噴淋塔在汽車行業(yè)涂裝臭氣治理中的應(yīng)用

摘要：汽車行業(yè)中涂裝工序所產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過蓄熱焚燒爐（RTO）處理可以減小揮發(fā)性有機物（VOCs）的排放量，但經(jīng)高溫焚燒后廢氣臭度仍然較高，對周邊環(huán)境造成了一定影響。針對汽車涂裝廢氣的除臭治理，設(shè)計了一套高效回用反滲透（RO）濃縮水的噴淋除臭系統(tǒng)。根據(jù)某汽車公司在涂裝廢氣除臭治理方面的創(chuàng)新實踐，介紹了該套廢氣除臭系統(tǒng)的除臭原理、主要構(gòu)成及運行效果。該設(shè)備具有工藝簡單、投資建設(shè)費用低、除臭效率高、運行費用少、操作管理簡便、長期運行穩(wěn)定等優(yōu)點。結(jié)果表明：在運行期間，系統(tǒng)除臭效率為76%～92%。

關(guān)鍵詞：汽車涂裝；噴淋塔；除臭技術(shù)；廢氣；臭氣治理；惡臭

0 前言

在汽車工業(yè)的發(fā)展過程中，汽車涂裝的廢氣排放給環(huán)境帶來了一定的影響［1］。近幾年，我國加大了對發(fā)性有機物（VOCs）、氮氧化物的治理，其中蓄熱焚燒爐（RTO）作為處理VOCs 的設(shè)施也被廣泛使用［2］。RTO 通過高溫將廢氣進行分解后排放，一般來說，經(jīng)過RTO 處理后，VOCs 排放量可以被控制在較低水平，但涂裝廢氣的異味沒有被消除。汽車行業(yè)沒有針對涂裝廢氣進行除臭治理的先例，本文研發(fā)了一種工藝簡單、建設(shè)運維成本低、除臭效率高的噴淋塔除臭系統(tǒng)，并介紹了某汽車公司在涂裝廢氣除臭治理方面的創(chuàng)新實踐。

1 汽車涂裝臭氣的成分及特點

汽車涂裝的臭氣主要來源于涂裝工藝中所使用的涂料、清洗劑等，其常見的成分包括各類醇類、酮類、醛類、酯類、芳香烴等。醛類、酮類揮發(fā)性有機物揮發(fā)到空氣中會有刺鼻的氣味，苯類化合物具有強烈的特殊氣味，而酮類化合物通常具有特定的刺激性氣味。上述化合物聚集在一起，形成了汽車涂裝廢氣特殊的感官臭味。不同工藝段中廢氣的嗅覺感官效果不同，其對工廠周邊的臭味影響效果和貢獻也不同。經(jīng)過分析，對臭味貢獻較大的主要成分有甲基乙基酮、甲基異丁酮、乙酸乙酯、乙酸仲丁酯、甲苯、乙苯、正丁醇等［3-7］，臭氣濃度范圍為55～2 500。臭氣濃度是指根據(jù)嗅覺器官試驗法對臭氣氣味的大小予以數(shù)量化表示的指標，用無臭的清潔空氣對臭氣樣品連續(xù)稀釋至嗅辨員閾值時的稀釋倍數(shù)稱為“臭氣濃度”。由于廢氣來源的復(fù)雜性，每個工廠排氣筒中的廢氣氣源并非一致，因此產(chǎn)生的臭味感官效果也不一致。由于汽車涂裝廢氣通常會在經(jīng)過RTO 處理后通過排氣筒進行排放，因此汽車涂裝臭氣還具有溫度高（gt;120 ℃）、風(fēng)量大（排風(fēng)體積流量gt;20 000 m3/h）、臭度高等特點，因此在選擇臭氣治理設(shè)施時，需考慮上述因素的影響。

2 高效回用反滲透（RO）濃縮水噴淋除臭系統(tǒng)的除臭原理

由于汽車RTO 廢氣溫度高，其在進入噴淋塔前，先通過換熱器進行換熱，降溫之后再進入噴淋塔內(nèi)噴淋洗滌。根據(jù)臭氣中多數(shù)成分溶于水的特性，采用RO 濃縮水進行吸收，同時吸收煙氣中帶出的顆粒物。微溶/不溶于水的臭氣成分經(jīng)噴淋塔降溫冷卻后形成浮油并被噴淋水帶出，使得廢氣的臭氣濃度大幅降低。所使用的噴淋水為RO 濃縮水，該濃縮水是汽車行業(yè)中在制備純水的過程中產(chǎn)生的廢水，因此高效回用RO 濃縮水可減少噴淋塔的用水量及臭氣的排放量。

3 主要設(shè)備及工藝參數(shù)

