油霧淨化

行業簡介

爲瞭(le)貫徹落實國務院 《大氣污染防治行動計劃》，2015 年環保部制定並(bìng)會同國家質檢總局發布瞭(le) GB31570《石油煉制工業污染物排放标準》、GB 31571《石油化學工業污染物排放标準》、GB 31572 《合成樹脂工業污染物排放标準》[1]等國家大氣污染物排放标準。 到目前爲止，已全部完成瞭(le)“大氣十條”要求制定的大氣污染物特别排放限值的 25 個重點行業排放标準。新标準的出台給塗料生産企業提出瞭(le)更高的環保要求，新建企業必須按新标準執行
， 老企業應該抓緊生産設備和環保設備改造，因爲 2017 年老企業也必須執行新标準。大力研發、生産和使用無溶劑塗料（UV 固化塗料、水性塗料、粉末塗料等）是解決塗料 VOCs 排放的根本途徑，但是目前還不可能做到全部無溶劑化。生産企業必須重視生産過程中 VOCs 的揮發，採取有效措施，使生産尾氣排放符合國家标準。

優化生産(chǎn)模式，有效治理廢(fèi)氣

塗料生産包括塗料制造和塗料用樹脂的合成，涉及工業窯爐、 化學反應裝置、 制漆裝置 3 類廢氣排放源，後者的工業廢氣難處理， 因爲面廣、量大、濃度低
，是本文讨論的對象。塗料企業隻有抛棄粗放式生産模式，採(cǎi)用新方案、新技術、新設備(bèi)
，實行精細管理才能使廢氣排放達标
。具體就是要做到以下幾點。

密閉生産

料企業現在正逐步實現密閉(bì)生産，但很不徹底
。平蓋式配料、調漆容器縫隙較大，敞開投料，溶劑易揮發； 砂磨機可以徹底封閉(bì)， 但經常與移動容器配套使用，移動容器成瞭(le) VOCs 的主要排放源；産品的人工灌裝和容器的人工清洗，其溶劑的揮發不但污染環境，對工人的健康也造成很大威脅。

瞭(le)實現密閉式生産，現在的配料、調漆容器都採(cǎi)用釜式結構，液體投料管道化，粉料通過料管與料倉或投粉裝置連接，在微負壓下加入，實現瞭(le)現場 VOCs 的零排放。 給砂磨機、攪拌機配套的移動容器加蓋，在蓋上接抽氣管道， 也可以實現現場的零排放； 或給攪拌機、籃式砂磨機等安裝帶抽氣口的升降蓋，可以達到同樣的目的。在勞動力成本高昂、自動灌裝技術（清洗、換 色）有瞭(le)突破的今天，塗料灌裝可以採(cǎi)用密閉式自動灌裝機
，其溶劑揮發問題也可以解決瞭(le)。現在又有瞭(le)自動清洗機（洗桶機），代替人工清洗移動容器，這樣可以實現塗料生産全過程現場廢氣的零排放。

科學處理

實現密閉(bì)生産(chǎn)、尾氣收集以後，廢氣的處理仍是一大難點
。業主及管理者關心的是怎麽處理，得花多少錢，本文在後面将進行詳細闡述
。

精細管理

衆所周知，塗料生産廢氣流量大、濃度低，後處理很困難。 因此環保專家和工程設計人員十分強調廢氣的濃縮。在設計中力争良好密封，這樣微微抽氣就可以實現現場的零排放，並(bìng)且後期的廢氣處理量也不大。但正因爲如此設計建造， 新建項目投産後常出現一些要抽氣的地方氣抽不走，車間裏氣味嗆人現象。問題多在於(yú)：（1）該關閉的不關閉，到處空抽；（2）設備維護跟不上，縫隙不堵，漏洞不補，也造成漏氣。因此有人建議風管閥門與設備聯動，容器蓋與攪拌馬達連鎖等。方案雖好，但投資太大。 爲什麽不堅持精細管理呢？ 要像杜絕長明燈、 長流水那樣， 随時随地關閉無物料設備的抽風，有料設備在投料調節、檢測取樣時加大抽風，過後立即關小風量。活動軟管容易破裂，要及時發現及時修補或更換
。隻有實現這樣的精細管理，才能盡可能降低廢氣收集量又實現生産現場的零排放， 也降低後續的廢氣處理成本。

 

