某重型工業(yè)企業(yè)噴涂項(xiàng)目廢氣治理措施淺析

梁振飛

上海市環(huán)境保護(hù)事業(yè)發(fā)展有限公司

0 引言

噴漆廢氣主要是針對(duì)漆霧和有機(jī)廢氣兩種存在形式進(jìn)行研究，整個(gè)凈化處理過(guò)程分為漆霧處理和有機(jī)廢氣凈化兩部分?，F(xiàn)階段我國(guó)在進(jìn)行漆霧處理時(shí)主要是采用干法凈化和濕法凈化[1]。噴漆廢氣在經(jīng)過(guò)漆霧預(yù)處理后進(jìn)行有機(jī)廢氣處理，處理有機(jī)廢氣時(shí)可以運(yùn)用傳統(tǒng)的吸附法、吸收法、燃燒法、冷凝法和新型的膜分離法、光催化法、生物法、等離子體凈化法等[2]。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為某重型工業(yè)企業(yè)改擴(kuò)建項(xiàng)目，企業(yè)在現(xiàn)有產(chǎn)品工序基礎(chǔ)上增設(shè)噴涂工藝，不新增產(chǎn)品。項(xiàng)目位于現(xiàn)有廠區(qū)內(nèi)車間（171 m×16 m），面積約2 736 m2。車間內(nèi)設(shè)一條涂裝線，分東西兩條不同的懸掛鏈進(jìn)行噴涂，輔助間有一個(gè)調(diào)漆間和一個(gè)油漆暫存區(qū)。項(xiàng)目主要承擔(dān)滑輪組件、車輪、軸承座組件等產(chǎn)品的噴涂工作，噴涂面積約165 000 m2/a。

項(xiàng)目廢氣來(lái)源主要包括噴涂廢氣、擦洗廢氣和拋丸廢氣。針對(duì)噴涂廢氣和擦洗廢氣，提出水簾+干式過(guò)濾+活性炭吸附脫附+二級(jí)冷凝回收工藝；針對(duì)拋丸廢氣，通過(guò)密閉作業(yè)方式進(jìn)行治理。

2 工程分析

2.1 主要工藝流程和產(chǎn)氣環(huán)節(jié)

1）工藝流程

生產(chǎn)工藝流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)見(jiàn)圖1。

2）污染源和污染物分析

根據(jù)工程分析，本項(xiàng)目產(chǎn)氣環(huán)節(jié)及污染物情況見(jiàn)表1。

圖1 涂裝線工藝流程及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)

表1 本項(xiàng)目產(chǎn)污環(huán)節(jié)及污染物匯總

2.2 廢氣污染源分析及治理措施

2.2.1 有組織廢氣污染源的產(chǎn)生及收集措施

本項(xiàng)目廢氣主要來(lái)自于擦洗廢氣、拋丸廢氣、噴涂廢氣、烘干廢氣和活性炭脫附過(guò)程的廢氣。

1）廢氣產(chǎn)生情況

（1）噴涂廢氣：噴涂時(shí)廢氣包括調(diào)漆房（調(diào)漆廢氣和洗槍廢氣）、噴漆房（噴漆廢氣）、烘干室（烘干廢氣）、二級(jí)冷凝回收設(shè)備（二級(jí)冷凝回收廢氣）。廢氣中主要污染物為非甲烷總烴、苯系物（二甲苯、乙苯）、乙酸酯類（乙酸丁酯）、正丁醇。本項(xiàng)目在車間設(shè)有全密閉噴漆室和烘干室，對(duì)半成品進(jìn)行底漆、中層漆和面漆的噴涂作業(yè)，在此過(guò)程中油漆內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)物將揮發(fā)進(jìn)入空氣中。廢氣治理采用顆?；钚蕴课剑苍O(shè)置有6個(gè)活性炭罐體，單個(gè)罐體體積約14 m3，單個(gè)吸附罐活性炭填裝量2 t，合計(jì)填裝量12 t。正常情況下，4 個(gè)罐體并聯(lián)進(jìn)行吸附，1 個(gè)熱氮脫附，1 個(gè)冷卻降溫。本項(xiàng)目涂裝廢氣治理系統(tǒng)圖見(jiàn)圖2。

（2）拋丸廢氣：利用鋼砂對(duì)半成品進(jìn)行表面拋丸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生拋丸廢氣，主要污染物為顆粒物，廢氣經(jīng)濾筒除塵器處理后，通過(guò)2#排氣筒15 m 高排放。本項(xiàng)目拋丸在密閉拋丸室內(nèi)操作，拋丸廢氣治理系統(tǒng)圖見(jiàn)圖3。

