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浅谈喷烤漆行业废气处理方案

点击次数:更新时间:2017-11-08 15:11:40【打印】


一、概述

在汽车、摩托车、自行车、轮船、飞机、家用设备、机械设备、建材及家具等行业中,需要对其表面进行喷漆或烤漆处理,以达到装饰、美观和防腐等功效。涂料在施工和固化过程中,需要使用大量有机溶剂,这些挥发性的有机物在使用过程中会释放出来,并排放到大气中,有机废气中的挥发性有机物称为VOCs(VolatileOrganicCompounds),大多数有机物为毒性危险的空气污染物,不但对人们的身体健康造成直接危害,对人们赖以生存的大气也同样造成破坏。
二、喷烤漆行业有机废气的特点和危害

1.废气的特点

喷烤漆行业的废气,废气量大,浓度高,含有的有机物种类多,一般烤漆行业的废气含有三苯、醇类、酮类、醚类、酯类等有机物。

2.废气的危害

喷烤漆行业的废气中含有的有机物种类多,其中以“三苯”含量高,危害大,苯、甲苯和二甲苯都为无色、有芳香气味的,沸点为80.1oc,是挥发性有机物,都具有易挥发、易燃的特点。

苯被质量卫生组织(WHO)国际癌症研究中心(IARC)确认为高毒致癌物质。急性毒作用,主要对中枢神经系统,慢性主要作用于造血组织及神经系统,但若造血功能完全破坏,可发生致命的颗粒性白细胞消失症,并引起白血病。对皮肤也有刺激作用。苯、甲苯和二甲苯是以蒸气状态存在于空气中,中毒作用一般是由于吸入蒸气或皮肤吸收所致。由于苯属芳香烃类,使人一时不易警觉其毒性。如果长期接触一定浓度的甲苯、二甲苯会引起慢性中毒,可出现头痛、失眠、精神萎靡、记忆力减退等神经衰弱症。甲苯、二甲苯对生殖功能亦有一定影响,并导致胎儿先天性缺陷(即畸)。对皮肤和粘膜刺激性大,对神经系统损害比苯强,长期接触还有引起膀胱癌的可能。

同时,由于喷烤漆行业使用的油漆具有粘附性,如高浓度的漆雾如不加以治理,随风扩散,粘附在建筑物上,影响其美观,沉降在花草树木中,将影响植物的光合作用。

三、有机废气源强

根据某喷烤漆行业企业提供的有关技术资料,排放点排放的废气量及废气中苯、甲苯、二甲苯浓度见表1:
               
四、设计目标

本工程有机废气经治理后,能达到《表面涂装(汽车制造业)挥发性有机化合物排放标准》(DB44/816—2010),排放标准具体指标见表2。
           
五、喷烤漆行业废气处理工艺选择

1.活性炭吸附法
活性炭吸附是目前最广泛使用的回收技术,其原是利用吸附剂(粒状活性炭和活性炭纤维)的多孔结构,将废气中的VOCs捕获。将含VOCs的有机废气通过活性炭床,其中的VOCs被吸附剂吸附,废气得到净化而排人大气。当炭吸附达到饱和后,对饱和的炭床进行脱附再生;通入水蒸气加热炭层,VOCs被吹脱放出,并与水蒸汽形成蒸汽混合物,一起离开炭吸附床。用冷凝器冷却蒸汽混合物,使蒸汽冷凝为液体。若VOCs为水溶性的,则用精馏将液体混合物提纯;若为水不溶性,则用沉析器直接回收VOCs。炭吸附技术主要用于VOCs浓度小于5000ppm的情况。适于喷漆、印刷和粘合剂等温度不高,湿度不大,排气量较大的场合。  
      活性炭吸附系统常用来处理气量200~100000m/h,浓度范围在2O一5000ppm的气体。设备的尺寸取决于气量和浓度。活性炭吸附系统的投资费用不高,操作灵活,运行成本与其他方法相比通常也较低。再生可采用热空气、水蒸气或热氮气进行。再生产生的浓污染气体需进一步采用冷凝、热力燃烧、催化燃烧等方法处理。由于此时处理的是小气量的浓缩气流,故二级处理的费用大大减低。活性炭在使用和再生的过程中会不断地损失其吸附容量,因此在使用一定时间后需全部更换。
                            
纤维活性炭由于其微孔直接面向气流,表现出良好的吸附、脱附性能,因而可采用较短的吸附、脱附周期。另外,由于炭纤维较普通活性炭的金属含量低(约少50%~90%),对卤代氢的催化作用小,不会造成会引起腐蚀作用的水解作用,也不会出现炭床闷烧现象。
2.吸收法

吸收法系利用液体(吸收液)之溶解作用,以去除排气中可溶解之成分。在污染控制上系利用吸收操作选择性,去除某些具污染性的气体成分,以达到减少污染排放的目的。伴随溶质之废气从吸收塔塔底进入,而吸收剂从塔顶进入进行吸收接触。自塔顶流出的气体为经处理过的干净气体,可径行排放或导人其它单元处理,而从塔底流出的液体则送入再生单元再生使用。

吸收塔依据所产生的气液交界面的型态可区分为三类,即薄膜式吸收塔(FilmAbsorber)、喷射式吸收塔(JetAbsorber)、泡沫和液滴式吸收塔(BubbleandDrop-Absorber)。至于工业上常用之吸收设备有喷雾塔、文式洗涤塔、填充塔、板状塔等数种。一般处理含有机物之废气使用填充塔或板状塔。其中填充塔通常被用于处理含腐蚀性物质或有起泡/阻塞倾向之液体,或使用板状塔时会产生过压降者。板状塔常用于需要内部冷却(IntemalCooling)或因吸收剂流量较低以致无法完全润湿填充物之情况下,因此通常会用在大规模吸收操作。废气进入吸收塔后,吸收剂由上往下与废气接触,将废气中可溶于吸收剂之成份吸收出来,而处理过后的干净气体则由塔顶流出。由塔底流出之吸收剂可由汽提回收VOCs成份后,重复进入填充塔使用或进入处理厂中处理。

