摘要：涂裝車間作為汽車工廠的主要污染源，其噴漆室的廢氣通常采用排氣筒直接高空排放，對環(huán)境污染嚴(yán)重。針對噴漆室廢氣風(fēng)量大、濃度低的特點，通過幾種廢氣處理方式的綜合對比，制定出適用于噴漆室廢氣處理的方案，并在某汽車涂裝項目中成功運用，噴漆室廢氣經(jīng)過處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)可行。
伴隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)快速增長的同時，環(huán)境問題也日益凸顯出來。近年來，汽車制造業(yè)發(fā)展得如火如荼，各大汽車公司都在全國各地開疆拓土，建設(shè)新的生產(chǎn)基地。汽車生產(chǎn)的四大工藝中，涂裝車間是產(chǎn)生“三廢”最多的環(huán)節(jié)，其中涂裝廢氣是涂裝“三廢”中的主要部分。因此，如何有效治理汽車工業(yè)大氣污染已經(jīng)成為亟待解決的重要問題。在這種新形勢下，為了實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展，為人民創(chuàng)造更好的生存環(huán)境，許多地方政府的環(huán)保部門已經(jīng)針對汽車行業(yè)陸續(xù)出臺了汽車表面涂裝大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。
汽車涂裝車間的廢氣主要來源于噴漆室、晾干室和烘干室。目前，烘干室的廢氣在各大汽車工廠都是經(jīng)過焚燒處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后再排放的。然而，噴漆室和晾干室的廢氣則基本都是通過排氣筒直接高空排放，未經(jīng)任何處理，不能滿足新的環(huán)保法規(guī)要求。為了適應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)，目前許多在建和新建的汽車工廠已經(jīng)明確要求對噴漆廢氣進(jìn)行處理后再排放，甚至對現(xiàn)有的老舊涂裝線也提出對噴漆廢氣處理的改造需求，這既是企業(yè)的責(zé)任，也是必須履行的義務(wù)。因此，針對噴漆廢氣的特點，制定出合理、經(jīng)濟(jì)的處理方案就顯得尤為緊迫和重要。本文就是針對噴漆廢氣處理技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。
1廢氣處理方式
汽車涂裝工藝過程中，噴漆室、晾干室和烘干室會有大量有機(jī)溶劑(VOCs)揮發(fā)出來，通過廢氣系統(tǒng)排到車間外，會嚴(yán)重危害人體健康和生態(tài)環(huán)境，必須處理后再排放。廢氣中VOCs的處理方法主要有兩類：一類是破壞性消除法，如焚燒或催化燃燒法等，將VOCs轉(zhuǎn)化為CO2和H2O;另一類是回收法，如吸附法、吸收法、冷凝法和膜分離法。
1.1燃燒處理法
大部分的VOCs都是可燃的，可以通過熱力燃燒或催化燃燒方式進(jìn)行處理。采用燃燒法處理的優(yōu)點是：VOCs凈化效率高，有機(jī)廢氣不需要預(yù)處理，可靠性高。但其缺點是：廢氣處理溫度高，對于低濃度、低溫度廢氣，燃料耗能大;凈化后氣體排放溫度高，需要設(shè)置熱回收裝置;單臺設(shè)備的燃燒室處理風(fēng)量有限，對于大風(fēng)量廢氣，不僅造價很高，而且占地面積大。
對于烘干室的廢氣，由于其VOCs濃度和溫度較高(濃度為1000mgCm3，溫度在150～2000C)，且風(fēng)量不大(總廢氣量一般不超過5萬NmⅦ)，適宜采用燃燒方式進(jìn)行處理，比如，目前汽車涂裝車間應(yīng)用最為廣泛的蓄熱式焚燒設(shè)備(RTO)或熱力式廢氣焚燒爐(TNV)。而對于噴漆室和晾干室廢氣，由于其濃度和溫度較低，風(fēng)量較大(一般濃度<300ms/m3，溫度<30℃，風(fēng)量>10萬Nm‰)，因此采用燃燒處理方式既不經(jīng)濟(jì)，也不合理。
1.2回收處理法
回收處理方式中，吸收法適用于處理無機(jī)氣態(tài)水溶性污染物，且存在廢液的二次處理問題;冷凝法和膜分離法適用于處理小流量、高濃度廢氣;針對噴漆室廢氣濃度和溫度低、風(fēng)量大的特點，比較適合采用吸附法進(jìn)行處理。
采用吸附法處理廢氣的優(yōu)點是：對低濃度、大風(fēng)量的有機(jī)廢氣凈化效率高、運行費用低、操作簡單。缺點是：對廢氣的溫度和濕度有要求，特殊情況需要對廢氣進(jìn)行預(yù)處理;另外，吸附VOCs后的載體需要進(jìn)項再生處理。
2廢氣吸附處理工藝
2.1吸附劑
吸附處理技術(shù)的核心是吸附劑的性能，高性能的吸附劑應(yīng)具有均勻孔道、較大的吸附容量、良好的疏水性以及容易再生等特性。目前在工業(yè)應(yīng)用中，有機(jī)廢氣吸附處理工藝最常用的吸附劑是活性炭和分子篩沸石兩種。
