汽车涂装喷漆废气处理技术探讨及应用

摘要：涂装车间作为汽车工厂的主要污染源，其喷漆室的废气通常采用排气筒直接高空排放，对环境污染严重。针对喷漆室废气风量大、浓度低的特点，通过几种废气处理方式的综合对比，制定出适用于喷漆室废气处理的方案，并在某汽车涂装项目中成功运用，喷漆室废气经过处理后达到排放标准，经济可行。

伴随着我国工业的迅速发展，在经济快速增长的同时，环境问题也日益凸显出来。近年来，汽车制造业发展得如火如荼，各大汽车公司都在全国各地开疆拓土，建设新的生产基地。汽车生产的四大工艺中，涂装车间是产生“三废”最多的环节，其中涂装废气是涂装“三废”中的主要部分。因此，如何有效治理汽车工业大气污染已经成为亟待解决的重要问题。在这种新形势下，为了实现社会的可持续发展，为人民创造更好的生存环境，许多地方政府的环保部门已经针对汽车行业陆续出台了汽车表面涂装大气污染物排放标准。

汽车涂装车间的废气主要来源于喷漆室、晾干室和烘干室。目前，烘干室的废气在各大汽车工厂都是经过焚烧处理，达到排放标准后再排放的。然而，喷漆室和晾干室的废气则基本都是通过排气筒直接高空排放，未经任何处理，不能满足新的环保法规要求。为了适应新的标准，目前许多在建和新建的汽车工厂已经明确要求对喷漆废气进行处理后再排放，甚至对现有的老旧涂装线也提出对喷漆废气处理的改造需求，这既是企业的责任，也是必须履行的义务。因此，针对喷漆废气的特点，制定出合理、经济的处理方案就显得尤为紧迫和重要。本文就是针对喷漆废气处理技术的应用进行探讨。

1废气处理方式

汽车涂装工艺过程中，喷漆室、晾干室和烘干室会有大量有机溶剂(VOCs)挥发出来，通过废气系统排到车间外，会严重危害人体健康和生态环境，必须处理后再排放。废气中VOCs的处理方法主要有两类：一类是破坏性消除法，如焚烧或催化燃烧法等，将VOCs转化为CO₂和H₂O;另一类是回收法，如吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法。

1.1燃烧处理法

大部分的VOCs都是可燃的，可以通过热力燃烧或催化燃烧方式进行处理。采用燃烧法处理的优点是：VOCs净化效率高，有机废气不需要预处理，可靠性高。但其缺点是：废气处理温度高，对于低浓度、低温度废气，燃料耗能大;净化后气体排放温度高，需要设置热回收装置;单台设备的燃烧室处理风量有限，对于大风量废气，不仅造价很高，而且占地面积大。

对于烘干室的废气，由于其VOCs浓度和温度较高(浓度为1000mgCm3，温度在150～2000C)，且风量不大(总废气量一般不超过5万NmⅦ)，适宜采用燃烧方式进行处理，比如，目前汽车涂装车间应用最为广泛的蓄热式焚烧设备(RTO)或热力式废气焚烧炉(TNV)。而对于喷漆室和晾干室废气，由于其浓度和温度较低，风量较大(一般浓度<300ms/m3，温度<30℃，风量>10万Nm‰)，因此采用燃烧处理方式既不经济，也不合理。

1.2回收处理法

回收处理方式中，吸收法适用于处理无机气态水溶性污染物，且存在废液的二次处理问题;冷凝法和膜分离法适用于处理小流量、高浓度废气;针对喷漆室废气浓度和温度低、风量大的特点，比较适合采用吸附法进行处理。

采用吸附法处理废气的优点是：对低浓度、大风量的有机废气净化效率高、运行费用低、操作简单。缺点是：对废气的温度和湿度有要求，特殊情况需要对废气进行预处理;另外，吸附VOCs后的载体需要进项再生处理。

