噴漆工藝有機(jī)廢氣治理方法淺析

王蓓蕾，張艷茹

（陜西陸環(huán)環(huán)保工程有限公司，陜西 西安 710000）

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，日常生活中對(duì)汽車制造、機(jī)械制造、家具制造等行業(yè)的需求越來越大，其制造過程中通常采用噴漆工藝對(duì)表面進(jìn)行涂裝，以增加其耐磨性、耐腐蝕性及裝飾性。噴漆過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)入大氣環(huán)境后，不僅會(huì)直接形成大氣污染，同時(shí)在紫外線的作用下，還會(huì)與其他污染物結(jié)合，產(chǎn)生二次污染，從而對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生非常大的影響。另外采用油性涂料作為原料時(shí)，噴漆時(shí)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣中苯、二甲苯等的毒性較大，對(duì)人體健康也會(huì)造成威脅，因此，采取有效的治理方法對(duì)噴漆時(shí)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣進(jìn)行處理，不但可以減少大氣污染，同時(shí)也可以降低人體暴露的危險(xiǎn)，從環(huán)境保護(hù)角度看，其意義十分重大。

1 噴漆工藝有機(jī)廢氣概述

噴漆工藝通常采用高壓方式在加工對(duì)象表面形成一層漆膜，該工藝中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣主要來源于原料中的有機(jī)溶劑在噴漆及烘干工序中的揮發(fā)。目前，噴漆使用的原料通常分為溶劑型涂料和水性涂料，溶劑型涂料在使用時(shí)需要加入固化劑和稀釋劑，形成的揮發(fā)性有機(jī)廢氣主要包括甲苯、二甲苯、乙苯、非甲烷總烴（包括醇類、醛類）等。水性涂料以水為溶劑，形成的揮發(fā)性有機(jī)廢氣主要為非甲烷總烴（包括醇類、醛類）。由于揮發(fā)性有機(jī)物本身具有較易揮發(fā)的特性，經(jīng)常參與到大氣環(huán)境中O3以及二次氣溶膠的形成過程中[1]，造成二次污染。因此，從環(huán)境保護(hù)的角度，對(duì)噴漆工藝產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行治理，可以減少對(duì)大氣環(huán)境的污染，同時(shí)降低對(duì)人體的危害。

2 常用的有機(jī)廢氣處理技術(shù)

按照使用原料的不同以及廢氣產(chǎn)生濃度的不同，目前國內(nèi)比較常用的有機(jī)廢氣治理方法主要有吸附法、冷凝回收法、燃燒法、生物法等，在此基礎(chǔ)上，對(duì)于一些低濃度揮發(fā)性有機(jī)物的處理上，還會(huì)采取兩種方法聯(lián)合處理的方式。

2.1 吸附法

吸附法主要利用具有吸附功能的吸附劑對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附，目前最為常用的吸附劑主要為活性炭和沸石分子篩。活性炭具有豐富的微孔、介孔結(jié)構(gòu)，具有表面積大、吸附容量高的優(yōu)點(diǎn)，按其形態(tài)又分為顆粒活性炭、蜂窩活性炭和纖維活性炭等，既可單獨(dú)進(jìn)行吸附處理，也可以用于吸附濃縮，后續(xù)與燃燒法配合處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣；缺點(diǎn)主要有占地面積大、不耐高溫、再生次數(shù)有限、形成危險(xiǎn)廢物造成二次污染等[2]。沸石分子篩具有較高的選擇性吸附作用，且耐高溫，同樣也可與燃燒法配合處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣。

2.2 冷凝回收法

冷凝回收法是利用有機(jī)廢氣的化學(xué)性質(zhì)，采取加壓冷卻的方式通過降低其溫度促使揮發(fā)性有機(jī)化合物氣體量達(dá)到飽和，使其轉(zhuǎn)化為液態(tài)從而從空氣中分離出來，達(dá)到有機(jī)物回收二次利用。冷凝回收技術(shù)的核心流程為預(yù)處理、吸附、脫附、冷凝回收，預(yù)處理主要進(jìn)行溫濕度條件和除塵工作，降低對(duì)后續(xù)吸附的沖擊；吸附、脫附通常采用活性炭作為介質(zhì)，活性炭吸附飽和后，有機(jī)廢氣通過脫附進(jìn)入冷凝系統(tǒng)中，經(jīng)冷卻液冷凝后得到冷凝回收液[3]。

冷凝回收法常用于高濃度、低溫、小分量、組分單一、各組分沸點(diǎn)接近且有機(jī)廢氣中的有機(jī)物具有可回收價(jià)值的情況，不適宜處理低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣[2]。

