噴漆作業(yè)項目的漆霧廢氣處理研究

梁麗貞

（廣東凱特凈環(huán)保工程有限公司，廣東 佛山 528000）

引言

近年來，我國制造領域呈現(xiàn)出迅猛態(tài)勢，不少產(chǎn)品需要進行噴漆工藝處理。噴漆作業(yè)過程中，需要采用油漆、涂料等材料，這些材料會產(chǎn)生大量的漆霧有機廢氣，將其排放到生態(tài)環(huán)境后，會產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染問題。為此，現(xiàn)代制造領域生產(chǎn)運行過程中，應注重對漆霧廢氣的處理。

1 某噴漆作業(yè)項目概況

本文選擇某體育用品有限公司作為研究對象。該公司旗下的臺球桌誕生于1987年，30余年時間里，該品牌已經(jīng)成為我國乃至全球知名臺球桌品牌之一。當前，該公司為了進一步擴大業(yè)務，擬在江西新建一新生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線運營期間內(nèi)，會產(chǎn)生一定的含漆霧、VOCs等有害物質的廢氣，當這些廢氣進入到人體后，可對呼吸道、皮膚、消化道等系統(tǒng)造成危害，是一種低毒類廢氣。為此，新產(chǎn)線建立的同時，該公司按照國家相關規(guī)定要求，在廠區(qū)內(nèi)構建一套漆霧廢氣處理系統(tǒng)，以加強對生產(chǎn)廢氣中漆霧、VOCs等有害成分的處理，確保排放煙氣符合當?shù)丨h(huán)保要求。

2 漆霧廢氣處理工藝的選擇

2.1 常見漆霧廢氣處理工藝

現(xiàn)代工業(yè)領域內(nèi)存在多種VOCs氣體處理工藝，每種處理工藝具有不同的特點，需要根據(jù)產(chǎn)生廢氣的具體情況，選擇一種或多種廢氣處理工藝，以有效對廢氣進行處理，提升廢氣處理效果。

2.1.1 吸收法

吸收法是工業(yè)有機廢氣處理較為常見的方法之一，即在產(chǎn)生的有機廢氣內(nèi)，分別添加相應的液體吸收劑，以吸收廢氣中某種或多種有害氣體，以降低廢氣中有害物質的含量。通過大量實踐研究表明，對大氣量、中等濃度VOCs廢氣處理時，吸收法具有較為良好的處理效果，常用吸收劑有高沸點、低蒸氣壓的油類有機質，利用這類有機質與其它有機物相互溶解的特性，從而達到清除有害氣體的目的[1]。

2.1.2 吸附法

通過吸附法對VOCs有害廢氣處理時，主要是將多孔性固體吸附劑放置到混合氣體內(nèi)，通過吸附劑的吸附特性，吸附混合氣體中的水分、有機溶劑蒸汽、惡臭與其它有害物質，從而降低氣體中有害物質的含量。現(xiàn)代工業(yè)存在多種不同類型的吸附劑，如活性土、活性炭、硅酸等，其中，活性炭性能更加穩(wěn)定，抗腐蝕性更加良好，因而在工業(yè)廢氣處理領域最為常見。同時，因為活性炭具有良好的疏水性，使其廣泛應用到有害物質濃度較低的廢氣處理工藝當中。該處理工藝的優(yōu)勢為處理裝置結構較為簡單，操作較為方便，且吸附劑損耗較低，但處理裝置一定時間后，需要對吸附劑進行更換。

2.1.3 冷凝法

對于不同物質來說，在相同溫度條件下，存在不同的飽和蒸氣壓；對于同一物質來說，在不同溫度條件下，也存在不同的飽和蒸氣壓，針對這一原理，可對VOCs廢氣中一種或多種有害成分進行處理，即冷凝法。該工藝常見于廢氣濃度超過10 000 ppm的有機廢氣處理當中。

在理論層面上，該處理工藝的凈化程度非常高，但對有害物質處理時，受到技術水平的影響導致處理效果并不是很理想，依然需要采用兩輪處理后，才可使排放廢氣符合規(guī)定要求。先進行水冷凝，再進行冷凍，導致處理成本大幅提升。因而在現(xiàn)代工業(yè)領域，很少將該工藝應用到有害成分濃度較低的廢氣當中，或是將該工藝作為吸附、燃燒等工藝的預處理，以提升廢氣處理效果[2]。