3. 1 高效上流式噴淋塔

由于需要處理高溫氣體，噴淋塔及風(fēng)管采用不銹鋼材料，其余相關(guān)部件也采用耐高溫材料設(shè)計。設(shè)備采用兩級噴淋工藝，串聯(lián)2 套上流式噴淋塔，每套噴淋塔的規(guī)格設(shè)計基本相同，塔內(nèi)共設(shè)計有3 層填料層及3 層噴淋層，每層噴淋層采用14 個高效螺旋噴頭，通過優(yōu)化設(shè)計的噴頭布局，可確保噴淋液均勻分布，避免出現(xiàn)壁流現(xiàn)象。為了減少水霧損失及對廢氣排放風(fēng)管的影響，在塔頂設(shè)置有1 層折流擋板式除霧器，以捕集廢氣中的水霧。噴淋液在洗滌臭氣后回流到塔底的儲存區(qū)，再通過水泵將其抽回噴淋層并循環(huán)噴淋，對臭氣進行洗滌吸收，每隔4 h 對噴淋水進行1 次更換。氣體在塔內(nèi)的設(shè)計停留時間≥2 s， 塔體直徑為3 m，高度為5.5 m。

3. 2 引風(fēng)系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)

引風(fēng)系統(tǒng)由1 臺離心風(fēng)機和若干風(fēng)管組成，通過可變頻離心風(fēng)機和收集風(fēng)管將排放源的臭氣引至噴淋塔進行處理。噴淋系統(tǒng)由噴淋水泵、轉(zhuǎn)子流量計、噴淋管、螺旋噴嘴組成。使用2 個噴淋水泵將噴淋液輸送至除臭塔噴淋層，通過轉(zhuǎn)子流量計控制吸收液的噴淋量，控制吸收液滴的霧化效果，保證臭氣與噴淋液充分接觸。每層填料上方布置有由若干噴嘴組成的噴淋層，噴嘴與填料之間的間距在650 mm 左右，以使噴淋液覆蓋在填料上，保證噴淋液與臭氣充分接觸，無盲區(qū)和短路現(xiàn)象。設(shè)計液氣比為2～3 L/m3。根據(jù)實際情況調(diào)整噴淋參數(shù)，以達到最優(yōu)效果。

3. 3 填料層

塔內(nèi)設(shè)置有3 層填料，每層填料的裝填厚度為500～550 mm，填料選擇不銹鋼材質(zhì)的金屬鮑爾環(huán)。不銹鋼鮑爾環(huán)具有阻力小、通量大、操作彈性大、分離效率高的優(yōu)點［8-9］。本項目對鮑爾環(huán)的開窗設(shè)計、舌葉等進行了優(yōu)化，在相同的壓力和處理量的條件下，其壓強較優(yōu)化前可以下降50% 左右，而傳質(zhì)效率可以提高20%～30%，并且相對于拉西環(huán)，鮑爾環(huán)的填料容積可以減少35% 左右。

3. 4 主要工藝參數(shù)及工藝流程

RTO 廢氣溫度需控制在70～80 ℃之間，再進入噴淋塔水洗，此條件下除臭效果最佳。噴淋塔設(shè)計及相關(guān)參數(shù)要求如下：空塔流速約為2 m/s，根據(jù)廢氣處理量及空塔流速可計算出塔徑；廢氣在塔內(nèi)停留時間為2～2.5 s，根據(jù)廢氣處理量及停留時間可計算出塔高；液氣比為2～3 L/m3，根據(jù)廢氣處理量及液氣比可計算出水噴淋總流量，采用多點噴淋結(jié)構(gòu)，確保噴淋均勻并可濕潤全部填料；建議填料材料使用耐高溫的不銹鋼鮑爾環(huán)，以確保氣液分散性能好、傳質(zhì)效率高；噴淋塔底部水箱需設(shè)置液位計及自動補水功能，廢氣經(jīng)除臭處理后會在水箱液面上方形成浮油，需設(shè)置溢流口除浮油，在水箱底部設(shè)置排水口。本項目主要工藝流程圖如圖1所示。

4 運行效果及經(jīng)濟效益分析

4. 1 運行效果分析

該除臭項目運行3 個月，各項設(shè)備參數(shù)穩(wěn)定，除臭效果明顯，臭氣濃度達到設(shè)計要求，除臭效率為76%～92%，除臭后臭氣濃度遠小于GB 14554—1993《惡臭污染物排放標準》中排放限值的要求［10］，感官嗅辨良好。經(jīng)第三方檢測機構(gòu)檢測，除臭后臭氣濃度及除臭效率如表1 所示。

本項目經(jīng)20 人對除臭前、后的廢氣進行感官嗅辨，發(fā)現(xiàn)除臭后感官嗅辨效果良好。

4. 2 經(jīng)濟效益分析

該除臭系統(tǒng)具有投資小、運維成本低、除臭效果好等優(yōu)點。在投資成本方面，主要包括噴淋塔、風(fēng)管、水泵、風(fēng)機等投資成本；在運維成本方面，由于無需額外添加輔助藥品，噴淋水采用回用RO 濃縮水，大幅降低了除臭媒介的成本，主要的運行成本來自水泵、風(fēng)機的電費損耗。該除臭系統(tǒng)投資成本較生物濾池工藝和堿液噴淋工藝低。

5 結(jié)語

本研究具有低成本投入、高環(huán)境收益產(chǎn)出的優(yōu)點，使用RO 濃縮廢水作為除臭媒介，應(yīng)用噴淋吸收技術(shù)對汽車涂裝廢氣進行除臭，除臭效率為76%～92%，除臭效果明顯。項目投入成本經(jīng)濟合理、運行成本很低，環(huán)境效益明顯，在汽車行業(yè)具有很強的推廣價值和應(yīng)用價值。

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