2废气吸附处理工艺

2.1吸附剂

吸附处理技术的核心是吸附剂的性能，高性能的吸附剂应具有均匀孔道、较大的吸附容量、良好的疏水性以及容易再生等特性。目前在工业应用中，有机废气吸附处理工艺最常用的吸附剂是活性炭和分子筛沸石两种。

活性炭具有孔穴丰富、比表面积大的优点，适用于大部分VOCs的吸附净化，但是当废气湿度>60%时，其吸附效果会大大降低。另外，活性炭材料普遍存在安全性较差的问题，当采用热空气再生时，易发生着火现象，其再生多采用高温水蒸汽。而涂装车间的喷漆室废气相对湿度RH一般为85%～90%，如果采用活性炭吸附，需要对废气进行除湿预处理，而且再生工艺复杂，因此不适用。

相对于活性炭，沸石吸附剂的特性为：不可燃;耐温1000℃，可用热空气高温再生;有较强的疏水性，当废气湿度RH<90%I对，表现出很好的VOCs吸附效果。

2.2吸附工艺

按吸附剂在装置内的工作状态，可将吸附工艺设备分为固定床、移动床、流化床和转轮式14】。其中，固定床不能满足连续吸附的要求。移动床和流化床虽可以连续吸附，但存在吸附剂的磨损和消耗问题。转轮式吸附工艺如图1所示。转轮主体为一个表面用吸附剂覆盖的旋转轮，划分为三个区域：吸附区、再生区和冷却区。有机废气经鼓风机送人吸附区，VOCs成分被吸附后，成为净化气体排出。然后，吸附了VOC的吸附剂转入再生区，在高温空气的作用下，VOC成分被有效脱附，随再生空气排入焚烧设备处理，而吸附剂获得再生后转入冷却区进行降温，便于下一步再次进人吸附区有效吸附VOC成分。随着转轮的转动，吸附剂周期性进行吸附、脱附和冷却，实现对有机废气的净化f3I。因此，采用转轮式吸附工艺，可以高效净化有机废气，在线实现再生，设备简单易维护，而且吸附剂的损耗极少。

综上所述，针对涂装车间的喷漆室有机废气，采用分子筛沸石吸附剂的转轮式吸附工艺最为适用。

3喷漆废气处理方案及应用

以广州某汽车涂装车间为例，由于采用溶剂型清漆工艺，其喷漆室废气浓度远高于排放标准，必须处理后才允许排放。因此，针对沸石转轮吸附工艺在喷漆废气处理中的应用，做了详细的方案设计。该车间喷漆废气参数如表l所示。

针对废气参数，在处理方案中选用了一台美国进口品牌的沸石吸附转轮产品(规格4200)，浓缩比为14：1。浓缩后废气采用三室RTO废气焚烧设备进行处理。方案原理如图2所示。

该废气处理系统可分为几个部分：废气过滤系统、转轮吸附浓缩系统、废气焚烧系统及余热利用系统。优点主要有以下几方面：

(1)经沸石转轮浓缩后的废气与来自车间的烘干室废气共用一套废气焚烧设备(RTO)进行处理，减少设备投资成本。

(2)废气进入转轮之前经过三级过滤，减少对沸石转轮的污染。

(3)由于沸石的吸附效率与废气温湿度有很大关系(要求温度≤35℃，相对湿度≤90%)，因此在转轮设备的废气人El引入一路来自RTO的热空气，用于调节废气温湿度。

(4)RTO设备的排气管路增加一套汽水换热装置，用于加热车间热水，有效节能。

目前该车间已经正常生产一年多时间，通过实际验证，清漆废气经吸附转轮处理后，其VOC浓度由原来的220mg/m3降至20mg/m3，VOC去除效率大于90%;浓缩后废气和烘干室废气经RTO设备处理后的废气浓度可降至28mg/m3，完全满足环保要求。

4结束语

随着环境问题日益严重，企业和个人都有责任、有义务做出积极的努力改善环境，实现经济社会的健康可持续发展。采用本方案对涂装车间喷漆废气进行处理后，设备运行可靠，VOCs排放总量可以减少80吨/年，具有非常重要的社会意义。