綠之源環(huán)保
綠之源環(huán)保
綠之源環(huán)保
隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展,汽車(chē)保有量逐年增加。越來(lái)越多的汽車(chē)進(jìn)入人們的生產(chǎn)生活中。在汽車(chē)維修的工序中會(huì)產(chǎn)生大量的噴漆廢氣,不僅造成大氣環(huán)境污染,同時(shí)危害威脅操作工人健康。簡(jiǎn)述了汽修行業(yè)噴漆廢氣的成分及危害,介紹了漆霧的干式與濕式處理方法,并針對(duì)噴漆廢氣的綜合治理技術(shù)做了簡(jiǎn)要介紹。闡述了這些技術(shù)的工作原理、凈化流程以及優(yōu)缺點(diǎn),并對(duì)今后汽修行業(yè)噴漆廢氣治理的研究和應(yīng)用給出提出了建議。
1 前言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車(chē)成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚慕煌üぞ?。汽?chē)給人們帶來(lái)巨大便利的同時(shí)，也引發(fā)了許多環(huán)境污染問(wèn)題。其中汽修行業(yè)產(chǎn)生的噴漆廢氣是造成大氣污染的原因之一。汽修噴漆廢氣中含有漆霧顆粒及VOCs 等成分，具有大風(fēng)量、低濃度，間歇性、工藝復(fù)雜等特點(diǎn)。
隨著我國(guó)汽車(chē)業(yè)的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的環(huán)境負(fù)面影響也漸漸引起了社會(huì)的重視。其中噴漆廢氣中的VOCs治理也成為大氣污染治理的重要組成部分，引起了政府的高度關(guān)注。政府部門(mén)一直在采取有效措施，加強(qiáng)監(jiān)管，促使汽車(chē)行業(yè)各企業(yè)逐漸重視VOCs 的治理，節(jié)能減排，綠色生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。
2 汽修行業(yè)噴漆廢氣成分及特點(diǎn)
汽修行業(yè)，以4S店為例，主要的噴漆廢氣來(lái)源烤漆房。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車(chē)4S 店噴烤漆房的內(nèi)部空間在70～75m3，換氣次數(shù)在220～320次/h 之間，噴烤漆房廢氣量在15000 ～ 25000m3 之間。汽修噴漆油漆用量波動(dòng)較大，特別是在噴整車(chē)漆的時(shí)候，油漆用量更大，這也直接造成噴漆廢氣中污染物濃度波動(dòng)值較大。另外，與汽車(chē)涂裝行業(yè)不同的是，實(shí)際工作生產(chǎn)中，汽修企業(yè)只有在維修汽車(chē)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生噴漆廢氣，因此廢氣具有不連續(xù)、間斷性的特點(diǎn)。曾培源等在某汽車(chē)涂料生產(chǎn)車(chē)間采集若干樣品并對(duì)其分析，檢測(cè)出15 種VOCs，包括苯系物( 甲苯、二甲苯等) 、酯類(lèi)( 乙酸乙酯、乙酸丁酯等) 、酮類(lèi)( 甲基異丁基酮) 和醚類(lèi)( 乙二醇丁醚) 等。值得一提的是，油漆車(chē)間的VOCs排放主要來(lái)自于溶劑型色漆及中涂漆，采用水性漆可大幅降低VOCs排放，VOCs排放僅為傳統(tǒng)溶劑型油漆工藝的1 /3左右。
3 噴漆廢氣漆霧處理方法
與其他工業(yè)廢氣不同，噴漆廢氣中不僅含有VOCs等有機(jī)污染物質(zhì)，還含有大量過(guò)噴漆霧。過(guò)噴漆霧是由于在汽車(chē)噴涂過(guò)程中一部分漆液無(wú)法達(dá)到車(chē)身表面從而進(jìn)入周?chē)h(huán)境形成的。漆霧中固態(tài)物質(zhì)與液態(tài)物質(zhì)并存，其中液態(tài)物質(zhì)以氣溶膠的式存在。漆霧顆粒具有顆粒小，粘度大等特點(diǎn)，若不對(duì)漆霧進(jìn)行預(yù)處理，漆霧顆粒會(huì)粘附在吸附劑、催化劑、生物填料的表面，形成堵塞，使之失去處理活性。因此，對(duì)噴漆廢氣的處理應(yīng)優(yōu)先對(duì)廢氣中的漆霧進(jìn)行預(yù)處理，此過(guò)程十分重要。
