油漆廢氣處理裝置

油漆廢氣處理裝置吸附法主要應用于油漆、塑料、涂料、橡膠等化工生產(chǎn)排放的有機廢氣或者有機溶劑的凈化處理，通常我們使用活性炭做吸附劑?；钚蕴课皆O備常用于凈化含四氧化碳和氯乙烯等廢氣，主要適用于噴漆、印刷、油漆生產(chǎn)和涂料生產(chǎn)等行業(yè)。但是，活性炭的原料成本較高，再生技術(shù)并不完善，在某些行業(yè)中解吸回收的產(chǎn)品質(zhì)量較差，銷(xiāo)路不廣泛。因此活性炭吸附法只是用于某些高濃度的有機廢氣處理，經(jīng)活性炭吸附回收的有機物或溶劑可回用于生產(chǎn)，節約原材料?；ば袠I(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢氣中含有大量有機污染物和惡臭物質(zhì)，可用催化燃燒法或者直接燃燒法處理。需要注意的是，在燃燒過(guò)程中形成的中間產(chǎn)物可能比原來(lái)的污染物危害更大，所以必須要掌握好燃燒溫度、時(shí)間，以保證燃燒*。催化燃燒法是借助催化劑，使廢氣在較低溫度(200~500℃)下*燃燒;直接燃燒法一般采用焚燒爐進(jìn)行處理，但是直接燃燒法消耗染料較多，僅適用于處理熱值較高的廢氣。隨著(zhù)經(jīng)濟快速發(fā)展，應用噴漆工藝的化工、房地產(chǎn)、汽車(chē)、機械、電子產(chǎn)品、船舶等行業(yè)也隨之不斷壯大。噴涂過(guò)程中排放的有機廢氣對周?chē)h(huán)境甚至人類(lèi)健康帶來(lái)危害，噴漆廢氣主要以三苯(苯、甲苯、二甲苯)為主，有些還兼具酯類(lèi)、醚類(lèi)、酮類(lèi)等組分。這些揮發(fā)性有機物輕則使人頭痛，重則抽搐昏迷，傷害人體免疫系統。為有效解決這些問(wèn)題，國家及部分省市已頒布一系列法律法規和大氣環(huán)境保護標準限制和治理廢氣產(chǎn)生的危害。針對噴涂工藝中產(chǎn)生的有機廢氣，本文將介紹不同處理技術(shù)，分析其優(yōu)勢以及存在問(wèn)題，并從中尋找規律，找出的處理凈化工藝方法。

1噴漆廢氣的成分及危害

在噴漆涂裝過(guò)程中高壓空氣噴射的油漆絕大部分停留在工件上，其他未到達噴涂表面的噴霧微粒與溶解噴漆微粒的水珠懸浮在空氣中，以及噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機化合物形成噴漆廢氣污染環(huán)境。由于不同油漆涂料所用溶劑不同，因而在噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣組分也不同。以汽車(chē)噴涂為例檢測出15種VOCs，包括苯系物(甲苯、二甲苯等)、酯類(lèi)(乙酸乙酯、乙酸丁酯等)、酮類(lèi)(甲基異丁基酮)和醚類(lèi)(乙二醇丁醚)等。北京、上海、廣東、江蘇等地針對涂裝行業(yè)VOCs排放制定了相應標準，見(jiàn)表1。

不同油漆以及采用不同工藝生產(chǎn)的涂料其VOCs成分及比例也大不相同。曾培源等在調查廣州市某規模較大汽車(chē)涂料企業(yè)中發(fā)現VOCs主要成分為乙酸仲丁酯、甲基異丁酮、甲苯、乙酸丁酯、乙苯和二甲苯，且二甲苯和乙酸丁酯所占比例接近50%。譚強等在調查佛山某工業(yè)園有關(guān)涂料的眾多企業(yè)時(shí)檢測出苯、甲苯、二甲苯和正乙烷為VOCs主要成分。余宇帆[5]研究珠三角地區涂裝排放VOCs特征譜后得出其主要VOCs依次為乙酸乙酯、乙苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和乙酸丁酯等。潘潔晨等對室內裝修的乳膠漆和硝基木器漆的揮發(fā)狀況進(jìn)行模擬，得出乳膠漆產(chǎn)生的主要VOC為1,2-丙二醇，硝基漆含有的主要VOC為苯系物。因此噴漆廢氣處理要根據產(chǎn)生的VOCs種類(lèi)不同選擇適宜的凈化技術(shù)。

