鋁材噴漆廢氣治理工程方案分析

摘要：鋁材噴漆過程產(chǎn)生的廢氣中含有大量揮發(fā)性有機(jī)化合物，對(duì)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為有效治理鋁材噴漆廢氣，綜合分析噴淋凈化處理、等離子凈化法、微生物代謝法、燃燒法等處理技術(shù)。通過上述技術(shù)的合理組合，旨在為鋁材噴漆行業(yè)提供全面的廢氣治理方案，有高效治理鋁材噴漆廢氣，滿足環(huán)保法規(guī)的要求，改善工作環(huán)境。

關(guān)鍵詞：鋁材；噴漆廢氣；治理工程方案

中圖分類號(hào)：X76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）11-0143-03

Analysis of Aluminum Painting Exhaust Gas Treatment Engineering Scheme

LIANG Ganghua

（Foshan Lvxi Environmental Engineering Co.， Ltd.， Foshan 528000， China）

Abstract： The exhaust gas generated during the aluminum spray painting process contains a large amount of volatile organic compounds， which pose a serious threat to the environment and human health. To effectively control the exhaust gas from aluminum spray painting， comprehensive analysis is conducted on treatment technologies such as spray purification， plasma purification， microbial metabolism， and combustion. Through the reasonable combination of the above technologies， the aim is to provide a comprehensive waste gas treatment solution for the aluminum spray painting industry， which efficiently treats aluminum spray painting waste gas， meets the requirements of environmental regulations， and improves the working environment.

Keywords： aluminum; spray paint exhaust gas; governance engineering scheme

在現(xiàn)代制造業(yè)中，鋁材噴漆工藝因其優(yōu)良的耐腐蝕性、輕量化被廣泛應(yīng)用于汽車、電子、家電及建筑等行業(yè)。但在噴涂過程中，涂料和溶劑會(huì)釋放出大量有機(jī)揮發(fā)物和固體顆粒物，不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，還對(duì)操作人員的健康構(gòu)成潛在威脅[1]。鋁材噴漆過程中排放的苯、甲苯、二甲苯與醇類等物質(zhì)在揮發(fā)進(jìn)入空氣后，造成空氣質(zhì)量下降，形成臭氧污染和霧霾等環(huán)境問題。與這些氣體長(zhǎng)期接觸，將導(dǎo)致操作人員出現(xiàn)頭痛、呼吸困難、神經(jīng)系統(tǒng)損傷等健康問題。在此背景下，鋁材噴漆廢氣治理工程方案是改善噴漆作業(yè)環(huán)境、保障操作人員身體健康的基礎(chǔ)。通過深入探討鋁材噴漆過程中產(chǎn)生的主要廢氣成分及其來源，提出對(duì)應(yīng)的治理方案，進(jìn)而為后續(xù)治理措施提供依據(jù)。

1 鋁材噴漆廢氣成分

1.1 有機(jī)溶劑

鋁材噴漆中使用的有機(jī)溶劑是造成廢氣污染的主要成分，常見有機(jī)溶劑有乙醇、異丙醇、丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯以及丙酸乙酯。根據(jù)某鋁材噴漆廠監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，噴漆過程中有機(jī)溶劑的排放濃度達(dá)到300 mg/m3，其中丙酮和乙酸乙酯濃度分別為120、80 mg/m3。

長(zhǎng)期接觸有機(jī)溶劑可能引起呼吸系統(tǒng)問題，如咳嗽、呼吸困難等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)記憶力減退、認(rèn)知功能下降。

1.2 固體顆粒物

在噴涂過程中，未固化的涂料顆粒會(huì)隨氣流逸散，形成固體顆粒物。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，鋁材噴漆作業(yè)的顆粒物濃度可達(dá)到150 μg/m3。固體顆粒物的危害如下：長(zhǎng)期吸入顆粒物可導(dǎo)致慢性支氣管炎、肺氣腫等肺部疾病；顆粒物的吸入與心臟病、心律失常等有直接關(guān)聯(lián)；顆粒物在空氣中沉降后，可能污染土壤和水源，影響生態(tài)環(huán)境[2]。

