鋁材粉末噴涂固化熱處理有機廢氣研究

王彥俊，張 帆，洪 雨，徐海洋，石 玲，陳 堯

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003 )

鋁加工行業(yè)粉末噴涂技術(shù)是近年來迅速發(fā)展起來的一項表面處理技術(shù)，原材料采用飽和聚酯樹脂，經(jīng)靜電噴涂技術(shù)成功實現(xiàn)鋁型材表面處理，其工藝綠色環(huán)保，可以滿足不同的耐候性能要求。粉末噴涂其原理主要是用靜電把干燥粉末吸附在需要噴涂的金屬鋁型材上，經(jīng)過200 ℃以上高溫固化成一層約60 μm厚堅固光亮的涂層[1]。本文主要研究粉末噴涂工藝過程中容易被忽視的一個環(huán)節(jié)，表面固化處理產(chǎn)生的有機廢氣的處理措施。

1 固化爐工藝及有機廢氣組份分析

1.1固化爐工藝簡介

鋁型材表面經(jīng)過粉末噴涂工藝之后，必須經(jīng)過一定溫度的烘烤，烘烤溫度大約180～220 ℃；時間10～20 min；之后鋁型材表面的粉末能熔融流平或交聯(lián)固化成膜，最終滿足相關(guān)產(chǎn)品要求[2]。

本文項目使用的立式生產(chǎn)線的干燥爐和固化爐的爐體相連，固化風(fēng)機總風(fēng)量為20000 m3/h，非甲烷總烴產(chǎn)生濃度為180～260 mg/m3，項目年運行時間為7200 h，尾氣排放溫度為150～180 ℃，經(jīng)過處理措施后，可以實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

1.2固化爐有機廢氣收集方法

根據(jù)生產(chǎn)線條件，產(chǎn)品在噴涂固化過程中是流動生產(chǎn)形式，固化爐兩端為敞開式，固化爐本身靠電加熱，噴涂后的型材經(jīng)過固化爐加熱將產(chǎn)生有機廢氣，最終從固化爐兩端無組織排放，污染環(huán)境，影響人員身體健康。本項目首先監(jiān)控有機廢氣無組織排放濃度指標(biāo)，其次針對固化爐兩端新增集氣罩，將有機廢氣無組織排放變?yōu)橛薪M織排放，根據(jù)有機廢氣的濃度論證環(huán)保設(shè)備最佳方案，從而降低有機廢氣排放濃度。

1.3有機廢氣組份分析

固化爐烘干產(chǎn)生的廢氣主要成分為：氮氣約占廢氣總量的77.4%，氧氣約占廢氣總量的20.3%，水分(水蒸氣)約占廢氣總量的2.2%，有機廢氣約占廢氣總量的0.1%。

正常運行時風(fēng)量為15000～18000 m3/h，尾氣排放溫度為150～180 ℃。

2 有機廢氣處理措施

國內(nèi)外廢氣中的揮發(fā)性有機物的處理技術(shù)主要分為兩類：一是回收類方法，主要有冷凝法、吸附法、吸收法和膜分離法等；二是消除類方法，主要有生物法、燃燒法、催化氧化法和低溫等離子體法等。

風(fēng)量為15000～18000 m3/h屬于大風(fēng)量廢氣；有機廢氣產(chǎn)生濃度經(jīng)實際測量為180～260 mg/m3，屬于低濃度廢氣；廢氣的排放溫度為150～180 ℃。經(jīng)過以上分析，初步選擇該有機廢氣的處理工藝，可以選擇吸附法、低溫等離子體法以及生物法。

2.1生物法處理有機廢氣

廢氣中的揮發(fā)性有機物擴散通過氣膜并被吸附在濕潤的生物膜表面，吸附在生物膜表面的有機污染物被其中的微生物捕獲并吸收，進(jìn)入微生物細(xì)胞的有機污染物在微生物體內(nèi)的代謝過程中作為能源和營養(yǎng)物質(zhì)被分解，最終轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。

本項目進(jìn)行了實驗室小試，模擬項目廢氣，在實驗室進(jìn)行微生物培養(yǎng)，在微生物活性較好時進(jìn)行了中試。結(jié)果表明，廢氣即使是在降溫后(40～70 ℃)進(jìn)行處理，也未能取得較好的處理效果。分析其主要原因：廢氣溫度高，有機物分子量較大，生物降解困難；且溫度煙氣過高，不利于微生物生存、繁殖，極易造成微生物的大量死亡。因此，不宜采用生物法處理。