油漆廢氣處理裝置噴漆廢氣對人類(lèi)危害不容忽視，散發(fā)在空氣中的漆霧經(jīng)呼吸道吸入后會(huì )引發(fā)急慢性中毒，損害人體的神經(jīng)和造血系統。吸入高濃度的苯、甲苯、乙酸乙酯等廢氣短時(shí)間內會(huì )抑制人的記憶力、注意力和感覺(jué)運動(dòng)速度，長(cháng)時(shí)間接觸會(huì )對肝臟造成毒性反應，甚至對中樞神經(jīng)造成破壞。表2為全國職業(yè)衛生標準委員會(huì )提出的《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2—2002)，規定了三苯等有機化合物容許接觸濃度。

封蔚瑩等對連續從事裝修作業(yè)油漆工人健康調查得出，作業(yè)環(huán)境中苯及其苯系物明顯超標，油漆污染對工人的免疫功能和造血功能都有一定影響。在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，工人接觸的是多種化學(xué)有害物質(zhì)的混合物，這些污染物的獨立、協(xié)同、拮抗、加和的聯(lián)合毒性作用是難以想象。因此，含有多種成分揮發(fā)性有機化合物的噴漆廢氣凈化處理就顯得尤為重要。

2噴漆廢氣預處理技術(shù)

噴涂廢氣不僅含有揮發(fā)性有機物，還包含噴涂過(guò)程中懸浮在空氣中的漆霧，漆霧會(huì )影響后續有機廢氣處理，所以噴漆廢氣凈化前需要去除其中的漆霧，以便下一步對其中揮發(fā)性有機物凈化治理。

2.1濕式凈化法

濕式凈化法是依據相似相溶原理，通過(guò)溶劑吸收(或者化學(xué)吸收)噴漆廢氣中的漆霧，常用的濕式凈化法有水簾式、無(wú)泵水幕式、文丘里式、水旋式等處理凈化法。

2.1.1水簾式凈化法

水簾式凈化法是經(jīng)過(guò)水泵循環(huán)噴淋產(chǎn)生流動(dòng)的簾狀水層，水幕捕集飛散的漆霧，工藝流程如圖1所示。一般大型水簾式噴漆室將水簾斜坡放置在室底，通過(guò)循環(huán)水泵調節水簾形狀，當噴漆氣流通過(guò)水簾時(shí)，漆霧被附著(zhù)留下。工業(yè)上常見(jiàn)的水簾式噴漆室設備主要由噴漆室室體、漆霧凈化器、水氣分離器、水過(guò)濾器、水循環(huán)管、照明裝置、風(fēng)機、水泵及電器控制系統等部分組成。

水簾式凈化法可有效降低噴漆廢氣中漆霧的排放量，操作方便，結構簡(jiǎn)單。但水幕凈化產(chǎn)生含有漆霧的廢水，需廢水處理防止二次污染;對于大型水簾噴漆室，大面積水簾會(huì )增大室內空氣濕度，影響工人工作環(huán)境和涂層質(zhì)量。

2.1.2無(wú)泵水幕式凈化法

無(wú)泵水幕式凈化法是利用空氣誘導提水形成水幕，當噴漆廢氣與水幕碰撞后，水幕截留霧狀微粒及其攜帶油漆的水珠;然后廢氣穿過(guò)水簾進(jìn)入氣水攪拌通道，在通道中與水混合;進(jìn)入集氣箱后由于氣速降低發(fā)生氣液分離，凈化后的氣體排放到大氣中，被分離的水在集氣箱中匯集流向溢水槽，再通過(guò)泛水板形成水幕，循環(huán)重復凈化噴漆廢氣，工藝流程如圖2所示。相對于水簾式凈化法，無(wú)泵式凈化法去除了水泵設備，優(yōu)化了凈化流程，節約成本和占地面積，同時(shí)克服了漆霧黏附管道內壁導致水泵阻塞的現象。