1.3 其他污染物

鋁材噴漆過程中還可能釋放重金屬，如鉛、鎘、鉻及氮氧化物等其他污染物，這些污染物來源于涂料中的顏料和添加劑。當(dāng)鉛濃度達(dá)到0.05 mg/m3，鎘濃度達(dá)到0.01 mg/m3時(shí)，可能損害神經(jīng)系統(tǒng)，長(zhǎng)期接觸可能導(dǎo)致腎臟損傷、骨質(zhì)疏松等。

為有效治理鋁材噴漆廢氣，必須進(jìn)行全面的成分分析，并采取相應(yīng)的控制措施，以減少有害物質(zhì)的排放和其對(duì)環(huán)境及健康的影響[3]。

2 鋁材噴漆廢氣治理方案

2.1 廢氣收集系統(tǒng)設(shè)置

為確保噴漆區(qū)域內(nèi)的廢氣能夠及時(shí)被有效收集，選擇采用負(fù)壓收集系統(tǒng)。通過在噴漆設(shè)備周圍設(shè)置一個(gè)低于大氣壓的壓強(qiáng)數(shù)值，使得廢氣自然流向收集設(shè)備，避免廢氣在噴漆過程中對(duì)操作人員造成傷害和對(duì)環(huán)境造成污染。在噴漆作業(yè)區(qū)域設(shè)置局部通風(fēng)設(shè)施，確保噴漆過程中產(chǎn)生的有害氣體能夠被迅速捕集，減少操作人員接觸的時(shí)長(zhǎng)。

集氣罩應(yīng)安裝在噴漆設(shè)備上方，罩體應(yīng)覆蓋噴涂范圍內(nèi)的所有噴漆點(diǎn)，確保廢氣能夠被充分捕集。罩體材質(zhì)應(yīng)選擇耐腐蝕材料，如涂層鋁合金可應(yīng)對(duì)噴漆過程中可能的化學(xué)腐蝕。結(jié)合噴涂車間的實(shí)際情況，集氣罩有效捕集范圍應(yīng)至少為噴涂設(shè)備的1.5倍，確保廢氣的最大捕集效率。每臺(tái)集氣罩的捕集效率要達(dá)到85%以上，如在廢氣濃度為300 mg/m3情況下，經(jīng)集氣罩的捕集后剩余的廢氣濃度將降至45 mg/m3以下。

采用高效離心風(fēng)機(jī)，結(jié)合每小時(shí)更換5～10次車間內(nèi)空氣的實(shí)際需求，設(shè)置風(fēng)機(jī)風(fēng)量。如果噴漆車間的體積為1 000 m3，那么最少所需風(fēng)量為5 000 m3/h。此外，盡量選擇噪音低于85 dB的風(fēng)機(jī)，以減少對(duì)操作人員作業(yè)環(huán)境的影響。

廢氣收集管道采用直線布置，避免過多的彎頭和閥門，減少風(fēng)阻和能量損失。管道選擇耐腐蝕材質(zhì)，如鍍鋅鋼管，并定期檢查和清洗，防止油漆殘留或堵塞管道。管道內(nèi)氣流速度保持在10～15 m/s，確保有效的廢氣輸送。

2.2 廢氣處理設(shè)備選用

廢氣處理設(shè)備作為工業(yè)廢氣收集系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，主要用于去除揮發(fā)性有機(jī)化合物和其他有害物質(zhì)，使其達(dá)到環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)或可再利用的水平。通過選用合適的廢氣處理設(shè)備，最大限度提高廢氣治理工程的效率。