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于漆霧的預(yù)處理方法很多，處理材料的種類(lèi)也十分多樣，總的來(lái)說(shuō)，處理方式分為干式處理法和濕式處理法。
3. 1 干式處理法
干式處理法就是使用干式過(guò)濾材料對(duì)漆霧進(jìn)行攔截與過(guò)濾。工作原理是將濾料固定在過(guò)濾裝置上，通過(guò)風(fēng)機(jī)的作用使含有漆霧的廢氣進(jìn)入過(guò)濾器，使之粘附在濾料上被過(guò)濾，過(guò)濾后的廢氣進(jìn)入下一級(jí)處理系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)處理的目的。具有代表性的方法有濾料過(guò)濾法和石灰石干式吸附法。目前常用的干式過(guò)濾材料有漆霧棉、初效棉、中效棉、迷宮紙、玻纖阻漆網(wǎng)和地網(wǎng)棉等。其中漆霧棉、初效棉、中效棉等過(guò)濾材料的材質(zhì)主要是玻璃纖維，是一種環(huán)保型過(guò)濾材料，工作時(shí)玻璃纖維與空氣磨擦產(chǎn)生靜電，更有效捕捉噴漆時(shí)產(chǎn)生的漆霧顆粒。葛兆星介紹了一種迷宮紙?jiān)诤犰F廢氣的處理中的應(yīng)用。該迷宮紙使用特制復(fù)合型瓦楞紙通過(guò)折疊沖孔黏合形成V 形孔，運(yùn)用文丘里旋風(fēng)效應(yīng)來(lái)攔截漆霧顆粒。該干式過(guò)濾材料對(duì)漆霧的分離效率大于一般的干式材料，可達(dá)98%，其使用壽命是纖維網(wǎng)的5倍多。陳音瑜介紹了應(yīng)用于油漆車(chē)間的一種石灰石干式吸附處理法，該處理過(guò)程可通過(guò)更換噴漆室各模塊石灰石頻率及降低石灰石消耗來(lái)石灰石的使用量，從而提高石灰石收集漆霧的效率。
3. 2 濕式處理法
濕式處理法就是根據(jù)相似相溶原理，使用液態(tài)物質(zhì)( 多為在水中加絮凝劑) 捕捉漆霧。工作原理是利用循環(huán)水與漆霧充分混合來(lái)捕捉過(guò)噴漆霧，處理后的廢水含有大量具有粘性的油漆廢渣，易粘附在管道內(nèi)壁和水池表面，降低凈化效率，需要加入絮凝劑來(lái)對(duì)油漆廢渣進(jìn)行改性，凝聚，使之成團(tuán)從而固液分離，凈化循環(huán)水，提高利用率，降低成本。濕式處理法根據(jù)操作方式的不同可分為文丘里式、水簾式( 水幕式) 、水旋式等。
3. 2. 1 文丘里式凈化法
文丘里式噴漆室主要由送風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、文丘里系統(tǒng)組成。文丘里凈化法主要利用文丘里效應(yīng)，循環(huán)水負(fù)壓通過(guò)文丘里器管道，在喉管段氣流速度逐漸增大，經(jīng)過(guò)風(fēng)口的水流被充分霧化，利用霧化后的水霧捕捉空氣中的漆霧顆粒，使漆霧與循環(huán)水中的凝聚劑充分接觸，而后流入循環(huán)水池，定期撈出浮渣后達(dá)到凈化的目的。
3. 2. 2 水簾式凈化法
水簾式噴漆房的工作原理是利用循環(huán)水泵在噴漆房光滑板壁上形成水幕，在風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下將噴漆房?jī)?nèi)漂浮的漆霧落入水幕中，隨水幕流動(dòng)進(jìn)入循環(huán)水槽。工藝流程如圖3 所示，水簾式噴漆房的構(gòu)造需要注意兩點(diǎn)，第一淌水板必須堅(jiān)固且光滑，確保水幕與板壁呈平行方向順利流下; 第二水幕需具有一定厚度，防止漆霧氣流吹散水幕在板壁上留下痕跡影響板壁光滑。
3. 2. 3 水旋式凈化法
水旋式噴漆室主要由噴漆室室體、送排風(fēng)系統(tǒng)和漆霧處理系統(tǒng)等組成，采用上進(jìn)氣的送氣方式，利用旋壓器內(nèi)的高速氣流將水流卷起，與噴漆室上部輸送的噴漆廢氣接觸來(lái)達(dá)到凈化的目的。工藝流程如圖4 所示。彭芬等人研究了一種水旋式噴漆室的設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)方案對(duì)噴漆室室體、送風(fēng)系統(tǒng)、水旋器等關(guān)鍵部位進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化，針對(duì)性地使用了疏水漆霧改性劑，提高了漆霧捕捉的效率，降低了污染，改善了噴漆工人的工作環(huán)境，具有巨大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