（3）擦洗廢氣：在拋丸前須利用擦洗劑對(duì)半成品件進(jìn)行表面擦洗，會(huì)產(chǎn)生擦洗廢氣，廢氣在獨(dú)立擦洗間內(nèi)進(jìn)行收集，廢氣中主要污染物因子包括非甲烷總烴、二甲苯、正丁醇、乙酸丁酯、苯系物、乙酸酯類，廢氣合并到噴漆廢氣處理系統(tǒng)，經(jīng)活性炭吸附處理后通過(guò)1#排氣筒15 m高排放。

（4）噴漆廢氣：調(diào)漆，底漆、中層漆、面漆噴涂和烘干中產(chǎn)生的廢氣。廢氣主要在密閉操作間以微負(fù)壓狀態(tài)進(jìn)行收集，廢氣中主要污染物因子包括非甲烷總烴、二甲苯、正丁醇、乙酸丁酯、苯系物、乙酸酯類。底漆、中層漆、面漆噴涂廢氣采用水簾+干式過(guò)濾棉除漆霧處理后，與調(diào)漆間和烘干室廢氣合并，進(jìn)入活性炭吸附處理后通過(guò)1#排氣筒15 m 高排放。

（5）活性炭脫附廢氣：當(dāng)活性炭吸附飽和后，利用熱氮系統(tǒng)進(jìn)行脫附，脫附廢氣進(jìn)入二級(jí)冷凝系統(tǒng)進(jìn)行冷凝（一級(jí)為鹽水冷凝、二級(jí)為乙二醇冷凝）處理后，剩余廢氣再返回到其他活性炭罐進(jìn)口處，經(jīng)處理后通過(guò)1#排氣筒15 m高排放。

圖2 本項(xiàng)目涂裝廢氣治理系統(tǒng)圖

圖3 本項(xiàng)目拋丸廢氣治理系統(tǒng)圖

2）廢氣收集措施

（1）東側(cè)拋丸底漆懸掛鏈：在上料工位把工件掛上送至擦洗工位，采用溶劑擦洗擦干；然后進(jìn)入拋丸工序。拋丸工序采用懸掛鏈通過(guò)式自動(dòng)拋丸，處理后表面達(dá)Sa2.5 級(jí)。經(jīng)過(guò)拋丸清理后的工件，由懸鏈輸送機(jī)輸送至噴漆室噴涂底漆、流平與烘干，至下料工位處人工下料完成一個(gè)循環(huán)下線。下線后叉車送至西側(cè)中層漆和面漆懸掛鏈繼續(xù)進(jìn)行噴涂。整個(gè)噴漆室、流平室和烘干室為封閉式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部呈微負(fù)壓狀態(tài)。

(2)西側(cè)中層漆和面漆懸掛鏈：在上料工位把工件掛上送至上料工位，由懸鏈輸送機(jī)輸送至噴漆室噴涂中層漆、流平與烘干，至下料工位處完成一個(gè)循環(huán)，再由懸鏈輸送機(jī)輸送至噴漆室噴涂面漆、流平與烘干，至下料工位處下料，成品轉(zhuǎn)運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存。整個(gè)噴漆室、流平室和烘干室為封閉式結(jié)構(gòu)，呈微負(fù)壓狀態(tài)。

擦洗間廢氣、水簾式噴漆室、流平室、烘干室及強(qiáng)冷室合并后進(jìn)過(guò)濾處理，廢氣基本接近常溫，進(jìn)活性炭之前廢氣無(wú)需降溫處理。

整條涂裝線設(shè)置了單獨(dú)的擦洗間、拋丸室、調(diào)漆間、噴漆室、流平室、烘干室，整條涂裝線均采取整體封閉措施（見(jiàn)圖4）。工件通過(guò)輸送掛架自動(dòng)輸送，整個(gè)工件輸送掛架均設(shè)置于封閉空間內(nèi)。為方便工件進(jìn)出，工件裝卸位置附近設(shè)置軟簾門。整條涂裝線內(nèi)部呈微負(fù)壓狀態(tài)。整個(gè)工段的廢氣捕集效率按95%進(jìn)行計(jì)算，無(wú)組織逸散量以5%進(jìn)行計(jì)算。

活性炭脫附過(guò)程時(shí)，脫附用的熱氮?dú)饩ㄟ^(guò)管線輸送至活性炭罐體內(nèi)，脫附過(guò)程時(shí)產(chǎn)生的高濃度廢氣由管線輸送進(jìn)入二級(jí)冷凝回收裝置，冷凝后廢氣再由管道輸送至活性炭吸附裝置，整個(gè)過(guò)程廢氣收集效率以100%計(jì)算。