2.1.4 低溫等離子處理法

工業(yè)領域逐漸出現(xiàn)了更多先進的廢氣處理工藝，低溫等離子處理法是其中處理效果較為良好，且應用范圍較為廣泛的一種。該工藝主要材料為低溫等離子體，又叫作物質存在的第四態(tài)，相對于傳統(tǒng)固態(tài)、液態(tài)與氣態(tài)，在氣體外部施加一個強大的電場，該電場將氣體擊穿后，則會使區(qū)域內(nèi)出含有電子、多種離子、原子與自由基的混合體，其中，正、負離子電荷完全一致，因而物質處于中性狀態(tài)，即為等離子體。物質放電時，電子溫度逐漸提升，而重離子的溫度則不斷下降，使物體處于低溫狀態(tài)，因而將其稱作低溫等離子體。加固低溫等離子體放置到廢氣中后，可利用內(nèi)部高能電子、自由基等活性粒對廢氣中的有害成分進行分析，使有害成分分解成清潔成分，如H2O、Cl2、Br2等從而達到降低污染物濃度的目的。在常壓狀態(tài)下，該工藝能夠處理廢氣中大部分具有揮發(fā)性的有機物，但若廢氣濃度過高，或是流量較大，該工藝的處理效果則并不是很理想。

2.1.5 直接焚燒凈化法

現(xiàn)代工業(yè)領域內(nèi)，直接焚燒凈化法最為常見，該方法不僅有害物質處理效率較高，可以達到99%以上，而且對污染物性質與排放流性質依賴性較低。該處理工藝常用于流量波動較小的工業(yè)廢氣處理當中，這是因為廢氣流量突然增加，因廢氣在處理裝置的停留時間較短，加之有害物質分布不均勻，使廢氣無法徹底燃燒，進而影響污染物的處理效率。若廢氣排放流較稀，應向處理裝置內(nèi)添加更多燃料，確保處理裝置內(nèi)的燃燒溫度符合要求。如果有機廢氣熱值超過5 000 kJ/Nm3，則可將有機廢氣看作燃料處理。該處理工藝研究與應用時間較長，技術較為成熟，但預熱器材料高溫氧化等方面依然存在一些缺陷。

2.1.6 催化燃燒凈化法

催化燃燒凈化法處理廢氣的原理與直接焚燒凈化法的原理基本相同，均是通過對廢氣中有機物質的燃燒，以此降低達到廢氣凈化的目的，兩者差異在于催化燃燒凈化法中使用了各種催化劑，可加快有機物質燃燒速率，提升廢氣凈化效果。

不論哪種焚燒凈化法，均應注重廢氣處理的安全性，一般情況下，應將易燃氣體濃度控制在爆炸下限（LEL）的25%（約490 kJ/m3發(fā)熱量）若排放流量超過該安全值，則應提前對排放流稀釋處理，以免出現(xiàn)爆炸事故[3]。相對于直接燃燒法，催化燃燒可在較低的溫度下進行，加之催化劑使用年限通常在3～5年，因而對低濃度有機廢氣處理時，所需成本較低一些。若有機廢氣濃度較高時，則不可使用催化焚燒法。另外，廢氣中有機物含量波動盡可能較小，減少催化劑的損失。

2.2 漆霧廢氣處理工藝的確定

針對上述幾種廢氣處理工藝的介紹，結合該公司江西新廠漆霧廢氣特點，制定出了“噴淋吸收塔+干式過濾器+活性炭吸附器+在線催化燃燒脫附再生”二級凈化工藝。

2.3 RCO催化燃燒凈化原理

本工程采取的漆霧廢氣處理工藝由多個環(huán)節(jié)構成，RCO催化燃燒是其中核心環(huán)節(jié)，主要是采用催化劑當作中間體，在溫度較低的條件下，將有機物分解成H2O與CO2，化學公式為：

廢氣濃度處于2 000～3 000 mg/m3范圍內(nèi)時，由于濃度高，加之廢氣溫度高，使得吸附法處理效果并不是很好；同時，若直接通過催化燃燒處理，因廢氣濃度相對較低，不符合催化燃燒所需的熱量，應適當補充能量，從而提升處理成本。針對這種情況，本方案采用的是將初始廢氣脫附處理后，再次通過蓄熱式催化燃燒（RO ）工藝進行處理。一般對熱交換效率的設計要求：催化燃燒為30%，直接燃燒為50%，RCO則高達90%以上。RCO的熱回收方式屬于熱再生型（Thermal Regenerative），是利用陶瓷材料的高熱傳導系數(shù)特性作為熱交換介質，以得到較完整的熱能傳導率。ROC處理原理，見圖1。