4 汽車(chē)行業(yè)噴漆廢氣綜合處理技術(shù)
汽車(chē)行業(yè)噴漆廢氣普遍存在風(fēng)量較大，VOCs濃度較低的特點(diǎn)，同時(shí)廢氣之中還混合許多具有粘性的漆霧顆粒，因此，汽車(chē)行業(yè)有機(jī)廢氣的處理方式將會(huì)較為繁雜，一般需要多種處理技術(shù)綜合利用才能使廢氣處理達(dá)標(biāo)。
4. 1 漆霧預(yù)處理+ 沸石濃縮轉(zhuǎn)輪吸附+ 催化燃燒處理技術(shù)
沸石轉(zhuǎn)輪吸附+ 催化燃燒技術(shù)是上世紀(jì)70 年代由日本研制出的一種有機(jī)廢氣處理技術(shù)，適合處理大風(fēng)量低濃度的有機(jī)廢氣，處理效率可達(dá)99%。圖5所示為沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)組成。沸石轉(zhuǎn)輪吸附裝置主要由氣體過(guò)濾器、風(fēng)機(jī)、VOCs 濃縮轉(zhuǎn)輪和熱交換器組成，其中沸石轉(zhuǎn)輪的主體由蜂窩狀的陶瓷纖維片組成，在轉(zhuǎn)輪的表面通過(guò)特殊的燒結(jié)工藝覆蓋具有吸附性能的疏水性沸石。轉(zhuǎn)輪內(nèi)部通過(guò)耐高溫耐腐蝕的氣體密封墊將其分隔成三個(gè)區(qū)域: 吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū)。含有VOCs 的廢氣在風(fēng)機(jī)的作用下經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)被沸石分子篩吸附，成為潔凈氣體排出。隨著轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，吸附有機(jī)廢氣至飽和的吸附轉(zhuǎn)輪進(jìn)入脫附區(qū)，在高溫脫附氣體的反向吹掃下，高濃度的有機(jī)氣體從轉(zhuǎn)輪上脫附下來(lái)后被送入催化燃燒裝置實(shí)現(xiàn)再生。隨后轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)到冷卻區(qū)，一小部分廢氣被引入到該區(qū)域?qū)D(zhuǎn)輪進(jìn)行冷卻處理，使隨后的吸附區(qū)能正常地再對(duì)廢氣進(jìn)行凈化，完成吸附- 脫附- 冷卻的循環(huán)過(guò)程。上汽大眾汽車(chē)有限公司的林宣樂(lè)介紹了沸石轉(zhuǎn)輪濃縮與催化燃燒技術(shù)在汽車(chē)涂裝噴漆室有機(jī)廢氣凈化方面的應(yīng)用，針對(duì)噴漆室廢氣大風(fēng)量、低濃度的特點(diǎn)，綜合考察了廢氣及噴漆室各項(xiàng)信息，制定了如圖6 所示的工藝方案，優(yōu)化了沸石轉(zhuǎn)輪及催化燃燒設(shè)備的工藝參數(shù)，對(duì)不同形式的噴漆室制定了可行的廢氣處理方案，并在實(shí)際項(xiàng)目中成功運(yùn)用且滿足地方排放標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于以4S 店為代表的汽修企業(yè)，普遍具有規(guī)模小，分散度高的特點(diǎn)，且廢氣間斷性排放，不連續(xù)。沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)通過(guò)熱交換器將催化段的多余熱量用于脫附，實(shí)現(xiàn)熱量的回收利用，但需要系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行來(lái)確保熱量得到有效回收利用，因此對(duì)于汽修行業(yè)間歇排放廢氣的特點(diǎn)，沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)不適用。另外沸石轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)設(shè)備占地面積大，前期技術(shù)投入高，對(duì)于汽修這種小型企業(yè)來(lái)說(shuō)經(jīng)濟(jì)效益較低。
