水电之家讯：涂装废气来源
涂装是指对金属和非金属表面覆盖保护层或装饰层,是产品表面保护和装饰采用的最基本的技术手段。涂装工艺可以简单归纳为:前处理y喷涂y干燥或固化。前处理一般包括除油、除锈、钝化(磷化)工艺。针对不同的涂层及对抗腐蚀的要求,除油、除锈、磷化等处理方法要视工件原材料的状况来选择。在前处理除锈工艺中,喷砂、抛丸或打磨工艺,也在不同行业的不同部门按需择用。随着涂装技术的飞速发展,涂装自动化生产有了明显的进步,静电喷涂、电泳涂漆、粉末喷涂技术得到了应用推广。但是,目前涂装所采用的还都是属于有机溶剂型涂料。
根据涂装生产工艺,涂装废气主要来自于前处理、喷涂、干燥过程,所排放的污染物主要为:前处理过程中产生的粉尘或酸雾,喷漆时产生的漆雾和有机溶剂,干燥挥发时产生的有机溶剂。漆雾主要来自于空气喷涂作业中溶剂型涂料飞散的部分,其成分与所使用的涂料一致。有机溶剂主要来自于涂料使用过程中的溶剂、稀释剂,绝大部分属挥发性排放,其主要的污染物为二甲苯、苯、甲苯等。涂装中排放的有害废气主要集中在喷漆生产线上,其中喷漆室、晾干室、烘干室是废气的主要发生源。
涂装废气治理措施
涂装废气的治理可分为防、治两条途径。防主要是减少废气的排放,治主要是对不可避免的排放气体进行净化治理。
减少废气排放
源头控制,减少有机溶剂的使用为了减少涂装过程中的废气排放,可从源头着手,不用或少用含有有机溶剂的涂料,如采用粉末涂料、水性涂料、高固体成分涂料等。各类涂料有机溶剂的使有机溶剂水溶性涂料不用粉体涂料不用高固体涂料少用无苯涂料用低毒有机溶剂粉末涂料不使用有机溶剂,涂装过程中除产生涂料粉尘外,基本上不排放有害废气,因此,近年来发展迅速,应用范围大幅增加。水溶性涂料和高固体成分涂料同样可有效减少涂装过程中的有害废气排放,是涂料行业的发展趋势。在涂装过程中,选择高固体成分涂料或不用有机溶剂的涂料,虽然涂料价格较贵,但却减少了有机溶剂的排放,降低了废气处理的难度和处理设施的规模,符合清洁生产和节能减排的要求。
提高涂料利用率,减少使用量在涂装生产中,喷涂是常用的方法。但喷涂产生的漆雾较多,涂料会以漆雾形式挥发到空气中。表2列出了根据ASTM(美国材料试验学会)对不同喷涂方法的涂覆效率的比较。
有机溶剂的回收利用涂装过程中产生的漆雾和挥发的有机溶剂,可进行回收利用的主要是有机溶剂。回收方法有活性炭吸附法、液体吸收法和冷凝法。
1、活性炭吸附法主要是利用活性炭比表面积(500~1200m2/g)大,具有优异的吸附性能,使有机溶剂蒸气吸附其表面,当加热烘干吸附介质时,被吸附的气体解析出来,经冷却成为液态,再经分离达到回收溶剂的目的。活性炭吸附法,需设置过滤器和冷却器进行预处理,除去废气中的漆雾,并将废气降低至适当的温度,以保证活性炭不被堵塞,不会因废气温度过高而导致燃烧。由于活性炭吸附有机溶剂后,其吸附力将逐渐降低,为了保证吸附效率,需要脱附,使活性炭重新恢复活性。
最常用的活性炭再生法是水蒸汽脱附法,脱附后的混合气体进入冷凝器冷却成液体,再进入分离器,使溶剂和水分离,达到回收溶剂目的,而分离水需经处理后才能排放。当前,活性炭吸附法有了新的发展,即以活性炭纤维代替通常使用的粒状或柱状活性炭,其使用寿命比普通粒状活性炭长3~4倍。国内也出现了以活性炭纤维(ACF)作为吸附介质,回收有机溶剂的装置。对于回收的溶剂有两种利用方法:重新分馏利用或燃烧产生热量。前者要视企业自身情况,可增加设备,自行分馏利用或委托溶剂生产厂家分馏利用。后者需要在设备中增加催化燃烧室及热风循环系统,将从活性炭纤维上脱附的有机溶剂高温催化燃烧,并为设备的运行提供能量,因此不再需要蒸汽脱附有机溶剂,并且也不存在溶剂回收过程中对于分离水的处理要求。现在国际上最新的发展,是采用活性炭纤维布(ACFC)作为吸附介质,通电加热脱附回收有机溶剂。这种方法具有的优点:有机溶剂在固相和流体相之间的质量转移快,比粒状活性炭快2~20倍;ACFC使用寿命长;ACFC能够快速加热、不需要水蒸汽脱附,因而操作和维护简便,脱附的有机溶剂不需要除水,可以直接应用,并且不存在废水处理问题。
