汽修行業噴漆廢氣處理工藝技術進展
作者: Guanglv
來源: 未知
發布時間:2019-08-08 10:09
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隨著我國汽車行業的迅速發展,汽車保有量逐年增加。越來越多的汽車進入人們的生產生活中。在汽車維修的工序中會產生大量的噴漆廢氣,不僅造成大氣環境污染,同時危害威脅操作工人健康。簡述了汽修行業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,并針對噴漆廢氣的綜合治理技術做了簡要介紹。闡述了這些技術的工作原理、凈化流程以及優缺點,并對今后汽修行業噴漆廢氣治理的研究和應用給出提出了建議。
1 前言
隨著我國經濟的高速發展，汽車成為人們日常生活中必不可少的交通工具。汽車給人們帶來巨大便利的同時，也引發了許多環境污染問題。其中汽修行業產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，具有大風量、低濃度，間歇性、工藝復雜等特點。
隨著我國汽車業的蓬勃發展，產業帶來的環境負面影響也漸漸引起了社會的重視。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注。政府部門一直在采取有效措施，加強監管，促使汽車行業各企業逐漸重視VOCs 的治理，節能減排，綠色生產，實現可持續性發展。以北京市為例，北京市針對汽車維修行業制定了大氣污染物排放標準，見表1。表中I 時段為2017 年1 月1 日之前，Ⅱ時段為之后，可以從表中結果看到Ⅱ時段較I 時段的排放標準嚴格了近一倍，所以，加強汽修行業VOCs綜合治理具有十分重要的意義。
2 汽修行業噴漆廢氣成分及特點
汽修行業，以4S店為例，主要的噴漆廢氣來源烤漆房。據統計，汽車4S 店噴烤漆房的內部空間在70～75m3，換氣次數在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較大，特別是在噴整車漆的時候，油漆用量更大，這也直接造成噴漆廢氣中污染物濃度波動值較大。另外，與汽車涂裝行業不同的是，實際工作生產中，汽修企業只有在維修汽車時才會產生噴漆廢氣，因此廢氣具有不連續、間斷性的特點。曾培源等在某汽車涂料生產車間采集若干樣品并對其分析，檢測出15 種VOCs，包括苯系物( 甲苯、二甲苯等) 、酯類( 乙酸乙酯、乙酸丁酯等) 、酮類( 甲基異丁基酮) 和醚類( 乙二醇丁醚) 等。值得一提的是，油漆車間的VOCs排放主要來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排放僅為傳統溶劑型油漆工藝的1 /3左右。表2為溶劑型色漆和水性色漆的VOCs含量對比。
3 噴漆廢氣漆霧處理方法
與其他工業廢氣不同，噴漆廢氣中不僅含有VOCs等有機污染物質，還含有大量過噴漆霧。過噴漆霧是由于在汽車噴涂過程中一部分漆液無法達到車身表面從而進入周圍環境形成的。漆霧中固態物質與液態物質并存，其中液態物質以氣溶膠的式存在。漆霧顆粒具有顆粒小，粘度大等特點，若不對漆霧進行預處理，漆霧顆粒會粘附在吸附劑、催化劑、生物填料的表面，形成堵塞，使之失去處理活性。因此，對噴漆廢氣的處理應優先對廢氣中的漆霧進行預處理，此過程十分重要。
目前國內外對于漆霧的預處理方法很多，處理材料的種類也十分多樣，總的來說，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濾材料對漆霧進行攔截與過濾。工作原理是將濾料固定在過濾裝置上，通過風機的作用使含有漆霧的廢氣進入過濾器，使之粘附在濾料上被過濾，過濾后的廢氣進入下一級處理系統，達到預處理的目的。具有代表性的方法有濾料過濾法和石灰石干式吸附法。目前常用的干式過濾材料有漆霧棉、初效棉、中效棉、迷宮紙、玻纖阻漆網和地網棉等。其中漆霧棉、初效棉、中效棉等過濾材料的材質主要是玻璃纖維，是一種環保型過濾材料，工作時玻璃纖維與空氣磨擦產生靜電，更有效捕捉噴漆時產生的漆霧顆粒。葛兆星介紹了一種迷宮紙在含漆霧廢氣的處理中的應用。該迷宮紙使用特制復合型瓦楞紙通過折疊沖孔黏合形成V 形孔，運用文丘里旋風效應來攔截漆霧顆粒。該干式過濾材料對漆霧的分離效率大于一般的干式材料，可達98%，其使用壽命是纖維網的5倍多。陳音瑜介紹了應用于油漆車間的一種石灰石干式吸附處理法，石灰石處理漆霧的流程見圖1。