淺談噴漆有機廢氣的治理方法

高 雷

（安徽一二三環(huán)?？萍加邢薰荆不?宣城 242000）

近年來，國務(wù)院及各級生態(tài)環(huán)境主管部門不斷出臺、更新關(guān)于環(huán)保的法律法規(guī)、排放標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)技術(shù)規(guī)范，也在不斷完善管理制度，以及不斷提升監(jiān)管設(shè)施的精度與效果，從而使生態(tài)環(huán)境保護(hù)的監(jiān)督管理措施更加嚴(yán)格和細(xì)化。而在這些工作當(dāng)中，加強末端治理和進(jìn)行污染源控制是有效提升環(huán)境治理效果、促進(jìn)環(huán)境保護(hù)的重要方式。

1 噴漆有機廢氣概述

在噴漆過程中，使用的高粘度涂料主要包括稀釋劑、固化劑以及基礎(chǔ)涂料，所以會產(chǎn)生能揮發(fā)的有機化合物，比較常見的有二甲苯、丁醇、甲苯、溶劑以及乙酸丁酯等，以上這些物質(zhì)都可以統(tǒng)稱為揮發(fā)性有機物。而在對有機廢氣進(jìn)行處理前，專業(yè)人員需先采集有機廢氣樣本，再通過系統(tǒng)地研究和檢測有機廢氣的含量和成分，并以此為依據(jù)，來開展科學(xué)、有針對性的處理措施，以此達(dá)到消減廢氣中有害物質(zhì)的含量以及減少環(huán)境污染的目的。目前，在揮發(fā)性有機廢氣的處理方法中，比較常用的是吸附、燃燒、等離子體、萃取等治理方法。但在實際應(yīng)用中，各企業(yè)應(yīng)從投資成本、使用壽命、清潔效率等方面來選擇相應(yīng)的處理方式，并以此對噴漆廢氣的污染進(jìn)行科學(xué)、適當(dāng)處置。

2 噴漆有機廢氣的危害

在噴漆時過程中產(chǎn)生的有機廢氣，由于其主要包含苯、甲苯、二甲苯等成分，所以，與二氧化硫等常見的無機廢氣相比，這些有機廢氣的毒性更強，對人體健康的危害更嚴(yán)重，甚至可能致癌；且這些有機廢氣更容易在大氣中通過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而形成光化學(xué)污染的前體物；還有可能會通過降水等形式對土壤和地下水環(huán)境造成嚴(yán)重破壞[1]。在某些情況下，當(dāng)噴漆噴涂產(chǎn)生的有機廢氣擴散時，部分漆霧會隨著有機溶劑懸浮在空氣中，而當(dāng)這些物質(zhì)的濃度達(dá)到相應(yīng)的臨界點時，如果噴漆工段的操作人員把這些物質(zhì)吸入體內(nèi)，將會對人體的健康，特別是造血系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和心臟，產(chǎn)生非常不利的影響。而這些影響不僅會對人體功能造成嚴(yán)重?fù)p害，還會使人們因免疫系統(tǒng)能力下降而導(dǎo)致頭暈、眼花、辨別能力下降、嗅覺失常等各種不適，更有可能引發(fā)癌癥、白血病、心腦血管疾病等各類惡性疾病。因此，在氣溶膠涂料的排放控制過程中，相關(guān)技術(shù)人員和操作人員必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行廢氣處理，并采取有效的預(yù)防措施。

3 噴霧凈化

在對噴漆過程中產(chǎn)生的有機廢氣進(jìn)行處理和凈化時，需先對噴漆過程中產(chǎn)生的固體顆粒進(jìn)行有效去除、處理和吸附。在實際處理過程中，有效減少有機廢氣中的固體污染物含量，一方面是避免這些黏性顆粒物對后續(xù)處理工段造成堵塞，影響處理效率，另一方面是使廢氣成分更為單一，好為有機廢氣的后續(xù)處理提供有利條件。

3.1 噴霧濕式凈化技術(shù)方案

一般來說，噴漆漆霧的濕式凈化方案主要包括水簾凈化法、無泵凈化法和水璇凈化法。在實際應(yīng)用中，這三種凈化方式是噴漆凈化的主要技術(shù)方案。①水簾凈化法是利用水簾過濾器篩除水中的清漆和霧氣，以減少室內(nèi)的清漆和霧氣。其中，一部分清漆霧進(jìn)入清漆霧室，與水簾相連，再通過濾水簾進(jìn)入水箱，水泵和溢流連接機構(gòu)形成水簾。②無泵凈化法主要是指在遇到水簾時，沒有泵送至噴漆室的噴漆廢氣，通過水簾和水管的驅(qū)動將水和氣體從儲層箱中分離出來。③水璇凈化法是通過噴霧捕集器進(jìn)行處理，該捕集器用于噴漆室的進(jìn)出，通過水，進(jìn)入空氣平衡室。漆霧顆粒被水捕集，凈化后的廢氣會通過排氣系統(tǒng)排入后續(xù)處理工段。而含噴漆顆粒的水經(jīng)過凝結(jié)、過濾和凈化也可以實現(xiàn)重復(fù)使用。通過使用發(fā)現(xiàn)，水璇凈化法的凈化效果優(yōu)于前兩種工藝凈化系統(tǒng)，其漆霧凈化率可達(dá)98%以上，說明了這個凈化系統(tǒng)效率很高。

