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)境污染嚴重。針對噴漆室廢氣風量大、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，噴漆室廢氣經過處理后達到排放標準，經濟可行。
伴隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，在經濟快速增長的同時，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，建設新的生產基地。汽車生產的四大工藝中，涂裝車間是產生“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準。
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過焚燒處理，達到排放標準后再排放的。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，未經任何處理，不能滿足新的環(huán)保法規(guī)要求。為了適應新的標準，目前許多在建和新建的汽車工廠已經明確要求對噴漆廢氣進行處理后再排放，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)的責任，也是必須履行的義務。因此，針對噴漆廢氣的特點，制定出合理、經濟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的應用進行探討。
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溶劑(VOCs)揮發(fā)出來，通過廢氣系統(tǒng)排到車間外，會嚴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行處理。采用燃燒法處理的優(yōu)點是：VOCs凈化效率高，有機廢氣不需要預處理，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，需要設置熱回收裝置;單臺設備的燃燒室處理風量有限，對于大風量廢氣，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)，且風量不大(總廢氣量一般不超過5萬NmⅦ)，適宜采用燃燒方式進行處理，比如，目前汽車涂裝車間應用最為廣泛的蓄熱式焚燒設備(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，風量較大(一般濃度<300ms/m3，溫度<30℃，風量>10萬Nm‰)，因此采用燃燒處理方式既不經濟，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、風量大的特點，比較適合采用吸附法進行處理。
采用吸附法處理廢氣的優(yōu)點是：對低濃度、大風量的有機廢氣凈化效率高、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行預處理;另外，吸附VOCs后的載體需要進項再生處理。
2廢氣吸附處理工藝
2.1吸附劑
吸附處理技術的核心是吸附劑的性能，高性能的吸附劑應具有均勻孔道、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)應用中，有機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，需要對廢氣進行除濕預處理，而且再生工藝復雜，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;有較強的疏水性，當廢氣濕度RH<90%I對，表現(xiàn)出很好的VOCs吸附效果。
2.2吸附工藝
按吸附劑在裝置內的工作狀態(tài)，可將吸附工藝設備分為固定床、移動床、流化床和轉輪式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。轉輪式吸附工藝如圖1所示。轉輪主體為一個表面用吸附劑覆蓋的旋轉輪，劃分為三個區(qū)域：吸附區(qū)、再生區(qū)和冷卻區(qū)。有機廢氣經鼓風機送人吸附區(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備處理，而吸附劑獲得再生后轉入冷卻區(qū)進行降溫，便于下一步再次進人吸附區(qū)有效吸附VOC成分。隨著轉輪的轉動，吸附劑周期性進行吸附、脫附和冷卻，實現(xiàn)對有機廢氣的凈化f3I。因此，采用轉輪式吸附工藝，可以高效凈化有機廢氣，在線實現(xiàn)再生，設備簡單易維護，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廢氣，采用分子篩沸石吸附劑的轉輪式吸附工藝最為適用。
3噴漆廢氣處理方案及應用
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高于排放標準，必須處理后才允許排放。因此，針對沸石轉輪吸附工藝在噴漆廢氣處理中的應用，做了詳細的方案設計。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口品牌的沸石吸附轉輪產品(規(guī)格4200)，濃縮比為14：1。濃縮后廢氣采用三室RTO廢氣焚燒設備進行處理。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)經沸石轉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備(RTO)進行處理，減少設備投資成本。
(2)廢氣進入轉輪之前經過三級過濾，減少對沸石轉輪的污染。
(3)由于沸石的吸附效率與廢氣溫濕度有很大關系(要求溫度≤35℃，相對濕度≤90%)，因此在轉輪設備的廢氣人El引入一路來自RTO的熱空氣，用于調節(jié)廢氣溫濕度。
(4)RTO設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。
目前該車間已經正常生產一年多時間，通過實際驗證，清漆廢氣經吸附轉輪處理后，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RTO設備處理后的廢氣濃度可降至28mg/m3，完全滿足環(huán)保要求。
4結束語
隨著環(huán)境問題日益嚴重，企業(yè)和個人都有責任、有義務做出積極的努力改善環(huán)境，實現(xiàn)經濟社會的健康可持續(xù)發(fā)展。采用本方案對涂裝車間噴漆廢氣進行處理后，設備運行可靠，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》 作者:楊建鎖 馬力等
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