2.1.3文丘里水幕式凈化法

完整的文丘里水幕式噴漆凈化室由室體、送風(fēng)系統、排風(fēng)系統、供氣系統、供水系統、水密封系統、供電系統等組成。處理流程主要是運用文丘里效應的氣相負壓，氣流在文丘里喉口部位急劇加速，通過(guò)風(fēng)口的均勻水流被充分霧化，利用霧化的水汽捕集廢氣中漆霧;在離心分離器中將含有油漆的水渣從氣流中分離以達到凈化效果，工藝流程見(jiàn)圖3。文丘里水幕式凈化可有效提高漆霧的捕集效率，同時(shí)能夠減少設備能耗，但是對于懸浮在噴漆室中漆霧處理效果并不好，漆霧容易黏附在噴漆室的壁板上。

2.1.4水旋式凈化法

水旋式處理系統一般由室體、照明系統、送風(fēng)系統、抽風(fēng)系統、供水系統、水槽以及防火系統構成?；驹硎菍娖釓U氣經(jīng)過(guò)水幕預清洗后通往水旋器，利用旋壓器內的高速氣流的沖擊力將水卷起，從而達到捕集漆霧目的，工藝流程如圖4所示。

該凈化裝置存在問(wèn)題是各相鄰水旋器氣流之間相互干擾，氣流利用率低，使得水旋器霧化效果層次不齊;噴房底部漆泥不容易清除，維修清理困難。

2.1.5小結

不同濕式處理方法雖然在性能、效率、維護等方面存在一些差異，如表3所示，但總體上去除漆霧效率較高。其缺點(diǎn)是漆霧黏附在室壁、管道、水槽中，長(cháng)時(shí)間使用易形成較大漆團堵塞管道，所以還需使用化學(xué)絮凝劑處理漆霧廢水，因此研制成本低、效果好的漆霧絮凝劑是油漆處理行業(yè)的一個(gè)重要課題。表4列舉了噴漆室中常用的油漆絮凝劑種類(lèi)。

2.2干式凈化法

干式凈化法是將噴漆廢氣進(jìn)入過(guò)濾器，利用濾層阻留噴漆廢氣中的漆霧和顆粒物，常用玻璃纖維棉、爐渣等作為濾料。理論上過(guò)濾法可以去除大部分漆霧，并對其中的揮發(fā)性有機物進(jìn)行少量吸附。該方法無(wú)二次污染，不產(chǎn)生廢水;缺點(diǎn)是過(guò)濾不夠*，對設備污染嚴重，易堵塞。從表5可以看出，相對于濕式凈化法，干式凈化法在性能上不夠穩定，但由于美國等已將濕式凈化排放的含涂料廢水視為危險廢棄物，企業(yè)開(kāi)始放棄濕式凈化法，轉而使用沒(méi)有廢水排出的干式凈化法。

3有機廢氣的凈化處理

經(jīng)去除漆霧處理后的噴涂廢氣主要含有揮發(fā)性有機物，其處理技術(shù)包括傳統凈化技術(shù)、新型凈化技術(shù)和復合型凈化技術(shù)。傳統凈化技術(shù)包括吸附法、吸收法、燃燒法和冷凝法等目前應用較廣泛，同時(shí)新型凈化技術(shù)膜分離法、光催化法、生物法和等離子體凈化法等近年來(lái)也得到快速發(fā)展和應用;近年來(lái)一些研究者將這些凈化技術(shù)各自?xún)?yōu)點(diǎn)結合起來(lái)，創(chuàng )新出復合型凈化處理技術(shù)，不斷實(shí)踐和探索組合的處理效果和凈化技術(shù)。

3.1傳統凈化處理技術(shù)

3.1.1吸附法

吸附法是將有機廢氣通過(guò)裝滿(mǎn)吸附劑的填充床，吸附有機物達到減小空氣污染目的。其關(guān)鍵在于選用吸附劑的性能，高性能吸附劑應具有較大吸附容量、均勻的吸附孔徑、易再生等特征。