活性炭具有孔穴豐富、比表面積大的優(yōu)點，適用于大部分VOCs的吸附凈化，但是當(dāng)廢氣濕度>60%時，其吸附效果會大大降低。另外，活性炭材料普遍存在安全性較差的問題，當(dāng)采用熱空氣再生時，易發(fā)生著火現(xiàn)象，其再生多采用高溫水蒸汽。而涂裝車間的噴漆室廢氣相對濕度RH一般為85%～90%，如果采用活性炭吸附，需要對廢氣進(jìn)行除濕預(yù)處理，而且再生工藝復(fù)雜，因此不適用。
相對于活性炭，沸石吸附劑的特性為：不可燃;耐溫1000℃，可用熱空氣高溫再生;有較強(qiáng)的疏水性，當(dāng)廢氣濕度RH<90%I對，表現(xiàn)出很好的VOCs吸附效果。
2.2吸附工藝
按吸附劑在裝置內(nèi)的工作狀態(tài)，可將吸附工藝設(shè)備分為固定床、移動床、流化床和轉(zhuǎn)輪式14】。其中，固定床不能滿足連續(xù)吸附的要求。移動床和流化床雖可以連續(xù)吸附，但存在吸附劑的磨損和消耗問題。轉(zhuǎn)輪式吸附工藝如圖1所示。轉(zhuǎn)輪主體為一個表面用吸附劑覆蓋的旋轉(zhuǎn)輪，劃分為三個區(qū)域：吸附區(qū)、再生區(qū)和冷卻區(qū)。有機(jī)廢氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)送人吸附區(qū)，VOCs成分被吸附后，成為凈化氣體排出。然后，吸附了VOC的吸附劑轉(zhuǎn)入再生區(qū)，在高溫空氣的作用下，VOC成分被有效脫附，隨再生空氣排入焚燒設(shè)備處理，而吸附劑獲得再生后轉(zhuǎn)入冷卻區(qū)進(jìn)行降溫，便于下一步再次進(jìn)人吸附區(qū)有效吸附VOC成分。隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動，吸附劑周期性進(jìn)行吸附、脫附和冷卻，實現(xiàn)對有機(jī)廢氣的凈化f3I。因此，采用轉(zhuǎn)輪式吸附工藝，可以高效凈化有機(jī)廢氣，在線實現(xiàn)再生，設(shè)備簡單易維護(hù)，而且吸附劑的損耗極少。
綜上所述，針對涂裝車間的噴漆室有機(jī)廢氣，采用分子篩沸石吸附劑的轉(zhuǎn)輪式吸附工藝最為適用。
3噴漆廢氣處理方案及應(yīng)用
以廣州某汽車涂裝車間為例，由于采用溶劑型清漆工藝，其噴漆室廢氣濃度遠(yuǎn)高于排放標(biāo)準(zhǔn)，必須處理后才允許排放。因此，針對沸石轉(zhuǎn)輪吸附工藝在噴漆廢氣處理中的應(yīng)用，做了詳細(xì)的方案設(shè)計。該車間噴漆廢氣參數(shù)如表l所示。
針對廢氣參數(shù)，在處理方案中選用了一臺美國進(jìn)口品牌的沸石吸附轉(zhuǎn)輪產(chǎn)品(規(guī)格4200)，濃縮比為14：1。濃縮后廢氣采用三室RTO廢氣焚燒設(shè)備進(jìn)行處理。方案原理如圖2所示。
該廢氣處理系統(tǒng)可分為幾個部分：廢氣過濾系統(tǒng)、轉(zhuǎn)輪吸附濃縮系統(tǒng)、廢氣焚燒系統(tǒng)及余熱利用系統(tǒng)。優(yōu)點主要有以下幾方面：
(1)經(jīng)沸石轉(zhuǎn)輪濃縮后的廢氣與來自車間的烘干室廢氣共用一套廢氣焚燒設(shè)備(RTO)進(jìn)行處理，減少設(shè)備投資成本。
(2)廢氣進(jìn)入轉(zhuǎn)輪之前經(jīng)過三級過濾，減少對沸石轉(zhuǎn)輪的污染。
(3)由于沸石的吸附效率與廢氣溫濕度有很大關(guān)系(要求溫度≤35℃，相對濕度≤90%)，因此在轉(zhuǎn)輪設(shè)備的廢氣人El引入一路來自RTO的熱空氣，用于調(diào)節(jié)廢氣溫濕度。
(4)RTO設(shè)備的排氣管路增加一套汽水換熱裝置，用于加熱車間熱水，有效節(jié)能。
目前該車間已經(jīng)正常生產(chǎn)一年多時間，通過實際驗證，清漆廢氣經(jīng)吸附轉(zhuǎn)輪處理后，其VOC濃度由原來的220mg/m3降至20mg/m3，VOC去除效率大于90%;濃縮后廢氣和烘干室廢氣經(jīng)RTO設(shè)備處理后的廢氣濃度可降至28mg/m3，完全滿足環(huán)保要求。
4結(jié)束語
隨著環(huán)境問題日益嚴(yán)重，企業(yè)和個人都有責(zé)任、有義務(wù)做出積極的努力改善環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的健康可持續(xù)發(fā)展。采用本方案對涂裝車間噴漆廢氣進(jìn)行處理后，設(shè)備運行可靠，VOCs排放總量可以減少80噸/年，具有非常重要的社會意義。
來源:《裝備制造技術(shù)》 作者:楊建鎖 馬力等
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