鐵路涂裝作業(yè)漆霧預(yù)處理方式探討

段建國(guó)，田立紅，劉海嬌，徐 瓊，齊 躍

（1.中國(guó)鐵路武漢局集團(tuán)有限公司 計(jì)劃統(tǒng)計(jì)部，湖北 武漢430071；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京100081；3.中國(guó)鐵路武漢局集團(tuán)有限公司武漢通信段，湖北 武漢430071）

0 引言

鐵路涂裝作業(yè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生涂裝廢氣,涂裝廢氣是指油漆中不形成漆膜而最終揮發(fā)到大氣的有機(jī)化合物(VOCs)和漆霧的混合物,其化學(xué)成分包含烷烴類(lèi)、芳烴類(lèi)、酯類(lèi)、醛類(lèi)等,最常見(jiàn)的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二異氰酸酯等[1]。VOCs是環(huán)境中細(xì)顆粒物PM2.5和臭氧O3形成的前體物,會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)、血液神經(jīng)系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重傷害[2]。因此,需要對(duì)涂裝廢氣進(jìn)行綜合治理,以滿(mǎn)足職業(yè)接觸限值和達(dá)標(biāo)排放的要求。

對(duì)鐵路車(chē)輛檢修噴漆工藝進(jìn)行深化治理,其效益體現(xiàn)在以下方面：通過(guò)防止企業(yè)員工發(fā)生職業(yè)病風(fēng)險(xiǎn)而減少產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失；降低違反《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》等法律法規(guī)產(chǎn)生潛在經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)治理,涂裝廢氣實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放后,全天24小時(shí)均可實(shí)施噴涂作業(yè),提高生產(chǎn)效率。

結(jié)合某鐵路局集團(tuán)公司鐵路車(chē)輛檢修噴漆工藝深化研究項(xiàng)目,探討如何進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)勞動(dòng)者健康的保護(hù),減少職工職業(yè)病的發(fā)生,改善廠(chǎng)區(qū)及周邊地區(qū)的空氣環(huán)境質(zhì)量。在此,重點(diǎn)對(duì)鐵路涂裝作業(yè)治理系統(tǒng)中的漆霧預(yù)處理方式進(jìn)行探討。

1 涂裝廢氣治理系統(tǒng)

鐵路機(jī)車(chē)和車(chē)輛檢修、維修噴涂工藝產(chǎn)生的廢氣屬于大風(fēng)量、低濃度廢氣,針對(duì)這一特點(diǎn),需要綜合高效收集、氣流組織、漆霧預(yù)處理方式,以及設(shè)計(jì)適合的組合型凈化技術(shù)。

由于涂裝廢氣成分復(fù)雜,涉及的污染物種類(lèi)繁多、性質(zhì)各異,目前鐵路車(chē)輛涂裝行業(yè)最常用的組合型污染物治理方式為吸附濃縮+熱氧化還原法[3]。該種治理方式可以實(shí)現(xiàn)吸附材料[4](活性炭、沸石轉(zhuǎn)輪)的在線(xiàn)脫附再生,減少了危險(xiǎn)固體廢物的產(chǎn)生量,同時(shí)又可以徹底凈化VOCs物質(zhì),使其轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。涂裝廢氣治理系統(tǒng)示意如圖1所示。

圖1 涂裝廢氣治理系統(tǒng)示意

噴漆房體為廢氣收集裝置,配置上送下排或端送端排的氣流組織方式,運(yùn)用高效預(yù)處理+組合式高效治理技術(shù),以實(shí)現(xiàn)連續(xù)清潔生產(chǎn)。這一治理方式可以有效針對(duì)涂裝噴漆有機(jī)廢氣污染物的理化特性,以及涂裝廢氣具有的低濃度、大風(fēng)量、易燃燒、間歇性等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)高效治理、穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)能減排和節(jié)省投資。

油漆以漆霧的形式從噴槍中高速?lài)姵?可誘導(dǎo)周?chē)目諝饬鲃?dòng),使漆霧與工件周?chē)目諝饣旌稀Ｓ捎诜磸棜饬骷败?chē)間內(nèi)存在的橫向氣流均會(huì)影響漆霧的運(yùn)動(dòng),并且噴漆工作點(diǎn)位也在不停移動(dòng),多因素耦合使漆霧發(fā)生無(wú)序散發(fā),導(dǎo)致少量未形成漆膜的漆霧存在于噴漆廢氣中?？傮w上,噴漆廢氣中所含漆霧總量不大,粒徑較小,但會(huì)使凈化裝置中的吸附材料發(fā)生堵塞,增加設(shè)備阻力,需在漆霧進(jìn)入凈化設(shè)備前去除。若未經(jīng)處理或處理不當(dāng),漆霧易對(duì)活性炭和沸石轉(zhuǎn)輪微孔造成堵塞使其失效,影響治理系統(tǒng)使用效果,也造成投資成本增加。因此,漆霧預(yù)處理方式的合理選擇和使用,對(duì)于涂裝廢氣治理系統(tǒng)的整體治理效果至關(guān)重要。