2.3 燃燒法

燃燒法常用的有催化燃燒法、直接燃燒法和蓄熱式燃燒法。催化燃燒法是在催化劑的作用下，通過降低化學(xué)反應(yīng)活性，確保其可以在250～300 ℃的起燃溫度下進(jìn)行無火焰燃燒，并在固體催化劑的表面與有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化，產(chǎn)生大量的水和二氧化碳，同時(shí)釋放熱量[4]；催化劑通常以Pd、Pt等貴金屬為活性組分，以過渡金屬氧化物、分子篩等為載體。直接燃燒法是利用燃?xì)饣蛉加偷容o助燃料與揮發(fā)性有機(jī)廢氣混合進(jìn)行燃燒，使揮發(fā)性有機(jī)廢氣在高溫作用下完全分解為二氧化碳和水的處理方法，通常可以采用直接燃燒法進(jìn)行處理的揮發(fā)性有機(jī)廢氣，其組分中可燃組分占比較高，或者氧化反應(yīng)可以釋放的熱量比較高[5]。蓄熱式燃燒法在直接燃燒法的基礎(chǔ)上增加蓄熱室，以蓄熱材料替代熱交換器，其運(yùn)行原理是利用蓄熱材料在特定溫度（如相變溫度）下發(fā)生物相變化，并伴隨著吸收或放出熱量的特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)廢氣的進(jìn)氣和排氣，使蓄熱材料不斷吸收和放出熱量，從而降低輔助燃料的使用量，提高能源利用率，達(dá)到節(jié)能的效果[6]。

燃燒法主要適用于中、高濃度有機(jī)廢氣的處理。由于燃燒法對(duì)有機(jī)廢氣濃度、可燃組分占比或氧化反應(yīng)釋放的熱量有較高要求，因此，在噴漆行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，多與活性炭、沸石分子篩等吸附技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合處理。

2.4 生物法

生物法的處理原理主要是通過微生物的分解，將有機(jī)廢氣氧化分解為二氧化碳和水，該處理方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低、不易產(chǎn)生二次污染，但其對(duì)需要處理有機(jī)廢氣的要求較高，一方面要求處理的有機(jī)廢氣具有一定的水溶性和生物降解性，另一方面生物反應(yīng)所需時(shí)間較長而操作維護(hù)較復(fù)雜，主要用于處理中、低濃度的有機(jī)廢氣[7]。

3 有機(jī)廢氣處理技術(shù)在噴漆行業(yè)中的應(yīng)用

我國國內(nèi)使用噴漆工藝的行業(yè)主要有汽車制造、家具制造、工程機(jī)械制造及其他工業(yè)涂裝行業(yè)，包含了大型設(shè)備的噴漆及小型家具、機(jī)械的噴漆，其主要特點(diǎn)是有機(jī)廢氣產(chǎn)生濃度低，處理量大。目前，使用比較成熟且有效的方法主要為吸附法+燃燒法處理或者吸附法處理。

3.1 吸附法+燒法應(yīng)用

對(duì)于吸附法+燃燒法，通常燃燒法可采取催化燃燒或直接燃燒，即吸附法+催化燃燒法或吸附法+直接燃燒法，使用中，通常利用活性炭或沸石分子篩等吸附劑的吸附作用對(duì)低濃度有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附，吸附劑吸附飽和后，進(jìn)行脫附，此時(shí)低濃度廢氣經(jīng)過吸附+脫附過程后濃度提高，達(dá)到燃燒法的濃度要求并進(jìn)行處理后，可以轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。

該方法結(jié)合了吸附法和燃燒法的優(yōu)點(diǎn)，解決了吸附法活性炭更換周期短、頻率高、會(huì)產(chǎn)生大量危險(xiǎn)廢物而導(dǎo)致二次污染的缺點(diǎn)，同時(shí)經(jīng)過燃燒法處理后，處理效率大大提升。兩種方法最大的區(qū)別主要在于燃燒溫度，直接燃燒法是在空氣中直接點(diǎn)燃有機(jī)廢氣中的可燃物或者輔以燃料，從而達(dá)到有機(jī)廢氣分解的目的，燃燒溫度高且能源消耗大；而催化燃燒相比之下其優(yōu)點(diǎn)是安全性高、燃燒溫度要求低。不管采取哪種燃燒方法，吸附法+燃燒法對(duì)廢氣的處理效率都是很高的。但由于設(shè)備投資較大、運(yùn)行費(fèi)用較高，多用于汽車制造、工程機(jī)械制造等大型、中型規(guī)模工業(yè)的涂裝行業(yè)。

3.2 吸附法應(yīng)用

吸附法多采用活性炭或分子篩作為吸附劑，可設(shè)置二級(jí)吸附，一方面增加吸附效率，另一方面第二級(jí)吸附可以作為第一級(jí)吸附的一種保障措施。其相對(duì)于吸附法+燃燒法來說，具有占地面積小、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，常用于家具制造及其他小型涂裝行業(yè)。

4 結(jié)論

隨著我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升，各項(xiàng)大氣治理措施技術(shù)也在不斷發(fā)展，國內(nèi)目前對(duì)于噴漆工藝有機(jī)廢氣的處理技術(shù)也比較成熟。隨著對(duì)燃燒技術(shù)及吸附劑研究的不斷深入，一方面不斷解決燃燒技術(shù)中能源消耗及催化劑問題，逐步降低運(yùn)行費(fèi)用，另一方面通過使用不同形態(tài)的吸附劑在相同體積下增加吸附量、減少危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量。在大力發(fā)展有機(jī)廢氣治理技術(shù)的同時(shí)，從源頭控制有機(jī)廢氣產(chǎn)生量，研發(fā)出更多含有機(jī)溶劑濃度低的溶劑涂料及水性涂料，同時(shí)要控制排放量、提高處理效率，才能保證涂裝行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。