4. 2 漆霧預(yù)處理+ 活性炭吸附+ 催化燃燒處理技術(shù)
活性炭是一種黑色的無(wú)定形碳，有粉末狀、塊狀、顆粒狀、蜂窩狀等形態(tài)?；钚蕴康奈⒕ЫY(jié)構(gòu)使其具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和極大的比表面積，因此活性炭具有十分優(yōu)良的吸附性能，被廣泛應(yīng)用于氣相與液相的吸附處理工藝中。以汽車(chē)行業(yè)為例，活性炭吸脫附+ 催化燃燒工藝是汽車(chē)涂裝噴漆廢氣處理應(yīng)用最多的一種工藝，其裝置簡(jiǎn)易，運(yùn)行穩(wěn)定，處理效率優(yōu)良。歐海峰介紹了一種吸附-催化燃燒法處理噴漆廢氣實(shí)例應(yīng)用，整個(gè)系統(tǒng)集吸附- 脫附- 催化燃燒于一體，正常運(yùn)行時(shí)，多單元吸附器中的一個(gè)單元進(jìn)行脫附操作，而其它單元處于吸附或冷卻狀態(tài)，脫附出的高濃度有機(jī)廢氣進(jìn)入催化床燃燒分解。實(shí)際運(yùn)行效果表明，該技術(shù)效果高，污染少，費(fèi)用低。奚海萍設(shè)計(jì)了一種針對(duì)某汽車(chē)企業(yè)噴涂有機(jī)廢氣的過(guò)濾- 濃縮- 催化一體的治理技術(shù)。廢氣中的過(guò)噴漆霧使用過(guò)濾棉進(jìn)行預(yù)處理，采用蜂窩活性炭對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附濃縮，而后高濃度有機(jī)廢氣進(jìn)入催化工藝進(jìn)行催化燃燒。該工藝在除臭的同時(shí)能在較低的溫度下催化分解有機(jī)廢氣，催化燃燒的熱量可以滿足自身燃燒反應(yīng)，排出的尾氣可通過(guò)換熱器為脫附反應(yīng)提供熱量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，降低運(yùn)行費(fèi)用。
目前汽車(chē)4S 店噴烤漆廢氣基本都采用的活性炭吸附法。活性炭吸附容量有限，需要在運(yùn)行管理中嚴(yán)格按照要求或者使用頻率進(jìn)行更換。另外，活性炭與其他吸附材料相比著火點(diǎn)較低，當(dāng)吸附罐內(nèi)發(fā)生熱量集聚時(shí)易發(fā)生著火的現(xiàn)象，產(chǎn)生安全問(wèn)題。從理論上來(lái)說(shuō)，脫附時(shí)間越長(zhǎng)，脫附溫度越高，脫附效果越好，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，脫附溫度過(guò)高就會(huì)存在活性炭吸附材料著火的風(fēng)險(xiǎn)，溫度過(guò)低又很難脫附干凈造成排放濃度難達(dá)標(biāo); 另外活性炭吸附的大部分污染物都會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)脫附出來(lái)，如果脫附時(shí)間過(guò)長(zhǎng)脫附效果會(huì)隨之越來(lái)越不明顯，經(jīng)濟(jì)效益較低。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，確定合適的工藝條件，即最佳脫附時(shí)間與脫附溫度需要深入研究。在如今汽修市場(chǎng)大環(huán)境下，采用活性炭吸附法處理廢氣的店大多沒(méi)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行活性炭的更換或者解吸附，后期處理效果并不理想。因此可以通過(guò)對(duì)吸脫附工藝的改善與調(diào)節(jié)，采用著火點(diǎn)高的改性活性炭或分子篩來(lái)解決活性炭著火問(wèn)題，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)能量的再利用，提高能量利用率。
4. 3 漆霧預(yù)處理+ 生物法處理技術(shù)