常用廢氣處理方法

對有機溶劑廢氣的處理方法有多種，但每種處理方法都有其适用性和局限性，因此有機廢氣處理工藝的選擇，需要結合有機溶劑的物理化學特征。常見的處理工藝有兩類：一類是破壞性方法，如燃燒法等主要用於(yú)處理無回收價值或有一定的毒性的氣體；另一類是非破壞性的，即吸收法，吸附法、冷凝法，以及新發展的生物膜法、脈沖(chōng)電暈法、臭氧分解法、等離子體分解法等。  

1.回收法

回收法有吸附-解吸-冷凝（冷凍）法、萃取（吸收）-分餾法。爲瞭(le)獲得較爲純淨的溶劑以便作爲原料重複使用，有時還需要對回收的廢溶劑進行提純。但在塗料制造企業，因爲廢氣中氣态溶劑濃度太低，回收成本太高，所以一般都採(cǎi)用銷毀法。

2.銷毀法

簡單有效的銷毀法是焚燒法。 焚燒法的技術特性見表 1，其他處理技術特性見表 2。塗料制造企業廢氣量大，採用焚燒法來處理廢氣，設備将會很大，甚至要配置幾套。通過吸附-脫吸，将大量低濃度的廢氣轉換成少量高濃度廢氣， 既可以縮小焚燒裝置的規模，又可以進一步降低燃料消耗。另外還有微波催化氧化法等
。 在這些方法中等離子法
、光催化氧化等方法還有一些問題沒有解決，離實際應用還有一段時間。 吸附法和蓄熱式焚燒法已經在塗料行業得到應用。單純的吸附法不是塗料行業的最佳選擇，但目前使用最廣泛， 因爲簡單有效費用低， 容易通過環保審查。 其實這是權宜之計，吸附劑很快就飽和瞭(le)，不及時更換吸附劑環保設備形同虛設
， 及時更換費用太大， 因此企業對於(yú)吸附劑的更換能拖則拖
，有應付審查之嫌。 相信在政府的嚴格管控下企業将不得不花更多的錢及時更換吸附劑，這将促使企業採用更好的廢氣處理方案。

 

 

 

塗料生産廢氣處理技術

以上介紹的廢氣處理技術各有利弊，單獨一種技術往往不能完美解決塗料生産(chǎn)尾氣。 吸附法簡單，投資低
， 但吸附劑更換或再生費用大。 焚燒法處理徹底，但面對低濃度大風量尾氣，要消大量耗燃料。 下面系統地介紹瞭(le)在塗料制造行業具有推廣前景的廢氣處理技術。

1.沸石轉輪濃縮+焚燒技術

近期沸石轉輪技術成爲瞭(le)熱點， 該技術其實就是通過吸附、 脫吸把原來低濃度大風量的尾氣轉變爲高濃度小風量的廢氣， 然後通過蓄熱焚燒銷毀 VOCs，不需要外加燃料或僅需少量燃料， 産生的熱量還可以用於脫吸過程，原理見圖 1。此技術之所以成爲熱點，一是它的集成化，一個轉輪同時完成吸附、脫吸、冷卻幾個過程；二是用改性沸石制成的專用填料（型材）代替容易自燃的活性炭
。 小型裝置可以将焚燒器集成在一個底座上進行吊裝，安裝十分方便。但轉輪技術也有不足是處： 轉輪 3 個工作域的切分並(bìng)不徹底，有串氣現象；沸石吸附介質的利用率不高（見圖 3），填料吸附不能全部達到飽和，否則尾氣排放就會超标；轉輪動密封性成問題（所以隻能在負壓狀态下工作）；尾氣處理前必須嚴格過濾除塵，否則會堵塞吸附介質；大流量處理裝置的轉輪體積龐大等。如圖 3 所示，廢氣從轉輪的一邊進，另一邊出，當進口處沸石吸附飽和而出口處沸石尚未吸附飽和時就要中止吸附進入脫吸過程， 否則出口尾氣 VOCs 将超标。 受設備重量和尺寸的限制，轉輪厚度有限，所以沸石的利用率有限。

 

2.沸石流動床濃縮+焚燒技術

流動床技術可以讓每一粒填料吸附有機物都達到飽(bǎo)和，然後再進入脫吸過程；流動床設備(bèi)固定不動，不存在設備(bèi)動密封問題；沸石顆粒是流動的，流動會發生輕微摩擦，以除去表面粘附的粉塵，所以尾氣處理前不需要過濾除塵；流動床床高隻有 0.8~1.5 m，但面積可以做得任意大，以滿足任意流量的尾氣處理；流動床橫截面可以因地制宜做成任意形狀：圓型、方型、長方型。