常見(jiàn)工業(yè)吸附劑主要有活性炭、活性碳纖維、焦炭粉粒、分子篩沸石等?；钚蕴坑捎谄渚哂忻芗奈⒖捉Y構、極大的內表面積、良好的吸附性能、穩定的化學(xué)性質(zhì)，所以能夠適用于噴漆廢氣中VOCs的吸附凈化;但處理濕度大于60%的廢氣，其吸附效果將明顯降低[16];若沒(méi)有再生裝置，更換活性炭增大了運行成本;若采用熱空氣再生容易引發(fā)著(zhù)火。分子篩比活性炭具有耐高溫、不可燃、較強疏水性等特征，可通過(guò)熱空氣再生，對于濕度不高于90%的廢氣也表現出良好的吸附效果。

目前工業(yè)上常用的吸附工藝有固定床、移動(dòng)床、流化床和轉輪式吸附裝置。表6比較了不同吸附工藝優(yōu)缺點(diǎn)。如今歐美、日本等發(fā)達國家已普遍應用轉輪吸附凈化技術(shù)，該技術(shù)主體是一個(gè)裝滿(mǎn)吸附劑的旋轉輪，并根據處理作用的不同劃分為吸附、脫附和冷卻3個(gè)部分。如圖5所示，含有VOCs的噴漆廢氣引入吸附區域，與吸附區中的吸附劑充分接觸吸附，待吸附劑轉入到脫附區與高溫蒸汽或熱空氣接觸，VOCs脫附并隨氣流流出，吸附劑再生;再生后的吸附劑轉移到冷卻區降溫，為下一次吸附作準備。

近幾年，國內對轉輪濃縮技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng )新，研制出可提高吸附濃縮沸石轉輪凈化效率和延長(cháng)沸石轉輪使用壽命的新型再生裝置;郅立鵬等公開(kāi)了一種用活性炭材料摻雜的分子篩吸附濃縮轉輪制備，分別利用活性炭處理高濃度物質(zhì)效果好和分子篩處理低濃度物質(zhì)效果好的特性，解決了轉輪技術(shù)耐高溫性能差的問(wèn)題。濃縮比是評價(jià)轉輪性能的重要指標，高濃度廢氣可選擇低濃縮比確保去除率，低濃度廢氣選擇高濃縮比提高凈化系統整體能效。濃縮后的VOCs需后續技術(shù)凈化處理，工業(yè)上常用蓄熱燃燒或催化燃燒處理，利用熱量回收達到節能目的;也可與其他傳統處理技術(shù)如吸收法、冷凝法或者新型凈化技術(shù)膜分離法、光催化法聯(lián)合使用達到凈化目的。

3.1.2吸收法

吸收法即利用噴漆廢氣中的VOCs氣體在某些溶劑中的高溶解性，用高沸點(diǎn)、低蒸氣壓的油溶性溶劑吸收VOCs的一種凈化方法。吸收法分為物理吸收和化學(xué)吸收，現實(shí)工業(yè)處理過(guò)程一般采用物理吸收，吸收劑是否廉價(jià)、易得、無(wú)害等是需考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。何璐紅等以非離子表面活性劑吐溫-20為主表面活性劑，添加助表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)以及助劑氯化鈉，形成復配水溶液吸收劑處理甲苯為主的VOCs廢氣，甲苯去除率可達到77%。肖瀟等通過(guò)實(shí)驗對比二乙基羥胺、聚乙二醇400、硅油、食用油、廢機油、0#柴油等吸收劑對甲苯廢氣的吸收效果，發(fā)現在相同實(shí)驗條件下二乙基羥胺對甲苯的吸收量大。李甲亮等實(shí)驗研究發(fā)現4%的1,4丁二醇(BDO)對甲苯廢氣具有良好吸收效果，吸收濃度可達43.87mg/L。除物理吸收外，工業(yè)生產(chǎn)中也會(huì )采用氫氧化鈉、次氯酸鈉等堿液或酸液作為吸收劑對廢氣進(jìn)行化學(xué)吸收。表7列舉了目前國內外采用的吸收劑類(lèi)別，并分析了其特性。