活性炭吸附裝置具有物理吸附作用，當(dāng)廢氣通過管道進(jìn)入活性炭吸附裝置，經(jīng)過活性炭層時(shí)，揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）被吸附在活性炭表面，從而去除廢氣中的VOCs。活性炭的比表面積較大和微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具有較強(qiáng)的吸附能力，因此能夠有效地捕捉和吸附氣體分子，并能夠去除大部分VOCs，去除率可達(dá)90%以上，且相比于其他處理方法，活性炭吸附法的能耗較低。當(dāng)活性炭達(dá)到吸附飽和狀態(tài)時(shí)，需及時(shí)更換，以確保處理效果，每3～6個(gè)月定期更換一次，具體依據(jù)廢氣濃度和流量而定。

催化燃燒裝置將經(jīng)過活性炭吸附后的廢氣引入催化燃燒室，廢氣在催化劑的作用下被加熱至300～600 ℃，促進(jìn)有機(jī)物的氧化反應(yīng)，將VOCs轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水，有效降低其濃度，去除率可達(dá)到95%以上，燃燒過程中產(chǎn)生的熱能可用于加熱進(jìn)入系統(tǒng)的廢氣，提高能效。催化劑具有較長(zhǎng)的使用壽命，一般可使用3～5年，且對(duì)溫度和濃度變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。

3 鋁材噴漆廢氣處理技術(shù)

3.1 等離子凈化法

等離子凈化法能夠有效去除噴漆過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)。通過利用高電壓電源，激發(fā)氣體分子形成帶電粒子和自由基，自由基與有機(jī)污染物相遇后會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，將有機(jī)物分解為二氧化碳和水等無害物質(zhì)，或者轉(zhuǎn)化為其他較小的分子。

等離子凈化法適用于高濃度、低流量的有機(jī)廢氣，如鋁材噴漆過程中產(chǎn)生的VOCs，或較為復(fù)雜的氣體混合物，如含有多種溶劑的噴漆廢氣。初期投資設(shè)備價(jià)格為20萬～100萬元，如處理風(fēng)量為10 000 m3/h等離子處理設(shè)備的價(jià)格大約在50萬元。

具體操作過程如下。首先，通過管道系統(tǒng)從噴漆作業(yè)區(qū)收集廢氣，利用風(fēng)機(jī)為系統(tǒng)提供必要的氣流，以確保廢氣被持續(xù)輸送至等離子凈化設(shè)備。其次，進(jìn)入等離子體反應(yīng)室之前，廢氣需經(jīng)過過濾裝置，去除較大顆粒物，防止等離子設(shè)備受損。再次，廢氣進(jìn)入等離子體反應(yīng)室，在高電壓電源作用下生成等離子體，氣體中的有機(jī)污染物被激發(fā)并分解為無害物質(zhì)，其中反應(yīng)室內(nèi)的溫度和壓力需保持在一定范圍，確保反應(yīng)的高效進(jìn)行。最后，凈化后的氣體通過后續(xù)的冷卻和過濾系統(tǒng)，進(jìn)一步去除微量殘留物，確保排放達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，符合標(biāo)準(zhǔn)的氣體通過排氣管道排入大氣。

3.2 噴淋凈化處理

噴淋凈化處理適用于中低濃度有機(jī)廢氣。先識(shí)別待處理廢氣來源，如涂裝、印刷、化工等行業(yè)，再通過管道將廢氣導(dǎo)入噴淋塔。廢氣中含有較大顆粒物，需設(shè)置初步過濾裝置避免對(duì)噴淋系統(tǒng)造成堵塞，管道設(shè)計(jì)需確保氣流順暢，避免阻力產(chǎn)生；選用耐腐蝕材料作為塔體材質(zhì)，如碳鋼涂層，以抵御腐蝕。噴淋塔的塔體高度為3～6 m，直徑為1～2 m，使用霧化噴嘴均勻噴灑噴淋液體，確保其與廢氣充分接觸。