該處理過程可通過更換噴漆室各模塊石灰石頻率及降低石灰石消耗來石灰石的使用量，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相似相溶原理，使用液態物質( 多為在水中加絮凝劑) 捕捉漆霧。工作原理是利用循環水與漆霧充分混合來捕捉過噴漆霧，處理后的廢水含有大量具有粘性的油漆廢渣，易粘附在管道內壁和水池表面，降低凈化效率，需要加入絮凝劑來對油漆廢渣進行改性，凝聚，使之成團從而固液分離，凈化循環水，提高利用率，降低成本。濕式處理法根據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系統、排風系統、循環水系統、文丘里系統組成，工藝流程如圖2 所示，文丘里凈化法主要利用文丘里效應，循環水負壓通過文丘里器管道，在喉管段氣流速度逐漸增大，經過風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，使漆霧與循環水中的凝聚劑充分接觸，而后流入循環水池，定期撈出浮渣后達到凈化的目的。
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水泵在噴漆房光滑板壁上形成水幕，在風機的帶動下將噴漆房內漂浮的漆霧落入水幕中，隨水幕流動進入循環水槽。工藝流程如圖3 所示，水簾式噴漆房的構造需要注意兩點，第一淌水板必須堅固且光滑，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、送排風系統和漆霧處理系統等組成，采用上進氣的送氣方式，利用旋壓器內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達到凈化的目的。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計方案，該設計方案對噴漆室室體、送風系統、水旋器等關鍵部位進行了參數設計及優化，針對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境，具有巨大的市場應用前景。
4 汽車行業噴漆廢氣綜合處理技術
汽車行業噴漆廢氣普遍存在風量較大，VOCs濃度較低的特點，同時廢氣之中還混合許多具有粘性的漆霧顆粒，因此，汽車行業有機廢氣的處理方式將會較為繁雜，一般需要多種處理技術綜合利用才能使廢氣處理達標。
4. 1 漆霧預處理+ 沸石濃縮轉輪吸附+ 催化燃燒處理技術
沸石轉輪吸附+ 催化燃燒技術是上世紀70 年代由日本研制出的一種有機廢氣處理技術，適合處理大風量低濃度的有機廢氣，處理效率可達99%。圖5所示為沸石轉輪系統組成。沸石轉輪吸附裝置主要由氣體過濾器、風機、VOCs 濃縮轉輪和熱交換器組成，其中沸石轉輪的主體由蜂窩狀的陶瓷纖維片組成，在轉輪的表面通過特殊的燒結工藝覆蓋具有吸附性能的疏水性沸石。轉輪內部通過耐高溫耐腐蝕的氣體密封墊將其分隔成三個區域: 吸附區、脫附區、冷卻區。含有VOCs 的廢氣在風機的作用下經過轉輪吸附區被沸石分子篩吸附，成為潔凈氣體排出。隨著轉輪旋轉，吸附有機廢氣至飽和的吸附轉輪進入脫附區，在高溫脫附氣體的反向吹掃下，高濃度的有機氣體從轉輪上脫附下來后被送入催化燃燒裝置實現再生。隨后轉輪旋轉到冷卻區，一小部分廢氣被引入到該區域對轉輪進行冷卻處理，使隨后的吸附區能正常地再對廢氣進行凈化，完成吸附- 脫附- 冷卻的循環過程。上汽大眾汽車有限公司的林宣樂介紹了沸石轉輪濃縮與催化燃燒技術在汽車涂裝噴漆室有機廢氣凈化方面的應用，針對噴漆室廢氣大風量、低濃度的特點，綜合考察了廢氣及噴漆室各項信息，制定了如圖6 所示的工藝方案，優化了沸石轉輪及催化燃燒設備的工藝參數，對不同形式的噴漆室制定了可行的廢氣處理方案，并在實際項目中成功運用且滿足地方排放標準。
對于以4S 店為代表的汽修企業，普遍具有規模小，分散度高的特點，且廢氣間斷性排放，不連續。沸石轉輪技術通過熱交換器將催化段的多余熱量用于脫附，實現熱量的回收利用，但需要系統連續運行來確保熱量得到有效回收利用，因此對于汽修行業間歇排放廢氣的特點，沸石轉輪技術不適用。另外沸石轉輪吸附技術設備占地面積大，前期技術投入高，對于汽修這種小型企業來說經濟效益較低。
4. 2 漆霧預處理+ 活性炭吸附+ 催化燃燒處理技術
