綠之源環(huán)保
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近年來(lái)，軌道交通由于其快速、方便，并有效緩解城市交通壓力的特點(diǎn)，得到了快速發(fā)展。但目前我國軌道交通車(chē)輛涂裝還是以溶劑型涂料為主，隨著(zhù)需求量的不斷增加，相應生產(chǎn)涂裝過(guò)程帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也引起了越來(lái)越多的關(guān)注，隨著(zhù)國家對大氣污染防治的要求越來(lái)越嚴格，對軌道車(chē)輛涂裝噴漆室、烘干室廢氣排放的治理迫在眉睫。
1 軌道交通車(chē)輛制造中產(chǎn)生的涂裝廢氣特征
軌道交通車(chē)輛涂裝涂層包括防銹底漆、膩子、中涂漆和面漆，車(chē)輛內表面和底架下表面噴涂阻尼降噪涂料，部分列車(chē)底部噴涂防火涂料，目前涂裝主要采用的仍是溶劑型涂料。其中，涂料中的溶劑組分又以苯系物( 甲苯、二甲苯較多) 、酯、醇、醚、酮為主，一般的涂料中有機溶劑占比為40%～ 60%。在噴涂工序，車(chē)輛車(chē)體每次完成一個(gè)涂層的噴涂后，都將進(jìn)入噴漆室和烘干室，噴漆室和烘干室的VOCs產(chǎn)生量比例大約為5∶1～6∶1。
噴漆室廢氣主要污染物為未附著(zhù)至工件表面的漆霧和工件表面涂料揮發(fā)出來(lái)的VOCs。為保證噴涂后工件的表面質(zhì)量，噴漆室的氣流要參考我國相關(guān)設計標準，噴漆室通常采用上進(jìn)下排的氣流組織方式，噴涂作業(yè)區空載風(fēng)速不小于0.35m/s，有載時(shí)風(fēng)速不低于0.5m/s。溫度條件為18～28 ℃。因此，噴漆室廢氣的特點(diǎn)是風(fēng)量大、VOCs濃度低( 大約為100～500mg/m3 ) ，且含一定的霧滴( 其中漆霧不超過(guò)1mg /m3 ) 。
烘干室由于要保持一定的溫度，所以廢氣的風(fēng)量不大，其組分與涂料中溶劑的組分基本一致( 醇類(lèi)、酯類(lèi)、醚類(lèi)、酮類(lèi)、苯系物等) ，由于烘干室溫度相對較高，所以溶劑會(huì )在此工序中大量揮發(fā)出來(lái)，VOCs濃度一般在2500mg /m3 左右，產(chǎn)生的廢氣為VOCs中等濃度、高溫型廢氣。
2 軌道交通車(chē)輛噴涂VOCs廢氣治理方案的選擇
車(chē)輛噴涂車(chē)間生產(chǎn)一般都是噴漆室和烘干室同時(shí)工作，雖然烘干室廢氣的濃度和溫度都較高，但是由于烘干室的風(fēng)量較小( 約為噴漆室的1 /8～ 1 /12) ，因此車(chē)輛噴涂車(chē)間產(chǎn)生的VOCs廢氣一般采用2個(gè)工段的廢氣經(jīng)混合后集中處理，且廢氣特性基本屬于低溫、低濃度、大氣量、易吸附的VOCs廢氣?；谲?chē)輛涂裝生產(chǎn)產(chǎn)生的VOCs廢氣特征和目前我國較高的排放標準要求，如北京地區工業(yè)涂裝廢氣排放標準要求非甲烷總烴≤50mg /m3，總VOCs處理效率≥90%。綜合該治理系統的一次性投資、長(cháng)期運行費用、環(huán)保達標排放等性能，車(chē)輛涂裝廢氣治理較為合理的處理技術(shù)為“廢氣的吸附濃縮凈化+脫附廢氣的高溫熱氧化”組合治理方案。
吸附濃縮使用的吸附劑一般有分子篩和活性炭2 種，即將大風(fēng)量低濃度的廢氣，吸附后實(shí)現達標排放，動(dòng)態(tài)吸附飽和的區域，經(jīng)再生氣再生，氣量降低若干倍，但再生氣中污染物濃度則增加若干倍，從而實(shí)現系統處理能耗合理的目標。
活性炭的吸附能力較分子篩強，但隨著(zhù)使用時(shí)間和再生次數的增加，活性炭設備的吸附能力會(huì )明顯下降?；钚蕴侩m然在脫附再生后處理效率可以有效提高，但是在7 d 的運行周期內下降較快，很可能在最后幾天出現不達標的情況，并且即使進(jìn)行再生脫附，吸附效率也明顯下降，一般在300d左右就必須更換。因此，為保證穩定的吸附處理效率，噴涂行業(yè)VOCs廢氣治理常用的吸附劑以沸石分子篩為主，同時(shí)疏水性改性沸石分子篩的應用進(jìn)一步增加了其使用價(jià)值，濃縮工藝則以轉輪吸附濃縮工藝為主。
高濃度VOCs廢氣的治理方案通常為燃燒法或熱氧化法。目前主流燃燒方案有催化氧化( CO) 、蓄熱熱氧化( RTO) 和蓄熱催化氧化( RCO)
3 沸石轉輪濃縮+催化氧化( CO) 系統
