涂裝廢氣及其危害
涂裝是指對金屬和非金屬表面覆蓋保護層或裝飾層,是產品表面保護和裝飾采用的最基本的技術手段。涂裝工藝可以簡單歸納為:前處理→噴涂→干燥或固化。前處理一般包括除油、除銹、皮膜、水洗、烘干等工藝。在前處理除銹工藝中,有時候也會用到噴砂、拋丸或打磨工藝。涂裝廢氣主要來自于前處理、噴涂、烘干(固化)過程,主要集中在噴漆生產線上,其中噴漆室、烘干室是廢氣的主要發生源。涂裝過程中所排放的污染物主要為:前處理過程中產生的粉塵或酸霧,噴漆時產生的漆霧和有機溶劑,干燥揮發時產生的有機溶劑。漆霧主要來自于空氣噴涂作業中溶劑型涂料飛散的部分,其成分與所使用的涂料一致。有機溶劑主要來自于涂料使用過程中的溶劑、稀釋劑,絕大部分屬揮發性排放,其主要的污染物為苯、甲苯、二甲苯等,這三種都屬于有機化合物,俗稱“三苯”。另外,還有一定濃度的醇醚類和酯類等有機溶劑。
苯,在常溫下是甜味、可燃、有致癌毒性的無色透明液體,并帶有強烈的芳香氣味。它微溶于水,易溶于有機溶劑,本身也可作為有機溶劑。由于苯的揮發性大,暴露于空氣中很容易擴散。苯主要通過呼吸道吸入(47-80%)、胃腸及皮膚吸收的方式進入人體。一部分苯可通過尿液排出,未排出的苯的代謝物進入細胞后,與細胞核中的脫氧核糖核酸(DNA)結合,會使染色體發生變異,導致癌變。長期接觸苯可以損害骨髓,使紅血球、白細胞、血小板數量減少,并使染色體畸變,從而導致白血病,甚至出現再生障礙性貧血。苯可以導致大量出血,從而抑制免疫系統的功用,使疾病有機可乘。有研究報告指出,苯在體內的潛伏期可長達12-15年。孕期動物吸入苯后,會導致幼體的重量不足、骨骼延遲發育、骨髓損害。2017年10月27日,世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考,苯在1類致癌物清單中。
甲苯,常溫下為液體,無色、帶特殊芳香味、易揮發。具有麻醉作用,對皮膚有刺激作用。吸入甲苯蒸氣時,對中樞神經有強烈的刺激作用。短時間吸入一定濃度的甲苯蒸氣時,會引起過度疲憊、激烈興奮、惡心、頭痛等。長期吸入低濃度的甲苯蒸氣時,會造成慢性中毒,引起食欲減退、疲勞、白血球減少、貧血。甲苯還可經皮膚吸收,溶解皮膚中的脂肪,應避免與皮膚直接接觸。甲苯有急性毒性、刺激性、慢性毒性、致突變性、致畸性等特點。2017年10月27日,世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考,甲苯在3類致癌物清單中。
二甲苯,也是無色透明液體,有芳香烴的特殊氣味,廣泛用于涂料、樹脂、染料、油墨等行業做溶劑;是有機化工的重要原料。二甲苯對眼及上呼吸道有刺激作用,高濃度時,對中樞系統有麻醉作用。短期內吸入較高濃度本品可出現眼和上呼吸道明顯刺激、眼結膜及咽充血、頭暈、頭痛、惡心、胸悶、四肢無力、意識模糊、腳步不穩,重者有躁動、抽搐或昏迷。長期接觸二甲苯會出現神經衰弱、女性有可能導致月經異常。皮膚接觸會發生皮膚干燥、皸裂、皮炎。2017年10月27日,世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考,二甲苯在3類致癌物清單中。
涂裝廢氣的處理方法
1.噴漆常溫廢氣的處理
來自噴漆室、晾置室、調漆間和面漆污水處理間的廢氣為低濃度、大流量的常溫廢氣,污染物的主要組成為芳香烴、醇醚類和酯類有機溶劑,如果采用高空排放的辦法,短期內并沒有超過大氣污染排放標準,但是,長此以往,按照總量來算,一些大型的涂裝生產線每年排放的氣體污染物可能高達數百噸,會對大氣造成非常嚴重的危害。所以,在設計生產線的時候,為了環境保護和人類更長遠的發展考慮,必須要提供科學合理的廢氣處理方案。目前,國外較為成熟的方法是,先將有機廢氣濃縮(用吸附-脫附轉輪將總量濃縮15倍左右),以減少需處理的有機廢氣總量,再采用破壞性方法對濃縮的廢氣進行處理。國內也有類似的方法,先采用吸附法(活性碳或沸石作吸附劑)對低濃度、常溫噴漆廢氣進行吸附,用高溫氣體脫附,濃縮的廢氣采用催化燃燒或蓄熱式熱力燃燒的方法進行處理。低濃度、常溫噴漆廢氣的生物處理方法正在研發之中,國內現階段的技術尚不成熟,但值得關注。為真正減少涂裝廢氣公害,還需從源頭上解決問題,如采用靜電旋杯等手段提高涂料的利用率、發展水性涂料等環保涂料等。