上述廢氣中，活性炭吸附對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的處理效率估算為90%，水簾+干式過(guò)濾棉對(duì)顆粒物（漆霧）處理效率估算為98.5%。

2.2.2 有組織廢氣污染源的排放及達(dá)標(biāo)分析

1#排氣筒最大排放情況為：①顆粒物排放峰值：底漆噴涂+底漆烘干+中層漆噴涂+中層漆烘干+活性炭脫附；②揮發(fā)性有機(jī)物排放峰值：工件擦洗+底漆噴涂+底漆烘干+面漆噴涂+中層漆烘干+活性炭脫附。1#排氣筒中顆粒物排放峰值和揮發(fā)性有機(jī)物排放峰值不會(huì)同時(shí)發(fā)生，但基于達(dá)標(biāo)性分析及預(yù)測(cè)分析需要，將合并進(jìn)行計(jì)算。另，兩條噴涂懸掛鏈不同時(shí)實(shí)施噴漆工序，由于中層漆和面漆采用同一把噴槍進(jìn)行噴涂，兩者的噴涂廢氣不可能同時(shí)產(chǎn)生，其后續(xù)的烘干過(guò)程也將分開(kāi)，且噴涂過(guò)程中不可能對(duì)噴槍進(jìn)行清洗，調(diào)漆工藝也不會(huì)在噴涂中進(jìn)行。單個(gè)活性炭裝置再生時(shí)間為24 h，前12 h升溫再生，后12 h冷卻降溫，1個(gè)進(jìn)行氮?dú)饷摳皆偕?個(gè)進(jìn)行脫附冷卻，有2個(gè)活性炭吸附罐持續(xù)再生，故可將活性炭再生過(guò)程視為連續(xù)。

2#排氣筒最大排放情況為：間歇式拋丸廢氣排放，每次最長(zhǎng)為4 min。

圖4 改造中的噴涂線現(xiàn)場(chǎng)圖

綜合上述因素，依據(jù)1#排氣筒采用內(nèi)徑（直徑）為1.5 m ，15 m 高空排放；2#排氣筒采用內(nèi)徑（直徑）0.8 m，15 m高空排放；經(jīng)計(jì)算，各排氣筒產(chǎn)排污最大情況見(jiàn)表2。

根據(jù)表2可知，本項(xiàng)目排氣筒的顆粒物、非甲烷總烴、二甲苯、苯系物、乙酸酯類、正丁醇的有組織排放濃度和排放速率均符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB31/933-2015）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。乙苯、乙酸丁酯的排放濃度和排放速率均符合《惡臭（異味）污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/1025-2016)。

2.2.3 無(wú)組織廢氣污染源的產(chǎn)生及排放

本項(xiàng)目中的無(wú)組織廢氣主要來(lái)自噴漆間有機(jī)廢氣。項(xiàng)目設(shè)置單獨(dú)的拋丸室、調(diào)漆間、噴漆室、流平室、烘干室，整個(gè)噴漆室均采取整體封閉措施，工件通過(guò)懸掛鏈自動(dòng)輸送，整個(gè)噴涂室為封閉式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部呈微負(fù)壓狀態(tài)。因此，參照《上海市工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放量通用計(jì)算方法》，全封閉負(fù)壓排風(fēng)，廢氣捕集效率按95%進(jìn)行計(jì)算，無(wú)組織逸散量以5%進(jìn)行計(jì)算。這部分有機(jī)溶劑廢氣通過(guò)生產(chǎn)車間的門窗排出，其主要污染源為非甲烷總烴、二甲苯、乙苯、正丁醇、乙酸丁酯、苯系物、乙酸酯類。

噴漆間的作業(yè)時(shí)間4 800 h/a。根據(jù)物料平衡統(tǒng)計(jì)，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目噴漆過(guò)程物料平衡表無(wú)組織排放數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目無(wú)組織廢氣產(chǎn)生和排放情況匯總見(jiàn)表3。車間內(nèi)部高9 m，長(zhǎng)171 m，寬16 m，但由于其所在建筑被包含在多跨車間（車間僅為其中一跨），整個(gè)建筑實(shí)際寬度為160 m，故無(wú)組織預(yù)測(cè)源修正為長(zhǎng)150 m、寬160 m、高9 m。

2.2.4 廢氣排放情況匯總

項(xiàng)目廢氣的排放量匯總見(jiàn)表4。

表2 有組織廢氣（最大）產(chǎn)生情況及治理措施

表3 本項(xiàng)目無(wú)組織廢氣的產(chǎn)生和排放情況

表4 廢氣的排放量匯總

3 技術(shù)可行性分析

3.1 漆霧治理可行性分析

項(xiàng)目的漆霧治理主要采用水幕除漆霧+干式漆霧過(guò)濾裝置的兩級(jí)處理來(lái)凈化噴漆廢氣中的漆霧，可有效避免二次污染及保護(hù)活性炭?jī)艋b置。

