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表面涂装企业VOCs污染防治措施研究

北极星VOCs在线  来源:《海峡科学》  作者:吴艳聪  2017/11/9 14:40:45  我要投稿  
所属频道: VOCs检测  关键词:VOCs污染 VOCs排放 喷涂废气

北极星VOCs在线讯:摘要:该文阐述挥发性有机物(VOCs)的危害及治理背景,分析涂装行业VOCs的产污环节,从源头控制、过程管理、末端治理等方面分析了表面涂装企业防治VOCs污染存在的普遍问题,并提出相应的防治措施,促进VOCs污染的规范整治。

挥发性有机物(volatileorganiccompounds,VOCs),是指20℃下蒸汽压≥0.01kPa,或者特定条件下具有挥发性的全部有机化合物的统称,除本身具有污染外,VOCs也是产生臭氧、形成细颗粒物的重要前体物,是造成城市光化学污染及灰霾的主要成因之一。《“十三五”生态环境保护规划》将表面涂装行业列入VOCs污染削减控制的重点行业。由于企业污染防治能力参差不齐,制约整体治理进展。本文结合企业现场调研中发现的问题,从源头控制、过程管理及末端治理等方面提出对应的防治措施,以期促进企业对VOCs污染的规范整治。

1表面涂装企业防治VOCs的主要措施

表面涂装涉及多个行业,以厦门市为例,主要有眼镜架制造、汽车喷涂、家具制造、集装箱制造、运动器械制造等行业,涂装原料普遍以溶剂型涂料为主。涂装工序由预处理、涂布、流平、烘干等步骤组成,除少数工件需要有机溶剂清洗外,预处理步骤一般不产生VOCs排放。VOCs主要来源于涂料的调配、运送、喷涂、流平、烘干等环节。因此,相应的污染控制措施包括源头控制、过程管理和末端治理,通过采用低(无)VOCs的原辅材料、推广先进的生产工艺、完善废气收集,选用并维持稳定有效的治理系统等,减少VOCs污染排放。

1.1源头控制

源头控制是指从工艺的开端减少VOCs的输入量,从而实现整个生产过程VOCs减排的目的。对于表面涂装企业,源头控制可以从两个方面着手,一是选用环境标志产品认证的低(无)VOCs的原辅材料,如高固含量涂料、紫外光固化(UV)涂料、水性涂料、粉末涂料等,直接减少VOCs输入量。二是通过改进喷涂的方式,提高涂料的传递效率。据调研,目前大多数企业采用手动空气喷枪进行作业,传递效率通常只有25%~40%左右,效率较低,而先进的旋杯式雾化静电喷涂传递效率可提高至90%以上。另外,家具制造的平面状板材采用辊涂工艺,配合使用UV涂料,涂着效率接近100%;汽车制造采用整车电泳,涂装效率90%~95%。因此,企业可根据工件特点,选用合适的涂装方式,提高涂料的传递效率,降低含VOCs涂料的使用量。

1.2过程管理

过程管理是指企业在生产过程中做好VOCs废气所有可能逸散环节的管控。企业往往只注意喷涂工艺的污染治理,而忽视其他产污环节。目前,大多数企业存在调漆废气未收集处理、涂料运送过程未密闭、流平环节废气未收集,产生的废涂料桶、废溶剂桶、废渣未密闭存放等问题。针对这些问题,首先应完善废气收集系统,将调漆、喷涂、流平、烘干等废气并入处理设施。其次,制定含VOCs原辅材料的使用规范,强调使用过程的密闭措施。最后,培养员工的环保意识,加强生产过程的操作监督考核,督促员工养成良好的操作习惯,如进出生产车间随手关门,禁止原辅材料随意敞开,禁止打开门窗排放废气等。

1.3末端治理

表面涂装行业的VOCs废气应结合工序特点分类收集治理。喷涂环节废气风量大,VOCs浓度低,且夹带漆雾颗粒;烘干环节风量小,废气浓度高,需要热风;调漆、流平环节风量小,废气浓度低,废气不含颗粒。因此,烘干废气宜单独处理,可以采用直接燃烧或者辅助燃烧的手段,并回用燃烧热能。喷涂环节的废气需要进行前处理,否则漆雾进入处理设施后所含的树脂将固化,会影响设备使用寿命及处理效率。喷涂废气经前处理后,与调漆、流平等环节废气并管收集,进入废气治理设施。处理流程见图1、图2。

1.3.1喷涂废气前处理

喷涂废气前处理主要去除漆雾。去除方法有干法、湿法和静电法,其中以干法和湿法最为常见,静电法适合水性漆喷涂且需要风循环利用的特殊场合,在厦门市涂装行业未见使用案例。