3.2 噴霧干式凈化技術(shù)方案

在噴涂處理過程中，上述濕法凈化技術(shù)可以起到一定的凈化作用，可顯著減少噴漆顆粒排放到大氣中[2]。但濕噴凈化技術(shù)必須使用水，在這種情況下，一方面會使處理系統(tǒng)變得復(fù)雜而臃腫，另一方面也可能會增加水污染物導(dǎo)致進(jìn)一步污染的危險性。因此，目前一般會采用過濾凈化法等干式凈化技術(shù)方案。在實施此類干式過濾凈化技術(shù)時，噴漆廢氣被負(fù)壓吸入干式過濾箱中，再通過合理的風(fēng)道安排，盡量讓廢氣與更大表面積的吸附介質(zhì)進(jìn)行接觸，同時通過使用不同層級的吸附介質(zhì)來對噴漆廢氣中不同粒徑的懸浮物顆粒進(jìn)行有效捕集，從而實現(xiàn)過濾漆霧的目的。與濕式洗滌技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行對比，干式凈化技術(shù)方案對噴霧室或噴漆房的結(jié)構(gòu)要求相對較低，能耗也比較小。此外，該凈化技術(shù)方案使用的吸附介質(zhì)、填料相對便宜，其運行成本投入少，但凈化效率高，所以，可進(jìn)行大范圍的推廣應(yīng)用。

4 噴漆有機廢氣的治理方法

4.1 吸附法

吸附法主要是使用吸附劑等比較有吸附能力的材料對廢氣進(jìn)行吸附處理。在實際應(yīng)用中，經(jīng)常使用的吸附劑主要是活性炭和沸石，且兩者都是多孔的。相比活性炭而言，沸石具備優(yōu)點更多，如無損耗、不易燃、安全性高以及穩(wěn)定性強等，因此，越來越多的大中型企業(yè)，如汽車制造商，在選擇吸收性材料時普遍傾向于使用沸石。但對比活性炭，沸石的價格往往是活性炭的數(shù)倍，因此，家具行業(yè)和電動自行車制造企業(yè)等中小型企業(yè)，通常只使用以活性炭為主材的吸附介質(zhì)。而常見的以活性炭為主材的吸附介質(zhì)主要包括活化碳纖維和蜂窩狀活性炭。此外，為了進(jìn)一步降低吸附材料的更換成本，并減少更換過程中產(chǎn)生的固體廢棄物和危險廢物的數(shù)量，一些企業(yè)往往會將活性炭、沸石等吸附材料與相關(guān)再生裝置聯(lián)用，從而達(dá)到重復(fù)利用吸附介質(zhì)的效果。目前，常見的再生裝置主要為熱風(fēng)再生方案，即吸附介質(zhì)在常溫或接近常溫的條件下吸附污染物，而在需要重新使用前再通過熱空氣讓吸附介質(zhì)進(jìn)行脫附，使之重新活化并再次具備吸附能力。

4.2 冷凝法

通常，冷凝法主要是運用降低系統(tǒng)的溫度或者增加系統(tǒng)的壓力，先把蒸汽中的有機污染物冷凝成液體，然后再將其與噴漆廢氣進(jìn)行有效分離。冷凝法可分為直接冷凝以及吸附濃縮后進(jìn)行冷凝的兩種方式[3]。在實際應(yīng)用中，冷凝法的投資成本相對較高，能耗也非常大，因此，一般規(guī)模較小的企業(yè)通常不使用該方法處理噴漆廢氣中的有機氣體。但對于大型企業(yè)，如汽車制造企業(yè)、集裝箱生產(chǎn)企業(yè)等，由于產(chǎn)量較大，且冷凝的有機溶劑可以重復(fù)使用，所以，采用冷凝有機廢氣處理技術(shù)的優(yōu)勢會更為明顯。應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行廢氣處理時，其凈化效率可達(dá)95%以上，而且，回收的有機溶劑可直接再次利用，還不會改變原有的組分，真正達(dá)到了資源回收、重復(fù)利用的目的。