生物凈化技術(shù)是不同于傳統(tǒng)有機(jī)廢氣處理技術(shù)的新型技術(shù)，已在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。生物法處理有機(jī)廢氣的原理是利用生物滴濾塔內(nèi)的附著在填料上的微生物的新陳代謝作用，降解廢氣中的有機(jī)物。生物法凈化有機(jī)廢氣的關(guān)鍵是針對(duì)特定有機(jī)物選取合適的微生物，并控制適宜的溫度與PH來(lái)保證微生物的活性，確保廢氣凈化效率。劉建偉研究了生物滴濾與生物過(guò)濾組合工藝在某汽車(chē)噴漆車(chē)間廢氣處理的應(yīng)用。該實(shí)驗(yàn)研究在對(duì)噴漆廢氣預(yù)處理后，在風(fēng)機(jī)的作用下將廢氣送入生物滴濾塔，氣液逆流操作，營(yíng)養(yǎng)液有水泵經(jīng)噴淋裝置進(jìn)入生物滴濾塔。而后尾氣進(jìn)入生物濾塔后排入大氣。該研究考察了組合工藝對(duì)噴漆廢氣中TVOCs的處理效率及組合工藝對(duì)TVOCs 的去除負(fù)荷。結(jié)果顯示，該生物法對(duì)有機(jī)廢氣的去除效率大部分保持在98%以上，且對(duì)于組分較為復(fù)雜的噴漆廢氣該工藝仍能達(dá)到較高的去除負(fù)荷，說(shuō)明該處理技術(shù)具有良好的效果。
考慮到汽修行業(yè)噴漆廢氣間歇性的特點(diǎn)，生物法在實(shí)際運(yùn)用中可操作性不強(qiáng)。生物滴濾塔內(nèi)的微生物需要廢氣持續(xù)輸入來(lái)為其提供營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，一旦廢氣停滯又無(wú)外界營(yíng)養(yǎng)液補(bǔ)充，微生物會(huì)大量死亡影響處理效率。另外，生物法設(shè)備占地面積較大，對(duì)操作環(huán)境有一定要求，因此該工藝不適合汽修行業(yè)噴漆廢氣處理領(lǐng)域的應(yīng)用。
5 結(jié)語(yǔ)
汽修行業(yè)噴漆廢氣屬于有機(jī)廢氣，對(duì)環(huán)境和人體健康有較大的危害。廢氣具有風(fēng)量大、濃度低、間歇性的特點(diǎn)，且廢氣中摻雜著具有粘性的漆霧顆粒，成分復(fù)雜，對(duì)處理工藝的選擇具有較高的要求。對(duì)于噴漆廢氣中的漆霧的預(yù)處理分為干式和濕式處理法，中低效干式過(guò)濾效果較差，組合式干式過(guò)濾法是目前較為有效的去除漆霧的工藝，但運(yùn)行成本較高; 濕式處理法能到達(dá)中高效的除漆霧效果，但會(huì)增加氣體含濕量，影響后續(xù)的吸附濃縮過(guò)程且會(huì)產(chǎn)生廢水問(wèn)題，如何根據(jù)實(shí)際工況、排放要求及成本問(wèn)題選擇適當(dāng)?shù)奶幚砉に囀窃趹?yīng)用中需要考慮的問(wèn)題。在噴漆廢氣中有機(jī)物的處理方面，實(shí)際應(yīng)用中逐漸將單一的處理技術(shù)發(fā)展為多技術(shù)綜合利用的方法，大大提高了處理效率，降低了經(jīng)濟(jì)成本。綜合考慮實(shí)際工況條件，在改善工藝參數(shù)與使用新型吸附劑的前提下，活性炭吸脫附加催化氧化法仍然是目前大部分汽修企業(yè)的最佳選擇。另外，國(guó)內(nèi)外近些年出現(xiàn)了許多新型技術(shù)用以處理噴漆廢氣，例如，濕式噴淋- 低溫等離子體工藝技術(shù)、微納米氣泡技術(shù)等。目前，針對(duì)汽修噴漆廢氣處理工藝中，由于不能對(duì)漆霧進(jìn)行預(yù)處理，導(dǎo)致了處理系統(tǒng)整體處理性能不高。所以，在今后治理汽車(chē)噴漆廢氣的研究中，需要結(jié)合實(shí)際工況條件，經(jīng)濟(jì)情況，綜合利用不同處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，選取最為合適的治理技術(shù)，此外，還要加強(qiáng)處理設(shè)備日常維護(hù)，加強(qiáng)環(huán)境管理，實(shí)現(xiàn)以最小的經(jīng)濟(jì)成本和人力投資凈化噴漆廢氣，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