3.冷凝法

冷凝是一种将排放气体的温度降低至沸点之下,以凝结气态物质的物理程序,普遍应用于原料或产品之分离及纯化,也可作为初步控制挥发性有机物之用。冷凝分离效率在50~85%之间,冷凝最适于大型冷冻储槽排放回收之用,因为冷凝只改变物质的相态,而不会影响其成份,而且程序简单,如果排放气流中有机物质纯度高,则不须精细控制。排放气体的流量上限约为55Nm/min,流量过高或气流中含有大量无法冷凝的气体时,冷凝器的热交换面积需求过大,不符合经济价值。

针对有机物最常用的冷凝器为管壳式热交换器(Shen—TubeHeatExchanger),冷凝液体(冷媒)由管中通过,气体由壳部分通过,在管外遇冷凝结。非接触性管壳式冷凝器是有机蒸气冷凝最常用的设备,冷凝气体的选择视凝结温度而异,冷却水是最低廉的冷却液,但其用途受温度限制。有机物之排放处理用冷凝器很少使用冷却水,因为排放气体的压力约为常压(1大气压),一般挥发性有机物质的凝结点多低于冷却水温度(摄氏25度一4JD度之间),必须使用冰水、冰盐水、或氟氯碳化物一类的冷冻剂。

4.热焚化法

热焚化原理是将废气直接在高温的火焰下燃烧,其所含的挥发性有机物经由激烈氧化,转化成二氧化碳和水。热焚化炉通常具有耐火材衬里并在炉端设有燃烧器,进流废气和燃烧空气在预混室内充分混合,然后进入燃烧室焚化。炉体的设定温度和滞留时间是决定去除效率的主要因素,其随废气组成和含量多寡而异,通常设计炉温约在700~800℃,滞留时间约0.5秒。至于欲处理气体中的氧气含量在10%以下或一氧化碳浓度太高时,则需要在800℃以上的处理温度。

热焚化法最大优点是去除挥发性有机物的效果良好(正常操作可达98%)且操作容易。其缺点是因高温操作,燃料消耗量大,燃料费用可观;且因高温燃烧时,易生成氮氧化物(NOx)的第二次公害;若处理气体中含有硫、卤素等成份,其燃烧氧化时硫氧化物(SOx)和卤化物等有害气体会同时排出,所以排气处理装置及炉体设计时须予注意,通常得配合洗涤塔等设备以避免造成二次污染排放。在安全的考虑下,排放流体VOCs浓度一般限制于LEL(低爆炸限值)的25%,因此,当VOCs的浓度高时,必须加以稀释。

5.生物处理法

针对有机臭味及挥发性有机物质所衍生的空气污染,以生物技术处理,具有高效率且低成本的优点,极具市场竞争力。适用于含VOCs

(1)生物滤床法

生物滤床法系污染物质由气相传输至湿润之生物膜中,被固定在填料表面的微生物进行氧化分解作用,使污染物转化为水、二氧化碳及无害的盐类,故无二次污染问题,滤床的主要填充物质包含生物膜所依附的固体外,尚包括营养盐、分散度改良剂及酸碱度缓冲剂等。生物滤床法具有设备及操作费用低廉的优点,但是滤料易产生干化及酸化,必需置换且持久性不佳,是其缺点。

(2)生物滴滤塔法

生物滴滤塔法其生物作用原理与生物滤床法类似,但其塔中填充物多为木材、陶瓷及塑料等物质,此外还包含循环水系统以控制pH值变化及去除生成的盐类。污染物质被循环液体吸收捕集传输进入生物膜后,被固定于生物膜上的微生物分解。由于生物滴滤塔法的操作条件较为复杂且需自动监控系统控制,故设备费用较高。但其塑料等材质所构成的滤床将使其压损低于滤床法,且无滤料酸化或干化的置换问题,为其优点。但当有机负荷过高时,易形成生物厌气状态与剥落等问题,是其缺点。因此,石化工厂在选择处理中低浓度的有机废气时,可进一步评估生物处理技术之可行性。
六、处理工艺选定

上述各种有机废气去除技术、设备费、可能产生二次公害及优缺点列于表6:
                
根据项目实际情况,由于喷烤漆处理工程中排放的有机废气具有较大的回收价值,所以不采用破坏性方法。活性炭吸附法已普遍用于许多VOCs的回收,在制鞋、喷漆、印刷、电子等行业中有机废气的回收非常有效。
从表6可见,VOCs的处理方案取决于许多因素,包括VOCs的性质和浓度,进人物流的流量,回收效率等污染物的回收价值等。对于成分较复杂,风量较大的喷烤漆废气,活性炭吸附是目前较好的方法。

选择活性炭吸附法处理喷烤漆有机废气有如下特点:

1.活性炭吸附法适用范围广,对大多数有机物均

有较高的吸附率,对废气成分较多的喷烤漆废气处理
效率较高。

2.投资费用和运行费用不高,维护简单。

3.操作简单、安全、运行稳定可靠。

七、结语

通过分析喷烤漆行业废气的特点,比较各种有机废气处理技术的原理、使用范围及其优缺点,相对来说,活性炭吸附对处理喷烤漆行业有机废气有很好的处理效果,是一种较成熟、实用的方法。

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