2 漆霧預(yù)處理方式

漆霧的預(yù)處理方式有濕式和干式2種,其中濕式預(yù)處理方式包括水簾噴漆室、無(wú)泵水幕噴漆室、水旋噴漆室等；干式預(yù)處理方式包括紙板漆霧過(guò)濾器、玻璃纖維棉、袋式過(guò)濾器等[5]。

2.1 濕式預(yù)處理

2.1.1 水簾噴漆室

水簾噴漆室為濕式漆霧預(yù)處理方式的一種,由水幕板、溢流槽、多級(jí)水簾過(guò)濾器、水簾板、水箱、水泵、渦卷裝置等組成,如圖2所示。

圖2 水簾噴漆室

水簾噴漆室的工作原理：噴漆產(chǎn)生包含漆霧和VOCs物質(zhì)的廢氣,污染物在氣流帶動(dòng)下與水幕相遇,部分漆霧被沖刷到水箱內(nèi)；其余漆霧在通過(guò)多級(jí)水簾過(guò)濾器的過(guò)程中被攔截在水中。

水簾噴漆室的工作流程：水箱、溢水槽、水幕內(nèi)的水形成水循環(huán)系統(tǒng),由水泵將水箱的水提升到多級(jí)水簾過(guò)濾器頂?shù)囊缢?溢水槽滿(mǎn)后溢流的水在水幕板上形成水幕,沖刷、攔截廢氣中的漆霧顆粒后流入水箱,再循環(huán)往復(fù)。

水簾噴漆室中的渦卷裝置和氣水分離擋板可組拼、可拆卸,可組拼能夠充分洗滌分離殘漆和氣水,可拆卸方便維護(hù)保養(yǎng),以解決凈化環(huán)境和方便清理漆渣。同時(shí),為了提高涂裝的上漆率和殘漆捕捉率,需要保證室內(nèi)氣流速度,根據(jù)室內(nèi)氣流速度及對(duì)水幕的無(wú)中斷帶、連續(xù)、均勻、無(wú)水花飛濺等工作要求,還需對(duì)水幕板進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1.2 無(wú)泵水幕噴漆室

無(wú)泵水幕噴漆室將排風(fēng)系統(tǒng)與提水系統(tǒng)合二為一,采用空氣誘導(dǎo)提水形成無(wú)泵的循環(huán)水幕,水經(jīng)過(guò)氣水通道,首先在集氣箱匯集,之后流入溢水槽,經(jīng)溢水槽溢流到泛水板上形成水幕,最終流回水箱,如圖3所示。

圖3 無(wú)泵水幕噴漆室

噴漆污染物在氣流帶動(dòng)下與水幕發(fā)生撞擊并與水混合,部分漆霧滯留在水中；穿過(guò)水簾的噴漆廢氣進(jìn)入氣水通道,通道里的水劇烈攪動(dòng),與噴漆廢氣再次發(fā)生強(qiáng)烈混合,所含漆霧也滯留在水中?；旌嫌袊娖釓U氣的水進(jìn)入集氣箱,流動(dòng)截面變寬,流速突然降低,由于密度差發(fā)生氣水分離；噴漆廢氣經(jīng)過(guò)無(wú)泵水幕噴漆室的漆霧預(yù)處理后進(jìn)入后段凈化系統(tǒng)。

由于無(wú)泵水幕噴漆室不使用水泵循環(huán)供水,系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單,占地隨之減少；克服了因存在水泵供水系統(tǒng)而導(dǎo)致的漆渣堵塞問(wèn)題,設(shè)備性能更加可靠,故障率低,方便使用和維護(hù)；含有漆霧的噴漆廢氣,經(jīng)水幕、水簾及氣水通道時(shí),因水霧強(qiáng)烈的攪拌、充分混和而形成多級(jí)凈化,提高了漆霧的凈化效率。

2.1.3 水旋噴漆室

水旋噴漆室是在采用上送風(fēng)下抽風(fēng)的噴漆室,以水作為介質(zhì),使噴漆廢氣中的漆霧與水在噴漆室下部水池中充分混合的漆霧預(yù)處理設(shè)備,如圖4所示。水旋噴漆室適用于大中型工件涂裝作業(yè)的漆霧預(yù)處理[6]。