干法是使用金属过滤网、滤布、过滤棉、无纺布等滤材将漆雾拦截,缺点在于滤料阻力会随拦截量增加而加大,需要定期更换,比较适合涂料用量较少的涂装生产线,如汽车维修店喷漆房。

湿法常见的有水帘喷淋式、水旋式(含文丘里型、漩涡型)等。利用惯性或离心力将颗粒状的漆雾携入水中,与水中添加的化学药剂反应,使漆雾颗粒失去黏性,絮凝成团,在水中沉淀而被取出,水体再补充药剂后循环使用。需要特别注意的是,废气通过湿法去除漆雾后,含湿量大,废气中的水分子会与气体分子在活性炭吸附中产生竞争,导致活性炭吸附效能下降,甚至使已吸附的气体分子脱附。因此,使用湿法除漆雾,后续必须增加拦截水汽的装置,并且要定期更换。

漆雾的去除效果可通过简单的肉眼观察来评价,目测排气管道不被喷涂料着色为佳。

1.3.2废气后处理

VOCs废气治理技术种类很多,需要根据废气的风量及浓度,结合处理效率、治理设施投入等具体情况来选择较为合适的处理工艺,可参考表1。

总体而言,吸收法、生物法、低温等离子法、紫外光催化法因各种原因在涂装行业的废气净化上少有应用案例。例如,在生物法中,微生物分解有机物的速率较慢,要求废气的水溶性强且过气速度慢,不适合高风量的溶剂型喷涂;吸收法采用的吸收剂技术含量高,吸收剂需要再生、循环使用,要配套吸收剂的热脱附及脱附气体的低温冷凝设施,能耗较高,设备占地面积大,设备易受腐蚀;低温等离子法作为一项新的技术,目前对于其作用机理研究还不够充分,一般净化效率低于70%,如果反应器设计不当,则净化效率会更低。紫外光催化法因存在催化剂易中毒失活、不易固定,及催化剂催化活性不高等问题,导致了治理效率存在较大波动,因而限制其实际应用。

从治理效率看,燃烧方式最为稳定高效,可达95%以上。VOCs的燃烧处理方式涉及多种技术的复合应用,由于废气初始浓度较低,一般采用活性炭进行吸附富集再热脱附,提高废气浓度后进入蓄热式燃烧室燃烧。常见的有吸附浓缩+催化蓄热燃烧技术、吸附浓缩+蓄热燃烧技术,两者的区别在于,前者因采用催化剂则所需温度较低,为300~400℃,后者温度较高,为680~900℃。因而前者外加燃料的消耗较,更加节能,但是催化剂有一定的使用寿命,铅、硫等元素和高温因素等会引起催化剂失效,其应用受到一定的局限[9]。此外,活性炭经热脱附再生后,可延长活性炭的使用周期,但必须注意的是,废气组分若有酮类化合物存在,会引起活性炭的燃点降低,热空气脱附的再生过程中容易发生着火现象。为避免活性炭热脱附的着火问题,一要控制热脱附的温度,二是采用低压蒸汽脱附,三是把活性炭替换成沸石,采用转轮式沸石替代活性炭。用活性炭吸附的治理设施,技术含量低,装置简单,初期投入小,适合排污总量小的企业,如涉及喷漆的汽车维修店。但必须注意的是,活性炭吸附饱和后要及时替换,否则在夏天等高温环境下,活性炭有自燃现象,业主可以安装PID式的VOCs浓度在线监控设备,根据在线监控的VOCs排放浓度数据判断何时替换活性炭。

2结论

强调VOCs废气的密闭收集及排放削减已在全国范围内达成共识。近年来,各省市先后出台了与VOCs相关的地方新标准,新标准均降低排放标准限值,甚至有些地方将无组织监测点位从之前的厂界外1m改变为生产车间门窗外或设备外1m,意在加严对无组织排放的管控。

表面涂装企业的VOCs污染防治应从源头控制、过程管理及末端治理等三个方面着手。建议在源头管理上采用环保涂料,改进喷涂方式,提高传递效率;在过程管理中,完善废气的收集系统,规范含VOCs原辅材料的密闭操作;在末端治理中,烘干废气宜单独收集处理,喷涂废气等并管后选用高效、稳定的废气治理工艺设施,若用活性炭吸附时,注意废气的含湿问题及活性炭的饱和更替,运行期间做好设施的维护保养工作,确保VOCs废气的达标排放。

原标题:表面涂装企业VOCs污染防治措施研究

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