2.2低溫等離子體法

低溫等離子體技術(shù)是指在外加電場的作用下，在常溫常壓下介質(zhì)放電會產(chǎn)生大量的高能電子，利用高能電子氧化、降解有機廢氣，使VOCs最終轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)[3]。

低溫等離子體技術(shù)的優(yōu)點主要有：VOCs的去除率高、無二次污染問題、高低濃度的有機廢氣都可以處理。但是能耗比較高，并且裝置會受反應(yīng)器結(jié)構(gòu)影響[4]。

其特點占地面積??；投資成本低；運行費用較高；處理有機廢氣的效果好；適用于中低濃度有機廢氣、風(fēng)量較大的情況。

采用低溫等離子體法處理有機廢氣的試驗，有機廢氣進(jìn)口濃度為242 mg/m3，經(jīng)低溫等離子體法處理后，有機廢氣出口排放濃度為18.2 mg/m3，處理效率為92.5%，處理效果較好。

2.3活性炭吸附法

通過活性炭對有機廢氣進(jìn)行吸附，該方法比較常見，凈化率高，設(shè)備簡單、投資成本低；缺點是吸附容量有限，需要經(jīng)常更換，運行成本高，廢活性炭還需要按照危廢進(jìn)行處置，不適宜濕度大的環(huán)境使用[5]。

采用活性炭吸附法處理有機廢氣的試驗，有機廢氣進(jìn)口濃度為236 mg/m3，經(jīng)活性炭吸附法處理后，有機廢氣出口排放濃度為19.8 mg/m3，處理效率為91.6%，處理效果較好。

2.4低溫等離子體與活性炭吸附法比較

經(jīng)過實際測試，低溫等離子體法與活性炭吸附法處理效果幾乎相同，現(xiàn)將兩種方法的優(yōu)缺點對比如下：

低溫等離子技術(shù)的優(yōu)點主要有：VOCs的去除率高，占地面積小，設(shè)備維護保養(yǎng)較為便捷，有利于生產(chǎn)。

低溫等離子技術(shù)的缺點主要有：在實際應(yīng)用過程中，有中間產(chǎn)物或二次產(chǎn)物生成，并最終排放，設(shè)備在實際運行時還存在一定波動[6]，在處理單一污染物有機廢氣時效果較好，在處理復(fù)雜有機廢氣時效率有所降低。

活性炭吸附法的優(yōu)點主要有：VOCs的去除率高，占地面積小，設(shè)備穩(wěn)定性好，設(shè)備簡單、投資成本低，如采用2組活性炭吸附裝置并聯(lián)，可以做到連續(xù)生產(chǎn)。

活性炭吸附法的缺點主要有：活性炭吸附容量有限，需要經(jīng)常更換，運行成本高，產(chǎn)生廢活性炭二次污染物，且屬于危險廢物，增加了企業(yè)運行、處置成本。活性炭需要人工進(jìn)行更換，具有一定周期性。

3 分析與結(jié)論

經(jīng)過實際測試，低溫等離子體法與活性炭吸附法處理效果幾乎相同，經(jīng)過實際對比和經(jīng)濟效益核算，該項目目前采用活性炭吸附法作為固化爐烘干廢氣處理措施。

目前，有關(guān)低溫等離子技術(shù)處理VOCs的研究很多，但是實際應(yīng)用還不是很成熟。能量利用效率低，電源要求高，反應(yīng)產(chǎn)物的控制以及反應(yīng)動力學(xué)都還不成熟。放電反應(yīng)過程中的中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物的分析還不完善，工業(yè)應(yīng)用供理論依據(jù)略有不足。

活性炭廣泛應(yīng)用于空氣凈化、水處理、化工、食品、汽車等生活中的各個領(lǐng)域，工藝傳統(tǒng)穩(wěn)定。由于本項目固化爐烘干廢氣溫度較高(150～180 ℃)，使活性炭吸附效率有所下降，但是依然可以滿足廢氣達(dá)標(biāo)排放的要求。因此，本項目采用活性炭吸附法作為固化爐烘干廢氣處理措施。

通過分析，以期能對同類工程應(yīng)用產(chǎn)生指導(dǎo)借鑒作用。