1）水簾濕法凈化系統(tǒng)

水簾濕法凈化系統(tǒng)采用濕式漆霧治理技術(shù)。水簾噴漆室在噴漆臺(tái)前安裝水簾墻，水簾墻后有大功率風(fēng)機(jī)抽氣，從頂部到水簾墻后面形成空氣對(duì)流，水簾將廢氣中的油漆粒子帶入到水里。同時(shí)，水簾式噴漆室的水簾用水循環(huán)使用，定期更換；漆渣定期撈出。根據(jù)《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》，水幕除漆霧處理系統(tǒng)漆霧捕集效率≥85%。

2）漆霧過(guò)濾裝置

漆霧過(guò)濾裝置采用干式漆霧治理技術(shù)。漆霧過(guò)濾裝置采用玻璃纖維濾料來(lái)捕集漆霧，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、容塵量大、易清理、能阻燃、無(wú)二次污染等特點(diǎn)。根據(jù)《漆霧高效干式凈化法的關(guān)鍵——過(guò)濾材料》[3]，干式過(guò)濾裝置對(duì)漆霧的凈化效率可達(dá)90%～95%。

3）達(dá)標(biāo)可行性分析

通過(guò)上述凈化措施，漆霧去除效率可保證達(dá)到98.5%以上。本項(xiàng)目?jī)艋蟮钠犰F排放濃度和排放速率均能達(dá)到《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB931-2015）。因此，漆霧采用水簾式濕法凈化系統(tǒng)+漆霧過(guò)濾裝置處理是可行的。

3.2 涂裝有機(jī)廢氣活性炭吸附的可行性分析

1）工藝流程

“活性炭吸附脫附+二級(jí)冷凝回收”的方法采用活性炭吸附、熱氮脫附和二級(jí)冷凝回收三種組合工藝凈化有機(jī)廢氣。

根據(jù)《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ2026-2013）中的規(guī)定，吸附裝置的凈化效率不得低于90%。

2）主要工藝特點(diǎn)及主要參數(shù)控制

(1）本項(xiàng)目底漆采用一條懸掛鏈進(jìn)行涂裝，中層漆和面漆共用一條懸掛鏈進(jìn)行涂裝。正常情況下，兩條懸掛鏈不同時(shí)工作。共設(shè)六個(gè)活性炭吸附罐，正常情況為四并聯(lián)吸附二脫附，每個(gè)罐單體體積14 m3，吸附罐采用顆?；钚蕴浚瑔蝹€(gè)罐活性炭填充量2t。脫附為連續(xù)過(guò)程，持續(xù)時(shí)間為24 h，其中12 h 升溫脫附，12 h 降溫冷卻，為了保證吸附效果，每次脫附2個(gè)活性炭罐，設(shè)置每天自動(dòng)切換，通過(guò)管路切換確保輪流脫附，脫附廢氣進(jìn)入二級(jí)冷凝回收裝置。

(2）根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，14 m3單個(gè)的活性炭吸附罐一年更換6 個(gè)，即在均勻使用的前提下，活性炭吸附罐每年整體更換一次。

(3）1#排氣筒廢氣量為62 500 m3/h，其廢氣進(jìn)入4個(gè)活性炭吸附罐的平均氣量為15 625 m3/h，單個(gè)吸附罐直徑1 900 mm，長(zhǎng)度5 500 mm，單體體積14 m3，吸附截面積約10 m2，填裝活性炭層厚度約400 mm，單個(gè)罐體活性炭填裝量4 m3，即2 t，可確保廢氣吸附流速小于0.5 m/s，各設(shè)計(jì)參數(shù)符合《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)技術(shù)要求。

3）達(dá)標(biāo)可行性分析

本項(xiàng)目有機(jī)廢氣選用“活性炭吸附脫附”的方法進(jìn)行處理，根據(jù)工程分析可知，有機(jī)廢氣的綜合治理效率達(dá)到90%以上。經(jīng)處理后，VOCs(以非甲烷總烴考核)、二甲苯、苯系物滿足當(dāng)?shù)亍洞髿馕廴疚锞C合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/933-2015)中的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；乙酸丁酯、乙苯、臭氣濃度滿足當(dāng)?shù)亍稅撼簦ó愇叮┪廴疚锱欧艠?biāo)準(zhǔn)》(DB 31/1025-2016)排放限值要求。