活性炭是一種黑色的無定形碳，有粉末狀、塊狀、顆粒狀、蜂窩狀等形態。活性炭的微晶結構使其具有發達的孔隙結構和極大的比表面積，因此活性炭具有十分優良的吸附性能，被廣泛應用于氣相與液相的吸附處理工藝中。以汽車行業為例，活性炭吸脫附+ 催化燃燒工藝是汽車涂裝噴漆廢氣處理應用最多的一種工藝，其裝置簡易，運行穩定，處理效率優良。歐海峰介紹了一種吸附-催化燃燒法處理噴漆廢氣實例應用，整個系統集吸附- 脫附- 催化燃燒于一體，正常運行時，多單元吸附器中的一個單元進行脫附操作，而其它單元處于吸附或冷卻狀態，脫附出的高濃度有機廢氣進入催化床燃燒分解。實際運行效果表明，該技術效果高，污染少，費用低。奚海萍設計了一種針對某汽車企業噴涂有機廢氣的過濾- 濃縮- 催化一體的治理技術。廢氣中的過噴漆霧使用過濾棉進行預處理，采用蜂窩活性炭對有機廢氣進行吸附濃縮，而后高濃度有機廢氣進入催化工藝進行催化燃燒。該工藝在除臭的同時能在較低的溫度下催化分解有機廢氣，催化燃燒的熱量可以滿足自身燃燒反應，排出的尾氣可通過換熱器為脫附反應提供熱量，實現節能目的，降低運行費用。
目前汽車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，需要在運行管理中嚴格按照要求或者使用頻率進行更換。另外，活性炭與其他吸附材料相比著火點較低，當吸附罐內發生熱量集聚時易發生著火的現象，產生安全問題。從理論上來說，脫附時間越長，脫附溫度越高，脫附效果越好，但是在實際應用過程中，脫附溫度過高就會存在活性炭吸附材料著火的風險，溫度過低又很難脫附干凈造成排放濃度難達標; 另外活性炭吸附的大部分污染物都會在較短的時間內脫附出來，如果脫附時間過長脫附效果會隨之越來越不明顯，經濟效益較低。因此，在實際應用中，確定合適的工藝條件，即最佳脫附時間與脫附溫度需要深入研究。在如今汽修市場大環境下，采用活性炭吸附法處理廢氣的店大多沒嚴格按照要求進行活性炭的更換或者解吸附，后期處理效果并不理想。因此可以通過對吸脫附工藝的改善與調節，采用著火點高的改性活性炭或分子篩來解決活性炭著火問題，同時也可以實現能量的再利用，提高能量利用率。
4. 3 漆霧預處理+ 生物法處理技術
生物凈化技術是不同于傳統有機廢氣處理技術的新型技術，已在國內外廣泛應用。生物法處理有機廢氣的原理是利用生物滴濾塔內的附著在填料上的微生物的新陳代謝作用，降解廢氣中的有機物。生物法凈化有機廢氣的關鍵是針對特定有機物選取合適的微生物，并控制適宜的溫度與PH來保證微生物的活性，確保廢氣凈化效率。劉建偉研究了生物滴濾與生物過濾組合工藝在某汽車噴漆車間廢氣處理的應用。該實驗研究在對噴漆廢氣預處理后，在風機的作用下將廢氣送入生物滴濾塔，氣液逆流操作，營養液有水泵經噴淋裝置進入生物滴濾塔。而后尾氣進入生物濾塔后排入大氣。該研究考察了組合工藝對噴漆廢氣中TVOCs的處理效率及組合工藝對TVOCs 的去除負荷。結果顯示，該生物法對有機廢氣的去除效率大部分保持在98%以上，且對于組分較為復雜的噴漆廢氣該工藝仍能達到較高的去除負荷，說明該處理技術具有良好的效果。
考慮到汽修行業噴漆廢氣間歇性的特點，生物法在實際運用中可操作性不強。生物滴濾塔內的微生物需要廢氣持續輸入來為其提供營養來源，一旦廢氣停滯又無外界營養液補充，微生物會大量死亡影響處理效率。另外，生物法設備占地面積較大，對操作環境有一定要求，因此該工藝不適合汽修行業噴漆廢氣處理領域的應用。
5 結語
汽修行業噴漆廢氣屬于有機廢氣，對環境和人體健康有較大的危害。廢氣具有風量大、濃度低、間歇性的特點，且廢氣中摻雜著具有粘性的漆霧顆粒，成分復雜，對處理工藝的選擇具有較高的要求。對于噴漆廢氣中的漆霧的預處理分為干式和濕式處理法，中低效干式過濾效果較差，組合式干式過濾法是目前較為有效的去除漆霧的工藝，但運行成本較高; 濕式處理法能到達中高效的除漆霧效果，但會增加氣體含濕量，影響后續的吸附濃縮過程且會產生廢水問題，如何根據實際工況、排放要求及成本問題選擇適當的處理工藝是在應用中需要考慮的問題。在噴漆廢氣中有機物的處理方面，實際應用中逐漸將單一的處理技術發展為多技術綜合利用的方法，大大提高了處理效率，降低了經濟成本。綜合考慮實際工況條件，在改善工藝參數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的最佳選擇。另外，國內外近些年出現了許多新型技術用以處理噴漆廢氣，例如，濕式噴淋- 低溫等離子體工藝技術、微納米氣泡技術等。目前，針對汽修噴漆廢氣處理工藝中，由于不能對漆霧進行預處理，導致了處理系統整體處理性能不高。所以，在今后治理汽車噴漆廢氣的研究中，需要結合實際工況條件，經濟情況，綜合利用不同處理技術的優勢，選取最為合適的治理技術，此外，還要加強處理設備日常維護，加強環境管理，實現以最小的經濟成本和人力投資凈化噴漆廢氣，達到國家排放標準要求。
