4S店涂裝廢氣處理研究進(jìn)展

白　瑞

(重慶工商大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，重慶　400045)

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4S店涂裝廢氣處理研究進(jìn)展

白瑞

(重慶工商大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，重慶400045)

隨著人們需求的增長，汽車在家庭中逐漸普及，而汽車4S店在噴涂環(huán)節(jié)產(chǎn)生的污染也日漸引起人們的重視。本文著重分析和對比了吸附、吸收、冷凝、氧化、低溫等離子和生物法等汽車噴涂工藝過程中廢氣污染的處置方法，并在此分析基礎(chǔ)上介紹了一種新的治理措施：土壤微生物法，本次研究成果可為4S店的噴涂廢氣環(huán)境治理研究提供參考。

涂裝廢氣；生物流化床；二甲苯；土壤微生物法

當(dāng)汽車在4S店維修時，往往需要對汽車進(jìn)行烤漆和噴漆作業(yè)，而汽車4S店在進(jìn)行烤漆噴漆作業(yè)過程會產(chǎn)生大量的強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體。這些氣體中含有大量的苯、甲苯、二甲苯等苯系物等VOCs氣體[1-2]。該類氣體一旦未經(jīng)處理直接排入環(huán)境中，將會對長期暴露于這些氣體中的人群產(chǎn)生嚴(yán)重危害[3-7]。

4S店的涂裝廢氣嚴(yán)重地污染環(huán)境，對涂裝廢氣的治理十分重要。本文通過對涂裝廢氣中主要污染物質(zhì)的各種處理技術(shù)的綜述，以及涂裝廢氣行業(yè)的近期國內(nèi)外發(fā)展的對比，提出一些涂裝廢氣處理技術(shù)可能的發(fā)展趨勢。

1　涂裝廢氣現(xiàn)有處理技術(shù)

近年來，外許多學(xué)者對汽車4S店涂裝廢氣和含苯系物廢氣的治理技術(shù)進(jìn)行了研究，較早的一些傳統(tǒng)技術(shù)有吸附、吸收、冷凝等。近年出現(xiàn)的新技術(shù)有直接氧化、光催化氧化、低溫等離子體、微生物處理等。

1.1吸附法

有機(jī)廢氣的吸附法主要有化學(xué)吸附法和物理吸附法。

崔慶華等[8]選擇檸檬酸鈉、干薄荷提取液等五種吸收劑，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件。結(jié)果表明：相比之下，BDO的吸收效率較好，在工程應(yīng)用上，其具有處理成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。陶德東等[9]對二甲苯廢氣進(jìn)行去除實(shí)驗(yàn)。分別研究了添加無機(jī)鹽等對檸檬酸鈉吸收劑去除二甲苯效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)8%檸檬酸鈉吸收劑分別添加1.5%Tween-80、1.5%Span-80、0.5%硅酸鈉、0.5%磷酸鈉對二甲苯去除效率顯著提高。

物理吸收法成本低操作容易，在簡易處理中被廣泛使用。活性炭是吸附法常用的物質(zhì)之一。顆粒狀活性炭親和力好、氣孔均勻，由于氣體處理時通過距離較長，去除率較低。纖維狀活性炭氣孔孔徑小，直接向外，吸附過程較快。活性炭吸附法用于4S店廢氣處理，其去除效率可達(dá)90%～95%，且價格便宜，但存在以下缺點(diǎn)：隨時間增長吸附效率降低；使用時間有限；需要定期更換；再生處理麻煩；吸附后作為危廢處理需要成本。為提高活性炭的苯吸附容量，

Yao等[10]通過堿液改性活性炭，經(jīng)改性后對苯吸附容量與表面積可達(dá)1210 m2/g和423 mg/g。Tham等[11]通過H3PO4溶液改性，制備了一批活性炭(DSAC)，并考察了不同活性炭對不同含量甲苯廢氣的去除效果，結(jié)果得到活性炭的最大BET比表面積可達(dá)1404 m2/g，最高的甲苯脫除效率為30%H3PO4時。

活性碳纖維是，用超細(xì)纖維如粘膠絲等，經(jīng)高溫炭化，再用水蒸氣活化制成的第三代活性炭產(chǎn)品[11]?；钚蕴坷w維的微孔直接通向外表面，吸附質(zhì)分子內(nèi)擴(kuò)散距離較短，與一般活性炭吸附能力相比要高1～10倍[12]。