對於(yú)處理大流量廢氣的流動床， 關鍵技術是吸附介質顆粒流動過程的均勻分布和均勻落料， 要確(què)保十幾平方米甚至上百平方米流動床的床底平面和床頂平面絕對平行（氣流阻力均等）、高度恒定，而且不依賴動 力機械（動力機械使顆粒摩擦過渡，損耗增加），粒子純屬自由流動。 其工作原理見圖 4。

有些塗料塗裝大企業， 每天釋放溶劑幾百公斤甚至更多， 有回收價值， 可以用冷凝回收裝置代替焚燒爐，經濟效益可觀。爲瞭(le)節能，應注意制冷冷量的回收。 可以用熱氮氣脫吸代替熱空氣脫吸 （這樣更安全），或代替水蒸氣脫吸（可省去油水分離和廢水處理），大部分氮氣是循環使用的，隻要補(bǔ)充小部分。同樣要注意熱氮氣熱量的回收。

再生後的吸附劑顆粒可以採(cǎi)用氣流輸送到吸附塔中去，也可以採(cǎi)用提升機輸送。前者的氣流最終經旋風分離後還有少量粉塵排放， 後者通過振動篩可分離收集全部的粉塵和到達壽命終點的吸附劑顆粒 （其特征是粒徑變(biàn)小）。

 

圖(tú) 1 沸石轉輪(lún)工藝流程圖(tú)

 

圖 2 沸石轉輪(lún)（左）和蓄熱焚燒爐(lú)（右）

 

圖 3 沸石轉輪工作狀态

 

圖 4 流動床濃縮技術

 

3.生物法處理技術

生物法早期應用於飼料加工、 牲畜糞便處理和生活污水處理的尾氣脫臭。 随著(zhe)對生物法處理技術研究的不斷深入，生物法被逐步應用於其他工業領域。 生物法處理工業廢氣具有運行費用低、 無二次污染等優點。生物法對有機物的降解速度較慢， 所以設備體積較大。生物菌種對有機物的生化降解具有很強的專一性，隻有适合生物降解的有機物才可以使用生物法進行淨化，好在制漆行業揮發的不同溶劑現在都有适合的菌種。這些菌種一般來自化工廠下水道污泥中，這種污泥經過一段時間的馴養（吸附於載體，置於化工廢氣的氛圍中，調節溫濕度和 pH 值，給予必要的營養），有益菌種 得到繁衍壯大。微生物處理技術在運用中必須很好地保持生化環境，確保菌種生命力旺盛，不要衰落。一旦衰敗，重新建立一個生态系統是一件麻煩的事情。 根據處理運行方式不同， 生物處理工藝主要分爲生物過濾床、生物洗滌床和生物滴濾床、曝氣池等形式。生物過濾床是一種在地上或地下建造的池子，在其中填入含有微生物、 能吸附水分、 營養元素的填料（通常是植物莖幹的腐敗物）。 當經過除塵加濕的廢氣進入過濾床通過生物填料層時， 填料層中的微生物将有機物捕獲並(bìng)消化降解。生物過濾床可以做得很大（如羽毛球場那麽大，甚至更大），爲瞭不浪費土地，可以在 上面種草綠化。 爲保持床體的濕潤，應提供間隙噴淋。

 

圖 5 生物過濾床

 

生物洗滌床通常由 1 個洗滌塔和 1 個再生池組成，在洗滌塔中，循環液通過噴淋形式将廢氣中的污染物和氧氣轉入液相，實現質的傳遞[5]。 吸收瞭有機物的洗滌液流入再生池
， 在那裏有足夠的滞留時間和合适的生化環境讓液相中的微生物分解所吸收的有機物。 生物滴濾床有點類似生物過濾床，不同的是：(1)滴濾床不採用植物莖幹的腐敗物做填料， 而是採用人造填料；(2) 時刻保持對床體的噴淋。 滴濾床的人造填料表面或多空填料的孔洞中附著(zhe)有微生物， 廢氣由床底部進入，回流液從上部噴淋而下，氣态有機物溶解於水中，並(bìng)被附著(zhe)於填料的微生物吸收分解。當尾氣中的有機物喂不飽微生物或營養不夠全面時
， 應在回流液中補充營養物質，並(bìng)且節假日不能停止噴淋，以防止微生物幹涸死亡。