3.3 VOCs冷凝回收的可行性分析

本項(xiàng)目產(chǎn)生的有機(jī)溶劑廢氣選用“活性炭吸附脫附+二級(jí)冷凝回收”的方法進(jìn)行處理。脫附廢氣經(jīng)二級(jí)冷凝回收裝置治理后排放。

1）冷凝回收的原理

一般情況下，冷凝法多用于高濃度揮發(fā)性有機(jī)物的回收。

2）主要工藝特點(diǎn)及主要參數(shù)控制

(1）首先采用電加熱方式對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行加熱，加熱后的氮?dú)鈱?duì)罐體內(nèi)活性炭進(jìn)行加熱脫附，脫附溫度為130 ℃，單個(gè)罐體脫附需要12 h，經(jīng)加熱后，廢氣中氣體溫度大于100 ℃。

(2）脫附廢氣先進(jìn)入二級(jí)冷凝回收裝置，冷凝回收廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物。本項(xiàng)目擬采取二級(jí)冷凝，一級(jí)采用冷凍鹽水，鹽水進(jìn)口溫度維持在-10 ℃，廢氣出口溫度設(shè)計(jì)要求為30 ℃；二級(jí)采用冷凝液乙二醇，乙二醇進(jìn)口溫度維持在-20 ℃，廢氣出口溫度設(shè)計(jì)要求為0 ℃。以廢氣中主要污染物二甲苯為例，根據(jù)《化工物性算圖手冊(cè)》中的查表數(shù)據(jù)，保守推算本項(xiàng)目一級(jí)冷凝效率80%，二級(jí)冷凝效率60%。

(3）整個(gè)冷凝過(guò)程中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)冷凝氣體進(jìn)行監(jiān)控，并調(diào)節(jié)氣體流速及冷凝液溫度，以便達(dá)到最大化的冷凝效果。

(4）為減少活性炭脫附過(guò)程中的廢氣產(chǎn)生污染，冷凝后的廢氣通過(guò)再次返回到其他活性炭罐進(jìn)行吸附。由于冷凝后廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物的濃度很低，再次進(jìn)入廢氣處理系統(tǒng)后被大風(fēng)量稀釋，活性炭吸附處理效率保守取值為20%，故活性炭脫附過(guò)程產(chǎn)生的廢氣（從氮?dú)饷摳胶罄淠交钚蕴课胶螅┑木C合處理效率計(jì)算結(jié)果為1-1×（1-80%）×（1-60%）×（1-20%）=93.6%，廢氣經(jīng)處理后通過(guò)15 m排氣筒（1#）高空排放。

3）達(dá)標(biāo)可行性分析

本項(xiàng)目脫附廢氣“二級(jí)冷凝回收”并重新進(jìn)入活性炭吸附的處理方式可行，經(jīng)處理后，VOCs(以非甲烷總烴考核)、二甲苯、苯系物滿足上海市《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/933-2015)中的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；乙酸丁酯、乙苯、臭氣濃度滿足上海市《惡臭（異味）污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/1025-2016)排放限值要求。

因此，本項(xiàng)目產(chǎn)生的有機(jī)廢氣采用“活性炭吸附脫附+二級(jí)冷凝回收”裝置處理是可行的。

4 結(jié)論

水簾濕法凈化系統(tǒng)采用濕式漆霧治理技術(shù)，漆霧過(guò)濾裝置采用干式漆霧治理技術(shù)。通過(guò)上述凈化措施，漆霧去除效率可保證達(dá)到98.5%以上。本項(xiàng)目?jī)艋蟮钠犰F排放濃度和排放速率均能達(dá)到《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB931-2015）。因此，本項(xiàng)目漆霧采用水簾式濕法凈化系統(tǒng)+漆霧過(guò)濾裝置處理是可行的。

有機(jī)廢氣選用“活性炭吸附脫附+二級(jí)冷凝回收”的方法進(jìn)行處理，根據(jù)工程分析可知，有機(jī)廢氣的綜合治理效率達(dá)到90%以上。經(jīng)處理后，VOCs(以非甲烷總烴考核)、甲苯、二甲苯、苯系物滿足當(dāng)?shù)亍洞髿馕廴疚锞C合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/933-2015)中的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；乙酸丁酯、乙苯、臭氣濃度滿足當(dāng)?shù)亍稅撼簦ó愇叮┪廴疚锱欧艠?biāo)準(zhǔn)》(DB 31/1025-2016)排放限值要求。因此，本項(xiàng)目有機(jī)廢氣采用活性炭吸附脫附+二級(jí)冷凝回收處理也是可行的。