3. 1 廢氣的除濕、預過(guò)濾處理子系統
高濕度廢氣對于沸石轉輪的吸附效率有著(zhù)直接的影響。根據實(shí)際生產(chǎn)中的應用和多次試驗，廢氣的相對濕度低于80%時(shí)，沸石轉輪對VOCs的吸附效率可穩定保持在90%以上，但當廢氣相對濕度大于90%時(shí)，對于某些VOCs 組分，沸石轉輪的吸附效率下降至80%左右。
若使用水性涂料，廢氣中實(shí)際相對濕度可能過(guò)高，因此，為保證廢氣中相對濕度低于80%，可將廢氣溫度提高從而降低廢氣的相對濕度。通常車(chē)輛涂裝VOCs 廢氣處理系統，入口廢氣溫度約30℃，如果入口溫度提高約2℃，大約可使入口廢氣的相對濕度降低15%。因此，即使車(chē)間廢氣的相對濕度達到100%，進(jìn)入轉輪時(shí)的相對濕度也可降低至85%以下，但在實(shí)際的工業(yè)化應用中，宜將進(jìn)入沸石轉輪的廢氣入口溫度提高至較車(chē)間混合廢氣溫度高3℃以上較為安全可靠。
其次，由于車(chē)輛涂裝廢氣中含有少量漆霧等顆粒雜質(zhì)，為避免影響轉輪的吸附效率，通常預過(guò)濾采用初、中、高效組合過(guò)濾技術(shù)用于除顆粒雜質(zhì)，但預過(guò)濾設計應盡量減少中、高效過(guò)濾器的更換頻次，以降低設備的運行成本。
3. 2 沸石轉輪濃縮子系統
轉輪是沸石轉輪濃縮子系統的核心部件，也是將低濃度VOCs濃縮的關(guān)鍵設備，它通常由疏水性沸石分子篩與陶瓷纖維加工成波紋狀膜片，再卷制成蜂巢狀的輪盤(pán)結構，并在輪盤(pán)的中央安裝旋轉軸承。耐腐蝕、耐高溫的氣體密封墊安裝在轉輪的外部框架結構上。通常轉輪隔離成3 個(gè)區域，即吸附區、脫附區和冷卻區，轉輪速度通常以3～6r /h 持續緩慢旋轉。
沸石轉輪濃縮子系統另一核心部分為再生氣加熱及其熱交換系統，以及風(fēng)機系統、自動(dòng)控制系統等。目前全世界的轉輪廠(chǎng)家能夠提供的最大型號的單只沸石轉輪，最大可以處理200000m3 /h風(fēng)量的廢氣，根據處理廢氣的組分和濃度，能夠將廢氣中的VOCs濃度提高5～20倍。
沸石轉輪的目的是保證進(jìn)入轉輪的超標VOCs廢氣經(jīng)過(guò)轉輪吸附區吸附凈化后可直接排放至大氣中，被去除的原有VOCs成分被截留吸附在沸石分子篩內部，當轉輪上吸附有大量VOCs的片區旋轉至脫附區時(shí)，一臺小風(fēng)量的脫附風(fēng)機將180～240 ℃左右高溫氣體吹入轉輪中，并將其中吸附的VOCs脫附出來(lái)，此時(shí)便實(shí)現了廢氣的濃縮。脫附后的轉輪由于溫度較高，此時(shí)不具有較高的吸附性能，所以先進(jìn)入冷卻區，經(jīng)冷卻氣體吹掃降溫，使其恢復吸附能力，而后再旋轉至吸附區，重新開(kāi)始下一輪的工作。每個(gè)區域都保持氣密。這樣轉輪的每個(gè)部分均可以連續地從吸附區旋轉到脫附區，然后旋轉到冷卻區，最后又旋轉回吸附區完成一圈的旋轉。
3. 3 催化氧化( CO) 子系統
催化氧化( CO) 子系統通常由燃燒器或加熱器、貴金屬催化劑、閥組及安全報警裝置組成。催化氧化( CO) 為無(wú)火焰燃燒技術(shù)，涂裝廢氣處理系統常見(jiàn)的催化氧化溫度在300～350 ℃之間，也可以高達600 ℃，處理效率可以達到99. 5%以上，且無(wú)NOx產(chǎn)生。
4 沸石轉輪濃縮+催化氧化系統的技術(shù)特點(diǎn)
(1) 對于大風(fēng)量、低濃度的VOCs廢氣，具有較穩定的凈化效率，通常該系統VOCs的處理效率可高達95%以上。
(2) 沸石轉輪由無(wú)機氧化物組成，自身不可燃，安全度高。
(3) 沸石轉輪可以承受300 ℃以上的脫附溫度，對于高沸點(diǎn)的VOCs也能夠有效處理。熱穩定性極高，可以通過(guò)反復加熱脫附來(lái)實(shí)現再生，使用壽命高于40000h。
(4) 整個(gè)系統每次啟動(dòng)時(shí)間小于1h，對于軌道車(chē)輛噴涂行業(yè)非連續運行的工況來(lái)說(shuō)，系統啟/?？?，運行靈活，可節約大量運行能耗。
5 結語(yǔ)
沸石轉輪濃縮+催化氧化( CO) 處理方案，是車(chē)輛涂裝VOCs廢氣治理的合理工藝，處理工藝系統安全、去除率高、穩定性高、運行費用合理可行。因此，沸石濃縮轉輪+催化氧化( CO) 技術(shù)是現有技術(shù)條件下對于非連續工況，處理大風(fēng)量、低濃度VOCs廢氣的最佳選擇，在軌道車(chē)輛涂裝廢氣治理中的應用將會(huì )越來(lái)越廣泛。