曝氣池的結構和配套設施類似於廢水處理的曝氣池，池液中有活性污泥，活性污泥中含有降解有機物的微生物。廢氣鼓泡穿越池液時，VOCs 溶解於池液，並(bìng)被微生物降解。 廢氣不需要除塵加濕， 池液要調整 pH 值、污泥濃度，必要時要補充營養。 值得大力提倡的是
： 将廢水處理和廢氣處理合二爲一，這對於大型塗料制造企業特别适合。因爲廢水處理系統包含瞭(le)曝氣法處理廢氣所需的一整套設施—高壓風機
、曝氣池（好氧池）、沉澱池、清水池、排污池
、氣浮池、壓濾機、污泥泵等。所不同的是，僅需将曝氣池的尺寸和結構略作修改，增加風機數量，改並(bìng)聯鼓新鮮空氣爲串聯鼓廢氣。 處理廢水有機物的微生物正好能夠處理廢氣中的 VOCs。

1.低溫等離(lí)子體技術(shù)[5]和光降解技術(shù)

這是 2 種採(cǎi)用不同的激勵方法同樣得到高活性的粒子， 再通過高活性粒子之間的化學反應使有害物質轉化爲無害物的方法。一種是通過高壓放電，一種是通過紫外光照射（輔以催化技術，如納米 TiO2 催化）， 也可以将這 2 種方法結合在一起。 産(chǎn)生的高活性粒子是氧、水、氣态有機物的離子、自由基、裂解物等
，尤其是活性氧原子
、氧離子、氧自由基、氫氧自由基，據說它們具有類似 1 300 ℃火焰的氧化能力， 能有效地降解VOCs。

低溫等離子體技術和光降解技術處理廢氣的優勢包括：(1)廢氣通道幾乎沒有阻力， 系統的動力消耗非常低；(2)裝置爲模塊結構，容易安裝和維修；(3)裝置可以随時開啓與關閉，靈活機動；(4)裝置小巧；(5)無需除塵除水。由於(yú)目前激勵效率比較低， 廢氣淨化率＜70%，因而限制瞭(le)它的實際應用。 相信通過人們的努力會不斷改進。

 

圖 6 生物洗滌塔

 

圖 7 生物曝氣池

 

幾種主要廢氣治理技術投資及運轉費用比較

表 3 爲廢氣處理的設備投入及平時的運行費用情況（個案值僅供參考，市場運作的實際結果變化極大）。不同濃度的廢氣採(cǎi)用不同的處理方式， 其綜合費用比例見圖 8。圖 8 沒有考慮處理量，圖 9 給出瞭(le)不同處理量
、不同濃度比較合适的處理方法。 其中，“轉輪濃縮+”表示時，塗料管道需要 15 m 左右，爲保障噴塗質量及減少清洗距離，将混合模塊移至離噴槍 3 m 處，A、B 組分在混合模塊處混合，縮短瞭(le)混合距離，提高瞭(le)噴塗質量， 減少瞭(le)清洗工作量；清洗裝置：外接瞭(le)清洗裝置，若發生意外，噴塗間隔時間超過試用期或者中午休息時間均可用此清洗裝置清洗混合模塊至噴槍處的混合部分。

 

圖 4 雙組分無氣噴(pēn)塗設備(bèi)圖

 

圖 8 不同方法處(chù)理不同濃度廢氣的相對(duì)成本

 

圖 9 各種處(chù)理方法的适用範(fàn)圍

 

轉輪濃縮技術後面可以加焚燒、可以加冷凝回收、可以加冷凍(dòng)回收，+焚燒主要用在塗料制造業，+回收主要用在溶劑揮發量特别大的企業。 “轉輪濃縮+” 也可以用“流動(dòng)床濃縮+”代替。

 

噴塗過程及噴塗效果

（1）可噴塗， 霧化效果可通過泵壓力及氣壓力調節；(2)噴塗泵壓力 5 MPa、氣壓力 4 MPa，噴嘴口徑 0.6 ( 相當於(yú) 0.3 mm)；(3) 塗膜外觀較好， 基本能滿足工程機械塗層(céng)外觀。

 

結語

環保型塗料是目前工程機械用塗料的發展方向， 聚天門冬氨酸酯塗料以其“ 低 VOC、低能耗、低成本” 的優勢作爲超高固體分環保塗料的一種試用於(yú)工程機械領域，實驗表明，在合适的塗料配方、改進的施工工藝及優化的塗裝設備(bèi)下，聚天門冬氨酸酯塗料可滿足工程機械用塗料及塗裝的要求。