2、液体吸收法是以液体作为吸收剂,使废气中的有害成分被液体吸收,从而达到净化的目的。液体吸收法的关键是吸收剂的选择。一般采用水作为吸收剂来处理水溶性涂料废气,采用柴油吸收涂装生产烘干过程的有机溶剂废气。水作为吸收剂,存在废水处理的问题,柴油作为吸收剂,因其本身易挥发、易燃,存在二次污染和安全风险,并且再生和处理也存在一些问题。因此,液体吸收法的应用不广泛。
3、冷凝法是通过采用低温,使有机物组分冷却至露点以下,进行液化回收。其适用于处理高期浓度废气,特别是含有害物单纯组分的废气;可作为燃烧与吸附净化的预处理;可处理含有大量水蒸汽的高温废气。该法所需设备和操作条件比较简单,回收物纯度高,但是,对废气的净化程度受冷凝温度的限制,要求净化程度高,或处理低浓度废气时,需要将废气冷却到很低的温度,经济上不合算。
有机溶剂分解是指把有机溶剂分解成CO2和H2O。分解有机溶剂的方法有燃烧法、催化燃烧法、紫外线-臭氧法和微生物分解法。
(1)燃烧法采用燃烧法处理涂装废气时,当废气中混合溶剂的浓度较高时,从安全考虑,需用空气稀释到混合溶剂爆炸下限浓度的1/4~1/5,才能进行燃烧处理。燃烧法需将含有的有机溶剂废气加热到700~800e,使其燃烧或氧化分解为CO2和H2O。废气在燃烧室停留0.5~1.0s,碳氢化合物等废气在较高温度下完全燃烧,同时产生光化学烟雾物质NOx。NOx的产生与燃烧品种、燃烧温度、装置结构和燃烧时所需空气量有关,其中最重要的是燃烧温度。为避免产生大量的光化学烟雾物质NOx,燃烧温度应控制在800e以下。废气经燃烧处理后可达标排放。由于燃烧后的气体温度达500~600e,可设置热交换器,将热能回收利用于废气燃烧前的预热,以减少燃料用量。或者将废气用于发电,如福特汽车公司引进了吸收涂料VOC发电设备,用以吸收涂装车间挥发的有机溶剂作为发电能源。
(2)催化燃烧法是将含有机溶剂的废气加热到200~320e,然后和催化剂接触,进行无火焰的催化燃烧,生成CO2和H2O。催化燃烧的技术性较强,在选择催化温度前,必须了解有机废气中的有机成分,否则很容易造成不完全氧化,使有机溶剂的微粒吸附在催化剂载体表面,久而久之,使催化剂的活性下降,影响净化率。其实,只要控制得当,这种现象完全可以避免。用于催化燃烧的催化剂,以贵金属Pt、Pd最多,还有稀土金属催化剂。
(3)紫外线-臭氧法紫外线-臭氧法的优点是,氧化过程中不产生CO和NOx,而且可以同时除去漆雾颗粒和有机溶剂,但其缺点是设备复杂、生产臭氧的成本高、需要处理吸收用水,而且不适合废气排量大的场合。
(4)微生物分解法微生物分解法已经在减少臭味和除去一些有机溶剂上得到成功应用。其优点是,不产生NOx,而且处理过程中消耗的能量很少,但该法需要的空间大、微生物处理系统维护比较复杂。
减少涂装公害既是涂装技术发展方向，也是涂装行业的责任。随着国内对环境质量的要求不断提高，挥发性有机废气的治理工作正逐步开展。对汽车涂装废气，应根据不同特点，分析不同处理方法的处理效果与处理成本，采取切实有效的技术方法处理，满足排放标准，保护地球环境，创建和谐社会。
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