1.2吸收法

吸收法是利用相似相容原理，用物理和化學(xué)性質(zhì)相近的物質(zhì)來吸收含苯系物廢氣。吸收法有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、工藝簡潔、易于操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但存在以下制約因素：吸收劑的選擇、吸收劑的回收、再生和二次污染的治理等，使其應(yīng)用受到限制。陳偉等[13]設(shè)計(jì)了一個以廢機(jī)油和鐵屑做成一個循環(huán)噴淋裝置(見圖1)，利用相似相容原理使廢氣被吸收。實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果顯示，苯、甲苯、二甲苯的去除效率均能達(dá)到90%以上。該裝置具有占地小、以廢治廢等優(yōu)點(diǎn)，但也有吸收過程存在有機(jī)氣體揮發(fā)等缺點(diǎn)。

圖1　循環(huán)噴淋裝置

朱勇軍等[14]用檸檬酸鈉水溶液、Tween-80水溶液、新型礦物油及新型礦物油-水作為研究對象，實(shí)驗(yàn)研究對比了幾種吸收劑對二甲苯廢氣的吸收效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：檬酸鈉水體系對二甲苯廢氣吸收能力有限，加入鹽類可小幅增強(qiáng)其水體系對于二甲苯廢氣的吸收效果，其中Tween-80水溶液吸收劑對二甲苯廢氣吸收率較檸檬酸鈉水體系高；新型礦物油-水混合吸收劑中單位體積的吸收率較新型礦物油吸收劑提高46%，且具有再生、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

1.3冷凝法

冷凝法的原理是利用含苯系物廢氣中蒸汽壓不同，通過條件物理性質(zhì)使污染物凝結(jié)，使廢氣得到中的有用成分得到回收，使廢氣得到凈化。李紅霞[15]研究的二級冷凝工藝處理苯系物廢氣結(jié)果表明能夠達(dá)標(biāo)排放。冷凝法處理研究主要是冷凝器的設(shè)計(jì)方面，通過改變冷凝器的結(jié)構(gòu)和散熱等達(dá)到冷凝回收有用物質(zhì)等效果[16-17]。但是由于汽車涂裝廢氣中的污染成分復(fù)雜，有毒物質(zhì)太多，此方法容易帶來二次污染，所以在環(huán)境監(jiān)管嚴(yán)格過后很少再被使用。

1.4氧化法

目前常用的汽車噴涂廢氣氧化處理措施有：蓄熱式熱力氧化技術(shù)(RTO)[18](見圖2)、催化氧化等。

蓄熱式熱氧化器是一種處理中低濃度有機(jī)廢氣的裝置。適用于有機(jī)廢氣濃度在1.0×10-4～2.0×10-2之間的廢氣。

光催化氧化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于廢水的處理，而利用用其處理VOCs廢氣屬于新型技術(shù)。在光照環(huán)境中，TiO2等半導(dǎo)體材料會產(chǎn)生氧化能力強(qiáng)、直接將苯系物轉(zhuǎn)化為無毒無害的無機(jī)物的自由基活性物質(zhì)[19]。這種方法不僅反應(yīng)速度快、處理效果好，還有易回收、不受溶劑影響等優(yōu)點(diǎn)。

姚振華等[20]用二氧化錳/石墨烯臭氧催化氧化甲苯，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：MnO2均勻且較為牢固地錨定于石墨烯表面，同時MnO2的沉積阻止了多層石墨烯的復(fù)合，從而使得復(fù)合物具有較大的比表面積。相同條件下，MnO2/石墨烯相較于單純 MnO2或石墨烯具有很好的臭氧催化氧化甲苯性能。Lu SY等[21]用鎢和五氧化二釩為載體催化納米級二氧化鈦，提高了含苯廢氣的降解效率。

1.5低溫等離子體法

低溫等離子體技術(shù)是通過放電的方式，在得到大量的高能電子和超氧粒子、羥基自由基粒子等活性粒子，將苯廢氣中的苯系物等廢氣轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等無害或低害物質(zhì)。

施耀等[22]用納米TiO2/SMF電極等離子體催化降解油漆廢氣，該研究結(jié)果表明，納米TiO2/SMF電極比未處理的SMF 取得了更高的降解效率，二甲苯降的解效率最高可達(dá)92.1%；并且載氣中的氮?dú)饪梢詷O大地提高納米TiO2/SMF催化電極的催化活性。梁文俊等[23]用低溫等離子體協(xié)同釩鈦催化劑降解甲苯，結(jié)果表明：填充釩鈦系催化劑對甲苯的降解有明顯的促進(jìn)作用，能量密度和臭氧生成量有所降低，能量效率有明顯提高。甲苯降解效率隨反應(yīng)時間延長而緩慢下降，最開始的100 min內(nèi)甲苯降解率從87.5% 下降至83.6%，900 min內(nèi)平均效率能達(dá)到83%。Jiang N等[24]用銀-鍶雙金屬等離子催化降解含苯廢氣，降解效率能達(dá)到96.2%。