活性炭吸附法
該方法主要是利用活性炭具有的優異的吸附性能,使有機溶劑蒸氣吸附其表面,當加熱烘干吸附介質時,被吸附的氣體解析出來,經冷卻成為液態,再經分離到達回收溶劑的目的。
活性炭吸附法,需設置過濾器和冷卻器開展預處理,除去廢氣中的漆霧,并將廢氣降低至適當的溫度,以保證活性炭不被堵塞,不會因廢氣溫度過高而導致燃燒。由于活性炭吸附有機溶劑后,其吸附力將逐漸降低,為了保證吸附效率,需要脫附,使活性炭重新恢復活性。最常用的活性炭再生法是水蒸汽脫附法,脫附后的混合氣體進入冷凝器冷卻成液體,再進入分離器,使溶劑和水分離,到達回收溶劑目的,而分離水需經處理后才能排放。當前,活性炭吸附法有了新的發展,即以活性炭纖維代替通常使用的粒狀或柱狀活性炭,其使用壽命比普通粒狀活性炭長3-4倍。國內也出現了以活性炭纖維(ACF)作為吸附介質,回收有機溶劑的裝置。對于回收的溶劑有兩種利用方法:重新分餾利用或燃燒產生熱量。前者要視企業自身情況,可增加設備,自行分餾利用或委托溶劑生產廠家分餾利用。
后者需要在設備中增加催化燃燒室及熱風循環系統,將從活性炭纖維上脫附的有機溶劑高溫催化燃燒,并為設備的運行提供能量,因此不再需要蒸汽脫附有機溶劑,并且也不存在溶劑回收過程中對于分離水的處理要求。現在國際上最新的發展,是采用活性炭纖維布(ACFC)作為吸附介質,通電加熱脫附回收有機溶劑。這種方法具有的優點:有機溶劑在固相和流體相之間的質量轉移快,比粒狀活性炭快2-20倍;ACFC使用壽命長;ACFC能夠快速加熱、不需要水蒸汽脫附,因而操作和維護簡便,脫附的有機溶劑不需要除水,可以直接應用,并且不存在廢水處理問題。

2.烘干廢氣處理
烘干廢氣屬于中、高濃度的高溫廢氣,適合采用燃燒的方法處理。燃燒反應都有3個重要參數:時間、溫度、擾動,也即燃燒3T條件。廢氣處理的效率實質上是燃燒反應的充分程度,取決于燃燒反應的3T條件控制。目前,RTO燃燒系統作為一種有效的廢氣處理技術,為很多大型的涂裝生產線廠家所采用。
RTO燃燒系統
RTO燃燒系統是Regenerative Thermal Oxidizer Combustion System(可再生熱能氧化燃燒系統/熱能回收氧化器燃燒系統)的簡稱,其原理是可燃有機廢氣在攝氏760~1000度發生熱氧化反應,生產二氧化碳和水等。廢氣首先通過蓄熱體加熱到接近熱氧化溫度,而后進入燃燒室進行熱氧化,氧化后的氣體溫度升高,有機物基本轉化成二氧化碳和水,凈化后的氣體,經過另一蓄熱體,溫度下降,達到國家排放標準后進行排放。
RTO裝置中的蓄熱式陶瓷填充床換熱器可最大限度回收熱能,熱回收率大于95%,處理VOCs時不用或使用少量的燃料。若要處理低濃度廢氣,可選濃縮裝置,以降低燃料消耗。根據客戶需求,可設計兩室、三室、多室或單室旋轉式RTO裝置。
RTO的優點:
對工況要求低,廢氣中可以含有多種有機成分;
處理風量范圍大:1000~300000Nm³/h;
凈化率高,兩床式RTO凈化率在95%以上,三床式RTO凈化率在98%以上;
全自動控制,操作簡單,操作費用低;
運行費用低,當VOC濃度達到400ppm時,不需要額外的燃料消耗。
不同燃燒室
RTO裝置有兩室、三室以及多室裝置,兩室RTO裝置VOCs的去除率在95%~98%,三室RTO裝置VOCs去除率可達到98%以上。
RTO與傳統的催化燃燒、直燃式熱氧化爐相比,具有熱效率高(大于等于90%)、運行成本低等優點。它適應于同一生產線上,因產品不同,廢氣成份經常發生變化或廢氣濃度波動較大的場合。應用行業包括汽摩、造船、自行車、家電、集裝箱等工廠的涂裝線、石油化工、橡膠、涂料、粘膠、印刷、漆包線等生產線的廢氣處理,尤其適用于需要熱能回收的企業,可將能源回收用于烘干線,從而達到節約能源的目的。
RTO燃燒系統的燃燒介質可選擇燃氣、天然氣、柴油等,并且RTO廢氣處理設備一次性投資較高。