圖4 水旋噴漆室

送風(fēng)裝置將新鮮空氣送入噴漆室頂部的均壓室,經(jīng)均流、過(guò)濾后,以一定的斷面風(fēng)速,自上而下均勻送入噴漆室中,涂裝作業(yè)產(chǎn)生的噴漆廢氣隨著氣流進(jìn)入噴漆室下部的水池,水池中的水在水旋器作用下發(fā)生霧化后與噴漆廢氣充分混合,將噴漆廢氣中的漆霧滯留在水中,對(duì)混合有霧化水滴的噴漆廢氣進(jìn)行氣、水分離后,除去漆霧的噴漆廢氣進(jìn)入凈化系統(tǒng),而含漆霧的水流入循環(huán)水池,通過(guò)添加專(zhuān)用凝聚劑凝聚凈化后再經(jīng)循環(huán)水泵送入水池中循環(huán)使用。該處理方式會(huì)產(chǎn)生漂浮的漆渣,需要定期撈出后進(jìn)行深埋或焚燒處理。

由于鐵路涂裝作業(yè)為間斷式生產(chǎn)作業(yè),因而循環(huán)池中的漆膜易板結(jié)、積聚,導(dǎo)致循環(huán)水池和排水溝道內(nèi)的漆污處理困難。循環(huán)水池和排水溝道內(nèi)的漆污需定期清鏟,工作量較大、現(xiàn)場(chǎng)存在明顯惡臭,影響作業(yè)環(huán)境。

綜上,濕式預(yù)處理的方式會(huì)產(chǎn)生大量的水汽,水汽進(jìn)入凈化吸附材料會(huì)影響其吸附性能,降低治理系統(tǒng)的凈化效率。若吸附凈化材料為活性炭,進(jìn)水后的活性炭強(qiáng)度降低,可能造成活性炭的坍塌,存在一定的安全隱患。

2.2 干式預(yù)處理

干式預(yù)處理是指采用排風(fēng)機(jī)帶動(dòng)漆霧通過(guò)地面的干式過(guò)濾裝置將大部分顆粒狀漆霧黏附在干式過(guò)濾器表面；去除漆霧后的空氣通過(guò)凈化裝置,后經(jīng)排風(fēng)機(jī)排放到大氣中,從而達(dá)到凈化廢氣的目的。為提高凈化效率可使用多級(jí)凈化。

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN799,可以將空氣過(guò)濾綿分為初效過(guò)濾G1、G2、G3、G4等級(jí)；中效過(guò)濾F5、F6等級(jí)；高中效過(guò)濾F7、F8、F9等級(jí)；亞高效過(guò)濾H10、H11等級(jí)；高效過(guò)濾H12、H13等級(jí)。合理選擇濾料對(duì)VOCs廢氣凈化系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。濾料的性能,主要指過(guò)濾效率、透氣性、容塵量、耐腐蝕性、阻燃性和強(qiáng)度等,這些都與濾料材質(zhì)和結(jié)構(gòu)有關(guān)[7]。

2.2.1 紙板漆霧過(guò)濾器

紙板過(guò)濾器多由回收利用環(huán)保紙做成,包括雙層網(wǎng)格紙、迷宮紙箱、V型漆霧過(guò)濾紙等,應(yīng)用抽濾除灰原理,容塵能力大、使用期長(zhǎng)。采用紙板作為過(guò)濾器的優(yōu)勢(shì)是過(guò)濾后可作焚燒處理,更為環(huán)保、納污能力強(qiáng),缺點(diǎn)是紙質(zhì)材料存在消防風(fēng)險(xiǎn),過(guò)濾精密度低,對(duì)小顆粒漆霧捕捉能力較弱,需組合其他方式對(duì)小顆粒漆霧進(jìn)行處置,在用于水性漆時(shí)有一定局限。紙板漆霧過(guò)濾器如圖5所示。

圖5 紙板漆霧過(guò)濾器

2.2.2 玻璃纖維棉

玻璃纖維棉是一種膨松的玻纖粗絲做成的過(guò)濾原材料,采用單純性的物理阻攔原理,用于除去較大的漆霧顆粒物；玻璃長(zhǎng)纖維以非織物方式制成,透風(fēng)量大、阻力小,對(duì)漆霧捕集效率佳；高強(qiáng)度的玻璃纖維遞增結(jié)構(gòu)保證了纖維棉的強(qiáng)度；低壓縮性能使其外型保持不變,有利于儲(chǔ)存油霧灰塵；耐燃、耐170℃高溫；價(jià)格低廉,可大量應(yīng)用[8]。玻璃纖維棉對(duì)粒徑在5 μm以上的漆霧顆粒去除效果較好,可作為初效過(guò)濾使用。