通常采用的吸收設備為填料塔或噴淋塔。物理吸收一般采用填料塔設備，如圖6所示。因為填料塔相界面大，氣液接觸時(shí)間和氣液比均可大范圍調節，在分離效率和壓降方面都較，同時(shí)結構簡(jiǎn)單，操作彈性大，成本低，對具有腐蝕性的VOCs廢氣可采用不銹鋼或陶瓷材質(zhì)填料提高耐腐蝕性。相對于填料塔，噴淋吸收塔結構簡(jiǎn)單、阻力小、投資小。在吸收過(guò)程中廢氣在塔內下進(jìn)上出，吸收劑由耐腐泵從塔頂打入液體分布裝置，均勻向下噴淋和廢氣逆流接觸并發(fā)生化學(xué)反應[28]，洗滌后的廢氣經(jīng)噴淋層上方除霧器除去霧滴后從吸收塔頂部排出，如圖7所示。

3.1.3燃燒法

燃燒法是將噴漆廢氣中的有機物燃燒氧化，轉換成CO2和H2O無(wú)害物質(zhì)達到廢氣凈化目的。燃燒法可分為直接燃燒法、熱力燃燒法、催化燃燒法、蓄熱燃燒法等類(lèi)型。

(1)直接燃燒法高濃度可燃有機廢氣宜采用直接燃燒法。直接燃燒法需要足夠高溫度，并保證燃燒空間內擁有足夠氧氣。若氧氣量不足則燃燒不*;若氧氣量過(guò)多，會(huì )使可燃物濃度不在著(zhù)火界限范圍內導致不*燃燒。為防止氣體爆炸，一般在鍋爐或敞開(kāi)的燃燒器中燃燒廢氣，燃燒溫度大于1100℃;但當燃燒不*時(shí)，會(huì )導致一些污染物和煙塵排放到大氣中，同時(shí)燃燒的熱能無(wú)法回收，造成燃料能量損失。

(2)熱力燃燒法低濃度可燃有機廢氣可采用熱力燃燒法處理。濃度低可燃性物質(zhì)導致在燃燒過(guò)程中不足以釋放支持整個(gè)燃燒過(guò)程所需的能量，因此需加輔助燃料作為助燃氣體，通過(guò)燃燒助燃氣體提高熱量，使廢氣達到反應溫度并充分燃燒，如圖8所示。熱力燃燒法溫度一般在500～900℃范圍內，低于直接燃燒法溫度。

(3)催化燃燒法催化燃燒法被視為處理VOCs的一種高效技術(shù)，在催化劑作用下VOCs可在較低溫度下(通常為200～400℃)氧化生成無(wú)污染的CO2和H2O。催化燃燒法無(wú)二次污染，工藝操作簡(jiǎn)單，安全性高，起燃溫度低;但催化劑性能優(yōu)劣決定VOCs凈化效果，因此高性能催化劑選擇和研究開(kāi)發(fā)是高效新型催化燃燒法的核心問(wèn)題，表8表述了常用的催化劑特點(diǎn)。處理高濃度、小風(fēng)量有機廢氣可采用催化燃燒法，但噴漆廢氣風(fēng)量大、VOCs濃度一般低于300mg/m3，不太適合處理噴漆廢氣。