4.3 吸收法

吸收法主要是化學(xué)吸收方法，是通過廢氣中的污染物與吸收劑中的活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，將廢氣中的有機物變?yōu)橐簯B(tài)或固態(tài)的化合物，且固定于吸收介質(zhì)中。目前，常見的化學(xué)吸收介質(zhì)有固態(tài)和液態(tài)兩種，固態(tài)即為在廢氣風(fēng)道中設(shè)置多重濾網(wǎng)，并在濾網(wǎng)上采用噴涂或其他方式固定活性化學(xué)成分，使之與空氣中的揮發(fā)性有機物接觸并發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而捕集固化的方式。而液態(tài)吸收介質(zhì)則是讓噴漆廢氣通過溶解有活性化學(xué)成分的水或其他溶劑，在其發(fā)生反應(yīng)后使揮發(fā)性有機物滯留于液體中的方式。但在實際應(yīng)用中，吸收法存在較大局限，如：一是必須明確廢氣中的有機化合物種類，才能選擇針對性的化學(xué)吸收組分（活性化學(xué)成分）；二是此類方法對于處理復(fù)合組分的有機廢氣效果一般；三是需要經(jīng)常更換化學(xué)吸收介質(zhì)，但這樣會造成廢吸收網(wǎng)、廢吸收液等額外污染物的產(chǎn)生。因此，這種方法還沒有得到廣泛應(yīng)用。

4.4 燃燒法

4.4.1 直接燃燒法

該方法主要是針對燃料濃度相對較高的有機廢氣，但應(yīng)用直接燃燒法需要廢氣中的可燃有機物濃度足夠高，并具備相應(yīng)的燃燒空間，以及有相對充足的氧氣。在實際應(yīng)用該方法時，如果存在氧氣不足的情況，會很難進(jìn)行完全燃燒，如果空間不足，也容易造成燃燒不完全的情況。因此，只有當(dāng)燃燒溫度達(dá)到1 100 ℃或以上，絕大部分種類的有機物才會被徹底氧化為二氧化碳和水等，從而達(dá)到凈化效果。但若沒有進(jìn)行完全燃燒，如存在廢氣停留時間不足、燃燒溫度不夠等情況時，噴漆廢氣中的揮發(fā)性有機物很有可能會沒有被徹底氧化，造成處理效果不佳，導(dǎo)致其直接進(jìn)入大氣層，從而會污染環(huán)境。

4.4.2 熱燃燒法

低濃度有機可燃?xì)怏w可通過熱燃燒處理，即當(dāng)廢氣中揮發(fā)性有機物等的可燃物濃度較低時，可通過額外補充天然氣等燃料，以此支持整個燃燒過程中所需的能源，并補足因廢氣濃度較低而缺失的完全氧化的能量。一般情況下，熱燃燒溫度通常在500～900 ℃之間，會低于直接燃燒溫度。

4.4.3 催化燃燒法

催化燃燒主要是利用催化劑大幅降低反應(yīng)活化能的原理，使被加熱的有機廢氣通過催化劑載體（通常為多孔陶瓷載體），在其與催化劑表面接觸過程中，與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，變?yōu)槎趸?、水等物質(zhì)的方法。在實際應(yīng)用中，由于催化劑大幅降低了反應(yīng)活化能，使揮發(fā)性有機物能夠在低溫（通常為200～400 ℃）環(huán)境下被氧化。因加熱溫度不高，通?？墒褂秒娂訜岬姆绞竭M(jìn)行升溫。催化燃燒法不會產(chǎn)生二次污染，操作起來也非常簡單，且由于點火的溫度較低，所以具有很強的安全性，但催化劑的性質(zhì)會對凈化效率有直接的影響。一般來說，會選擇鉑（Pt）、鈀（Pd）和銠（Rh）等貴金屬為主要成分的催化劑。需要注意的是，該方法和熱燃燒法相同，需要額外補充熱量，所以，催化燃燒法更適合于對高濃度廢氣進(jìn)行處理。這是因為在高濃度廢氣環(huán)境中，催化氧化反應(yīng)自身放出的熱量可以支撐后續(xù)反應(yīng)的有效進(jìn)行，從而減少了補充熱量的所需成本。大部分情況下，若有機廢氣濃度不足300 mg/m3的情況，不會選擇此方法。

4.4.4 蓄熱燃燒法

如果有機廢氣的濃度相對較低，可采用蓄熱式燃燒方式。即在傳統(tǒng)的熱燃燒以及催化燃燒下，當(dāng)熱量不足以維持自燃時，就會需要添加相當(dāng)數(shù)量的熱能。目前，蓄熱式燃燒器主要有兩種方式：熱釋堆（也被稱為蓄熱式熱力燃燒器，RTO）以及催化燃燒堆（也被稱為蓄熱式催化燃燒器，RCO）。在RTO或RCO中，主要包含再生換熱器、燃燒室以及截止閥，這些都是通過燃燒-換熱-排放的方式，再結(jié)合燃燒器內(nèi)裝載的蓄熱陶瓷與保溫材料，以此減少廢氣排放過程和設(shè)備本身爐體散熱所帶走的熱量，進(jìn)而減少能源消耗。