2.2.3 袋式過(guò)濾器

袋式過(guò)濾器在風(fēng)機(jī)動(dòng)力的牽引下,過(guò)濾器內(nèi)部、管道及除塵罩口形成負(fù)壓環(huán)境,噴漆廢氣在壓差作用下進(jìn)入過(guò)濾器,漆霧顆粒被截留在布袋表面,氣體物質(zhì)通過(guò)濾袋進(jìn)入凈化系統(tǒng)。隨著截留的漆霧增加,布袋阻力增大,設(shè)備提示清灰,此時(shí)需要通過(guò)脈沖閥輸入脈沖信號(hào),應(yīng)用壓縮空氣將黏附在濾袋表面的漆霧顆粒噴吹下來(lái),并收集在積灰斗,實(shí)現(xiàn)漆霧回收。袋式過(guò)濾器如圖6所示。

圖6 袋式過(guò)濾器

一般來(lái)說(shuō),已使用的布袋由于表面附著顆粒物形成顆粒層,其除塵效果優(yōu)于新布袋；各種材質(zhì)的布袋中,聚四氟乙烯布袋的去除效果最佳。袋式過(guò)濾器可對(duì)1~5 μm粒徑的漆霧顆粒進(jìn)行有效過(guò)濾,可以作為玻璃纖維棉后的中效過(guò)濾段對(duì)全尺寸的漆霧顆粒進(jìn)行過(guò)濾去除。

2.3 預(yù)處理方式比選

漆霧預(yù)處理方式比較如表1所示。

表1 漆霧凈化裝置綜合比較[9]

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,干式漆霧凈化裝置運(yùn)行穩(wěn)定,凈化效率相對(duì)較高,維護(hù)簡(jiǎn)便,沒(méi)有污水產(chǎn)生,推薦選用干式漆霧凈化裝置處理漆霧。干式漆霧預(yù)處理還可采用折流、沉降、吸附組合的預(yù)處理方式。在格柵下為折流板,含漆霧的氣流經(jīng)過(guò)時(shí),大部分漆霧粘附在折流板上；經(jīng)過(guò)折流板后,氣流速度迅速下降,漆霧在重力作用下沉降到坑底(地坑內(nèi)滿(mǎn)鋪塑料薄膜,積漆過(guò)多后更換)；剩余少量的漆霧隨氣流經(jīng)過(guò)回風(fēng)溝側(cè)部的漆霧過(guò)濾裝置(沿長(zhǎng)度方向垂直立鋪),固體顆粒被過(guò)濾棉吸附。漆霧過(guò)濾裝置為板塊式結(jié)構(gòu),便于清理及更換(飽和后的漆霧過(guò)濾棉應(yīng)送進(jìn)焚燒爐焚燒,以免污染環(huán)境)。

鐵路車(chē)輛檢修噴漆工藝深化治理項(xiàng)目中推薦采用多級(jí)過(guò)濾(G4+F5+F7),過(guò)濾效果可達(dá)到F7~F9級(jí)別,過(guò)濾器設(shè)置差壓計(jì),超壓時(shí)報(bào)警更換濾材。多級(jí)過(guò)濾的漆霧預(yù)處理方式可有效保護(hù)后段的凈化吸附材料,延長(zhǎng)凈化吸附材料的使用時(shí)間,從而降低維護(hù)頻次、減少投資成本。

3 結(jié)束語(yǔ)

鐵路涂裝車(chē)間凈化系統(tǒng)的凈化效果取決于良好的設(shè)計(jì),需要考慮漆料種類(lèi)、成分、用量、節(jié)拍、工裝、生產(chǎn)組織等。涂裝廢氣具有低濃度、大風(fēng)量、易燃燒、間歇性等特點(diǎn),適宜采用組合治理方式“吸附濃縮+熱氧化還原法”進(jìn)行治理。漆霧預(yù)處理方式的選擇和設(shè)計(jì)需要與整個(gè)治理系統(tǒng)相匹配,折流、沉降、吸附組合的預(yù)處理方式,漆霧凈化效率高,無(wú)二次污染,不產(chǎn)生廢水,適用于間歇式生產(chǎn)的噴涂車(chē)間。針對(duì)鐵路涂裝組合治理方式為“吸附濃縮+熱氧化還原法”的涂裝車(chē)間,推薦采用多級(jí)過(guò)濾(G4+F5+F7),使過(guò)濾效果達(dá)到F7~F9級(jí)別,有效去除漆霧對(duì)吸附材料凈化效果的影響,實(shí)現(xiàn)高效治理、穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)能減排、降低投資。