1.6生物法

生物處理工藝根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況和微生物的存在形式可分為生物過濾塔系統(tǒng)[25]、生物洗滌塔系統(tǒng)[26]和生物滴濾塔系統(tǒng)(BTF)[27]。生物處理法二次污染小、運(yùn)行費(fèi)用低，適用于中、低濃度有機(jī)廢氣處理。但氣體必須具備水溶性和生物可降解性，反應(yīng)器啟動和廢氣處理過程需要的時間較長，還必須提供微生物生存的必要條件。

生物法處理含苯系物廢氣的原理是通過控制環(huán)境條件，馴化出特定的微生物，微生物利用廢氣中苯系物作為碳源和能源，維持生命活動，同時將其轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等無機(jī)物，從而達(dá)到凈化的目的。生物法處理廢氣在國外已經(jīng)相當(dāng)成熟，近年來逐漸有人用于含苯系物廢氣處理研究。

周敏等[28]用生物滴濾床處理甲苯廢氣，實(shí)驗(yàn)表明，處理效果明顯，能達(dá)到93%去除率。孫珮石等[29]用生物滴濾床處理含苯廢氣，結(jié)果表明，去除效率可保持在90%左右。徐孟孟等[30]用濾袋式膜生物反應(yīng)器凈化二甲苯實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在4～9 ℃的低溫條件下，二甲苯的去除能力隨著停留時間、進(jìn)氣負(fù)荷的增大而提高，最大去除能力可達(dá)到74.3 g/(m3·h)，去除苯系物效率能達(dá)90%，與一般生物滴濾塔的運(yùn)行性能相當(dāng)。在該方法中，微生物主要附著在濾袋表面，且生長良好。R.A.Pandey等[31]用生物過濾器處理含苯廢氣處理利率能達(dá)到97%。

2　土壤微生物處理法

土壤微生物對污染物質(zhì)的降解能力好，土壤法處理廢氣過程中，在廢氣中的有機(jī)成分在被吸附的同時，微生物對其進(jìn)行降解。早在1996年韓國人成日至[32]報道，韓國用土壤微生物來處理企業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的有毒氣體。利用多種具有分解廢氣能力的微生物，去除化學(xué)工廠和食品工廠排放的廢氣中的重金屬及煤煙的臭味，除臭率達(dá)到99.9%。其設(shè)計(jì)原理是：將廢氣加壓后透過土層，使原有成分被粒子吸附或被土壤中的水分溶解，再被土壤中的微生物氧化分解。具體處理過程：將廢氣加壓，按順序通過沙子、磨砂土混合層、一般砂層和培養(yǎng)微生物的磨砂土層這四個土層，將重金屬和有毒物質(zhì)的臭氣、毒氣除掉，成為清潔氣體排入大氣。利用這種土壤微生物廢氣處理設(shè)備處理毒氣，只需要七年更換一次微生物和土壤，即可持續(xù)使用，是一種半永久性設(shè)備。

在此設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，如改變土壤成分或各層填料布局，并馴化不同種類的微生物來處理特種廢氣或混合廢氣。該類研究方向目前尚處于起步階段。

3　結(jié)　語

隨著社會發(fā)展的加快，人們對生活和工作環(huán)境要求逐漸變高，涂裝廢氣中產(chǎn)生的高危害性VOCs氣體產(chǎn)生的高危害性也越來越受到重視。中國對VOCs的治理與管理較弱薄弱，但隨著大氣污染的日益嚴(yán)重，國家對廢氣排放及處置管理力度日趨嚴(yán)格。環(huán)保部在2014年出版了《重點(diǎn)行業(yè)VOCs控制技術(shù)指南》，末端治理要求逐步提高。本文就含苯系物廢氣的治理研究進(jìn)行綜述，可以為含苯系物廢氣的治理提供參考。

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Research Progress on Coating Waste Gas Treatment in 4S Shops

BAI Rui

(College of Environment and Resources, Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400045, China)

The pollution in automobile 4S shops attracted people’s attention with people’s demand increasing and the popularization of cars upon family. The adsorption, absorption, condensation and oxidation, plasma and in car spraying processes such as biological waste gas pollution disposal methods were analyzed and compared, and a new governance measures was proposed, on the basis of analysis of soil microorganisms, 4S shop of spraying waste gas and environmental governance will provide references.

coating exhaust gas; biological fluidized bed xylene; soil microbial method

X701

A

1001-9677(2016)013-0038-03