4.5 生物凈化法

有機廢物生物凈化技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種凈化低濃度有機廢氣的新技術(shù)，并受到了國內(nèi)外的高度重視。該方法經(jīng)過多年的研究和應(yīng)用，已逐漸變成一種新的清潔低濃度廢氣的比較經(jīng)濟的方法。生物有機凈化法在本質(zhì)上與化學(xué)吸收法類似，是通過特殊微生物本身的代謝能力，將揮發(fā)性有機物進(jìn)行吸收、分解和氧化。其特點是適用于處理大氣量、低濃度的VOCs。由于不需要更換吸收介質(zhì)，僅需要維持特殊微生物的生物活性，維持其分解代謝過程，即可實現(xiàn)廢氣的長期有效處理。該技術(shù)在有機化工廠、噴漆、污泥處理、食品處理、生活垃圾處理廠等排放低濃度有機氣體的凈化處理中，應(yīng)用效果非常好，其凈化以及去除的效率非常高[4]。該技術(shù)工藝的設(shè)備結(jié)構(gòu)較為簡單，管理也極為便捷，且對能源的消耗較低，經(jīng)濟效益較高。在實際應(yīng)用過程中，用于生物廢氣處理的工業(yè)設(shè)備能夠?qū)娖釓U氣中的甲苯進(jìn)行快速凈化，如此類廢氣中的原始甲苯濃度可達(dá)到100～1 000 mg/m3，而當(dāng)其通過有機廢氣生物凈化處理器處理后，廢氣中的甲苯濃度可降至60 mg/m3，因此，工作效率穩(wěn)定，可長期穩(wěn)定運行，符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.6 光催化氧化法

光催化氧化法主要是通過使用紫外線發(fā)射的光催化劑對有機廢氣進(jìn)行分解?，F(xiàn)階段，在國內(nèi)比較常用的光催媒是氧化鈦、氧化鋅以及氧化錫。其中，納米二氧化鈦由于具備價格非常低、可用性較強、催化活性相對較高的特點，其應(yīng)用范圍是最廣的。該方法具有能耗低、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，尤其是對一些低濃度廢氣的處理非常有效。在應(yīng)用該方法時，首先將廢氣透過過濾裝置過濾，將廢氣中的懸浮粒子進(jìn)行有效去除；其次，處理過的廢氣在光催化氧化室中進(jìn)行氧化，在紫外光的環(huán)境中，揮發(fā)性有機物會在納米材料的作用下發(fā)生非常強烈的反應(yīng)，同時，納米活性材料被紫外光照射時也會產(chǎn)生空穴和電子，促進(jìn)氧自由基的產(chǎn)生，以此進(jìn)一步推動揮發(fā)性有機氣體完全氧化分解[5]。在實際處理過程中，采用光催化氧化方式對氣溶膠廢物進(jìn)行處理，具有效率高、成本低、應(yīng)用面廣的諸多優(yōu)點，所以，在噴漆廢氣處理領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。但需要注意的是，在使用此方法處理廢氣時，非常容易產(chǎn)生漆霧、顆粒物黏附于紫外燈管和納米材料上的現(xiàn)象，這會導(dǎo)致一方面嚴(yán)重降低紫外線的發(fā)射能力，降低處理效果；另一方面也會顯著影響系統(tǒng)的散熱能力，從而產(chǎn)生安全隱患。因此，應(yīng)用該方法時需要將前置過濾處理工序處理完善。

4.7 低溫等離子體法

低溫等離子體凈化一般應(yīng)用于去除低濃度的有機廢氣，與常規(guī)方法相比，該方法具有處理效率更高，反應(yīng)過程更短，但仍存在一些問題。例如，等離子體還原會產(chǎn)生有害物質(zhì)二氧化氮、一氧化碳和臭氧，還可能會造成二次污染，因此，只有當(dāng)這些問題在高壓放電和能耗條件下分階段解決后，才可以更好地去除廢氣。該方法行之有效，符合相關(guān)的外部排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

通過運用噴漆技術(shù)，能有效提升材料表面的性能，避免金屬出現(xiàn)氧化腐蝕，以此提升了材料的使用時間，改善了設(shè)備和材料的性能，同時也提升了美觀度。但噴漆過程產(chǎn)生的有機廢氣會對大氣造成損害和污染，也會對人們的身體健康和安全造成危害。因此，有必要加強對處理此類有機廢氣的研究?；诖耍疚目偨Y(jié)了目前常見的噴漆廢氣的處理方式，但相關(guān)企業(yè)在實際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合自身噴漆廢氣的特點和工業(yè)生產(chǎn)的要求，來選擇合適的處理方法和措施對有機廢氣進(jìn)行有效治理。