圖1 RCO處理工藝原理圖

蓄熱催化床共由兩部分構成，通過蓄熱陶瓷加熱處理后，廢氣溫度提升，而蓄熱陶瓷溫度則下降，之后，在催化劑的作用下，將廢氣中的有機物質分解，并傳輸?shù)脚艢鈪^(qū)。有機物質分解時，將會釋放出一定熱量，這些熱量被蓄熱陶瓷所吸收，陶瓷溫度提高，氣體溫度下降，最后將氣體排出，其排放溫度僅略高于廢氣處理前的溫度，所有的陶瓷填充床均做加熱、冷卻、凈化的循環(huán)步驟。

3 漆霧廢氣處理流程

生產(chǎn)車間噴涂作業(yè)產(chǎn)生漆霧廢氣后輸送到吸氣口內(nèi)，通過排風管直接送入噴淋吸收塔，對廢氣進行一級過濾。之后將初步處理后的廢氣送入干式過濾器，用于清除其中銑削漆霧顆粒，避免污染活性炭，延長活性炭使用年限。然后將廢氣輸送到活性炭吸附器內(nèi)，通過多孔性活性炭吸附廢氣中的水、有機溶劑蒸汽與其它有害成分，最后，經(jīng)過風機、煙囪將凈化后的氣體排出。若廢氣處于飽和狀態(tài)，停止吸附處理，通過熱氣流將有機物從活性炭脫附下來，使活性炭再生。

對于脫附下來的有機物來說，濃度被濃縮了數(shù)十倍，可直接將其輸送到催化燃燒室，通過燃燒的方式分解有機物。若有機廢氣濃度超過2 000 ppm，系統(tǒng)可自行維持燃燒，無需外加熱。燃燒后，少部分氣體直接排出，大部分運輸?shù)交钚蕴课酱玻够钚蕴吭偕怨?jié)約外部能源的消耗。

4 漆霧廢氣處理系統(tǒng)設計

4.1 處理量的設計

針對廠方提供資料，結合噴漆作業(yè)產(chǎn)生漆霧廢氣特點，可計算出廢氣凈化系統(tǒng)處理風量，見表1。

表1 某公司噴漆作業(yè)生產(chǎn)漆霧廢氣處理風量

4.2 設備選型

4.2.1 對噴房有機廢氣治理系統(tǒng)（凈化系統(tǒng)A）

（1）多相噴淋塔，型號為LDK-5.0；40℃條件下的處理風量為130 000 m3/h；外形尺寸為DN5.0×7.0 m；循環(huán)液量為200 m3/h；塔體材質為SS304，共1臺。

（2）循環(huán)泵，型號為GD80-80；轉速為2 900 r/min；流量為100 m3/h；揚程為25 m，配備一臺11 kW電機。

（3）過濾器，處理風量為130 000 mg/Nm3；風速在0.5～1.0 m/s范圍內(nèi)；容塵量在20～28 kg/m2范圍內(nèi)；過濾效率在90%～98%范圍內(nèi)；最大承壓為200 Pa；阻力小于50 Pa；殼體由SS304制成；外殼尺寸為5.0×5.0×4.0，共1臺。

（4）吸附器，處理風量為130 000 mg/h；吸附周期為240 h；外殼尺寸為12.0×3.0×2.6，共1臺。

（5）燃燒催化設備，處理風量為4 000 mg/Nm3；脆化溫度在300～350℃范圍內(nèi)；凈化效率＞97%；設備阻力小于1 500 Pa；啟動加熱功率為80 kW；殼體材質為SS304；實體保溫為200 mm厚巖棉；外殼尺寸為5.2×2.6×3.0，共1臺。

（5）風機。吸附風機型號為4-73NO∶16.0C；轉速為960 r/min；流量為130 000 m3/h；全壓為3 000 Pa，配備一臺160 kW的電機。脫附風機型號為9-26NO∶5.0C；轉速為2 900 r/min；流量為4 500 m3/h；全壓為2 650 Pa，配備一臺7.5 kW的電機。

4.2.2 奧米加噴房有機廢氣治理系統(tǒng)（凈化系統(tǒng)B）

主要包括多相噴淋塔、過濾器、吸附器與風機四個模塊構成，具體設備參數(shù)與凈化系統(tǒng)A相同，在此不再贅述。

5 結語

綜上所述，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)制造時可能產(chǎn)生大量漆霧廢氣，對生態(tài)環(huán)境具有較大危害。為了減少漆霧廢氣對生態(tài)環(huán)境的破壞，必須要根據(jù)工程漆霧廢氣特點，制定合理的廢氣處理工藝，構建相匹配的廢氣處理系統(tǒng)，以此加強對生態(tài)環(huán)境的保護。