(4)蓄熱燃燒法當有機廢氣濃度不高時(shí)，常規的熱力燃燒和催化燃燒不足以維持自燃，需要額外補充大量熱能，因此宜采用蓄熱燃燒。目前應用的蓄熱燃燒器分兩種：蓄熱式熱力燃燒反應器(RTO)和蓄熱式催化燃燒反應器(RCO)。對于RTO裝置，一般由蓄熱式換熱器、熱力燃燒室和切換閥門(mén)組成，常見(jiàn)的基本形式有二室、三室和多室RTO。二室RTO在進(jìn)行閥門(mén)切換過(guò)程中會(huì )發(fā)生管道殘留有機廢氣同凈化后的廢氣一同排放問(wèn)題，導致在凈化周期內有一半以上時(shí)間內無(wú)法實(shí)現達標排放，凈化效率低于80%;三室RTO在二室RTO的基礎上增加了沖洗室，解決了廢氣未處理就排出問(wèn)題，但閥門(mén)過(guò)多很難實(shí)現同步切換，使未處理廢氣同凈化氣體混合，無(wú)法實(shí)現達標排放;對于多室RTO亦是如此。RCO裝置一般由蓄熱催化爐和旋轉換向閥組成，蓄熱催化爐內分隔成多個(gè)蓄熱催化室，有機廢氣通過(guò)旋轉換向閥的進(jìn)氣口進(jìn)入蓄熱催化室中加熱，待氣體溫度達到200～500℃后通過(guò)另一個(gè)蓄熱催化室，在催化劑作用下得到凈化并釋放熱量，凈化后的高溫氣體被蓄熱體吸收能量并降低溫度，通過(guò)旋轉換向閥的排氣口排出，如圖9所示。蓄熱燃燒技術(shù)優(yōu)勢在于凈化效率高、無(wú)二次污染，同時(shí)實(shí)現能量回收，節約燃料，具有良好應用前景。

3.1.4冷凝法

冷凝回收法是將有機廢氣導入冷凝器中，利用VOCs在不同溫度下蒸氣分壓不同，使VOCs逐步冷凝成液態(tài)的回收[33]。冷凝法適用于處理高濃度、小流量有機廢氣，主要應用于制藥、化工等行業(yè);噴涂、印染等行業(yè)若采用冷凝法，通常先對較低濃度的噴漆廢氣壓縮后再處理。其工藝是將有機廢氣通往預冷級單元預處理，一般溫度控制在5℃，去除所含水蒸氣，避免冷卻級蒸發(fā)器結霜而影響換熱[33];預冷后的有機廢氣通過(guò)冷卻級蒸發(fā)器降溫，溫度控制在–30℃左右，把VOCs冷凝成液態(tài)。冷凝回收操作簡(jiǎn)單，效果穩定，其封閉性受外界溫度和壓力變化影響小，其工作溫度低于冷凝后液體閃燃，較安全，但過(guò)低的冷凝溫度導致能耗高，冷凝設備性能要求和設備投資及運行費用也較高[34]。其中制冷劑選擇對制冷效率以及回收效果有著(zhù)不同影響。表9比較了不同類(lèi)別制冷劑的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1.5小結

傳統有機廢氣凈化技術(shù)應用廣泛，已趨于成熟。在實(shí)際凈化過(guò)程中，需針對不同濃度、流量、成分的廢氣采用適宜技術(shù)。傳統凈化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍總結見(jiàn)表10。

3.2新型凈化處理技術(shù)

3.2.1膜分離法

膜分離技術(shù)是根據廢氣中各組分分子大小不同，利用通過(guò)膜傳遞速率、擴散能力差異實(shí)現分離的技術(shù)。具有流程簡(jiǎn)單、能耗小、運行費用和設備占地面積小的優(yōu)勢，在醫療、食品等行業(yè)膜分離技術(shù)得到了充分重視。膜材料選擇是該技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題，材料結構和化學(xué)性質(zhì)對于分離凈化效果具有影響，表11比較了不同類(lèi)型膜材料結構及其優(yōu)缺點(diǎn)。

近年來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)中嘗試將膜分離同傳統氣體吸收技術(shù)結合起來(lái)，即膜氣體吸收技術(shù)，通過(guò)氣液膜接觸器將氣液兩相分離，再利用驅動(dòng)壓力將氣相組分通過(guò)分離膜擴散到液相中并吸收;關(guān)毅鵬等采用錯流式膜接觸器及海水基吸收液治理燃煤煙氣;姜尚等采用商業(yè)的聚酰亞胺中空纖維致密膜為接觸器，以淡水和海水作為吸收劑捕集CO2;王躍等采用中空纖維膜接觸器，以蛋氨酸合鈷溶液為吸收劑去除NO。該技術(shù)對VOC分離研究鮮見(jiàn)報道，其原因可能是膜容易堵塞。