術(shù)應(yīng)用

　　5.1采用低VOCs或無(wú)VOCs的環(huán)保型涂料

　　采用粉末涂料、水性涂料、高固分涂料等替代有機(jī)溶劑型涂料是降低VOCs排放的最有力措施。粉末涂料烘干溫度為170℃，對(duì)車間工藝要求較高，且粉末涂料的清漆涂層外觀的平滑度仍有待提高。通過(guò)計(jì)算，涂料中的固體含量每提高10%，水性涂料相同的施工條件下VOCs排放量可以降低33%以上。

　　5.2改善涂裝設(shè)備，提高涂料利用率

　　目前涂裝工藝多數(shù)采用普通噴涂，少數(shù)采用輥涂和刷涂。普通工藝噴涂噴漆工藝存在油漆附著率較低現(xiàn)象。因此，為提高涂料利用率，可將手工空氣噴涂實(shí)現(xiàn)低壓化、靜電化，即用空氣靜電噴槍替代普通空氣噴槍；克服人為因素，采用自動(dòng)靜電噴涂替代手工噴涂。

　　5.3變廢為寶的生物分子轉(zhuǎn)換

　　通過(guò)轉(zhuǎn)換生物分子變廢為寶指的是采用生物分子將VOCs廢氣之中含有的危害性成分轉(zhuǎn)換為可重新使用的成分。該種技術(shù)方式不需太多的資金耗費(fèi)，運(yùn)行起來(lái)也不復(fù)雜，可用于多種規(guī)模與范圍的VOCs廢氣治理，是日后值得推廣與大量使用的技術(shù)。

　　5.4有害物質(zhì)提取與隔離法治理

　　這種技術(shù)旨在將VOCs廢氣中的有害物質(zhì)進(jìn)行提取和隔離，并將剩余氣體中的其它有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行回收利用，也可以減少氣體排入大氣后對(duì)環(huán)境造成再次污染。由于投資成本大，適于VOCs廢氣含量高，提取和利用的價(jià)值較高的行業(yè)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷更新，有害物質(zhì)提取與隔離法治理將會(huì)被逐漸廣泛應(yīng)用。

　　5.5利用光催化分解式治理

　　這是目前一種較為先進(jìn)的利用催化劑在光照作用下進(jìn)行分解廢氣的治理技術(shù)，其中使用最為廣泛的催化劑就是催化效果強(qiáng)，并且無(wú)公害的半導(dǎo)體材料。這種材料的催化劑價(jià)格低，安全性較高，因此應(yīng)用的實(shí)踐性較為廣闊。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的不斷發(fā)展更新，一種更為環(huán)保和節(jié)能高效的催化材料正在興起并漸漸被人們熟知和應(yīng)用，那就是新型納米材料，它的取材和用料更加的環(huán)保和安全，是化學(xué)科技在VOCs廢氣治理技術(shù)上取得的新進(jìn)展和新突破。

　　6 結(jié)論

　　總之，對(duì)VOCs廢氣進(jìn)行治理很有必要，而目前VOCs廢氣治理技術(shù)多種多樣，日后VOCs廢氣治理也會(huì)朝著新型技術(shù)與方向發(fā)展，它們均有著自己的優(yōu)劣勢(shì)，故在治理VOCs廢氣時(shí)，需充分結(jié)合現(xiàn)實(shí)狀況，選擇最佳的方式對(duì)VOCs廢氣進(jìn)行治理，最大程度地降低污染，打造一個(gè)綠色環(huán)保的生活環(huán)境。