廢氣在噴淋塔內(nèi)與噴淋液體充分接觸，利用物理吸附、化學(xué)反應(yīng)等機(jī)制去除廢氣中的有害成分，以提高去除效率。

噴淋液體通過泵送系統(tǒng)循環(huán)使用，通常將泵送系統(tǒng)設(shè)計(jì)成閉路循環(huán)，以提高資源利用率。定期檢測(cè)噴淋液pH值和污染物濃度，確保其處理性能。當(dāng)噴淋液體達(dá)到反應(yīng)飽和時(shí)，需采用沉淀、過濾和生化處理等方法，去除液體中的污染物。經(jīng)處理后的廢液，可在符合環(huán)保法規(guī)的前提下選擇回用或排放。

3.3 微生物代謝法

微生物代謝法運(yùn)用管道系統(tǒng)，高效捕集噴漆房產(chǎn)生的廢氣。使用脫水器和過濾器去除廢氣中的水分和固體顆粒，避免對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用。根據(jù)廢氣成分選擇合適的微生物，如細(xì)菌、真菌等，將選定的微生物接種在含有相應(yīng)營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基中，確保微生物能夠快速繁殖。

在反應(yīng)過程中，嚴(yán)格控制溫度維持在25～30 ℃、pH值為6.5～7.5，使用傳感器監(jiān)測(cè)微生物生長(zhǎng)狀態(tài)和廢氣中VOCs的濃度變化，確保微生物維持良好狀態(tài)。在最佳條件下，處理過程中VOCs的去除率可達(dá)到95%以上，經(jīng)過24 h的反應(yīng)，VOCs濃度可從5.0×10-8降至2.5×10-7。

由于微生物降解過程相對(duì)緩慢，處理高濃度廢氣時(shí)需相應(yīng)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。此外，微生物活性受到溫度、pH值和氧氣濃度等環(huán)境因素的影響，使其管理復(fù)雜化，需要預(yù)先稀釋濃度過高的廢氣。

3.4 燃燒法

燃燒法是通過將廢氣與氧氣充分混合并加熱至高溫，促使有機(jī)污染物發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成二氧化碳和水，從而達(dá)到去除廢氣的目的。

通過管道系統(tǒng)集中收集噴漆廢氣，使用除水器和過濾器去除廢氣中的水分和固體顆粒，以防止對(duì)燃燒爐造成影響。將收集的廢氣與適量空氣或純氧充分混合，以提高燃燒效率，其中應(yīng)根據(jù)廢氣成分和燃燒需求，調(diào)整空氣與廢氣的比例，過量空氣系數(shù)保持在1.2～1.5。

將混合氣體加熱至燃燒所需溫度，通常在700 ℃以上，部分高效燃燒爐可達(dá)到800～1 000 ℃。根據(jù)處理規(guī)模和廢氣特性選擇適宜的燃燒爐，如固定床爐。廢氣在爐內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)，主要生成二氧化碳和水蒸氣，此時(shí)VOCs去除效率可達(dá)到90%以上。

燃燒后氣體經(jīng)過冷卻裝置，使溫度降至40 ℃以下。冷卻后的氣體進(jìn)入后處理，通過除塵器進(jìn)行二次凈化，確保符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。通過冷卻和后處理，最終排放氣體中的VOCs濃度穩(wěn)定在1×10-7以下，符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

燃燒法對(duì)于高濃度VOCs廢氣具有良好的去除效果，適合處理多種有機(jī)廢氣，尤其是難降解的污染物。燃燒后主要生成二氧化碳和水，二次污染相對(duì)較少，但高溫燃燒過程需要消耗大量能量，增加運(yùn)營成本。此外，需要嚴(yán)格控制溫度和混合比例，以免引發(fā)燃燒不完全或增加爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

鋁材噴漆廢氣治理是當(dāng)前環(huán)保工作中的重要任務(wù)，通過結(jié)合鋁材噴漆廢氣成分，提出廢氣治理方案，展開對(duì)多種廢氣處理技術(shù)的分析。根據(jù)廢氣的類型和濃度，合理實(shí)施綜合治理方案，不僅能夠有效降低VOCs的排放，還能提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營成本。通過不斷優(yōu)化廢氣治理方案，在滿足環(huán)保要求的同時(shí)，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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