随着国民经济的发展,基于保护及装饰等目的,喷漆工序已成为家具、汽车、五金等行业产品表面处理工艺中的一个重要环节,广义喷漆工序包括调漆、喷漆及晾干、烘干等步骤。由于漆料中含有一定量的有机溶剂作为分散介质存在,在喷漆工序中会有有机溶剂挥发出来形成有机废气,喷涂过程中未达到物件表面的雾化漆微粒会随气流弥散形成漆雾,因此喷漆废气以漆雾和有机废气两种形式存在,其净化处理相应分为漆雾净化和有机废气净化两步。UV光氧催化设备为保证喷漆废气净化处理效果,使企业在生产过程中能够实现废气达标排放,必须首先去除喷漆过程中产生的漆雾。国家环保部在发布实施的工业有机废气治理工程技术规范中就明确指出,进入净化处理装置前废气中的颗粒物含量高于限值时应采用过滤或洗涤等方式进行预处理。
目前漆雾净化主要分为干法和湿法两种方式,其中干法净化是采用特殊过滤材料(如玻璃纤维、活性炭纤维等)通过引风作用对漆雾进行拦截过滤;湿法净化则是借助水幕、水帘对漆雾进行拦截过滤。另外,为提高水幕系统净化效率和方便漆渣清理,通常会在洗沥水中加入专门除漆剂,使得漆雾被吸附后与除漆剂反应变成一种固态不粘的漆渣。
根据近年来企业现状调研,湿法漆雾净化技术使用更为普遍,涉及家具、五金件、专用设备、电动车、汽车等生产行业,其行业特征表现为喷漆连续、风量较小、废气浓度较高;干法漆雾净化技术仅在一些喷漆工序非连续作业企业内使用。从企业自身出发,其选择环保设施时首要考虑因素仍为经济性,湿法漆雾净化系统虽初期投资大,但其运行过程中维护成本较低,且水幕系统用水水质要求不高,通过定期简单絮凝沉淀处理后即可循环使用;干法漆雾净化采用的特殊过滤材料成本较高,高频更换会大幅度提高企业环保资金投入。通过对比分析后,湿法漆雾净化技术最终成为大多数企业的选择,其中喷漆量相对较小的企业(如家具厂、自行/电动车厂、五金件厂)一般选择水帘式净化装置,而水旋式净化装置则常用于汽车涂装生产线。
喷漆废气经漆雾净化预处理环节后即进入后续有机废气净化环节,新兴的处理技术有生物法、光催化法和等离子体技术等。有机废气消除法主要包括:燃烧法、脉冲电晕法、低温等离子技术、光催化氧 化法、臭氧催化氧 化法、微波催化氧 化法和生物处理法等。
(1)燃烧法
燃烧法是利用有机废气可以燃烧的性质,通过充分燃烧而将挥发性有机物转化为水和二氧 化碳,主要包括直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法。
直接燃烧法是将废气当作燃料进行直接燃烧,所需温度较高(一般在1100℃左右),适用于高浓度有机废气的处理。直接火焰燃烧的应用范围比较广,投资成本低,设备简单,处理效果比较彻底,在保证时间和适当温度条件下,处理效率较高能达到99%以上,但高温燃烧容易产生二次污染。
热力燃烧法是利用热力交换器对有机废气进行升温加热,使其在700℃~800℃以上的高温条件下进行燃烧,废气处理效率可高达95%~99%。相比直接燃烧法,热力燃烧法降低了部分能源消耗。
催化燃烧法是利用催化剂在较低温度下(200℃~500℃)加热有机废气,使其发生氧 化分 解反应,从而实现净化。常用的催化剂包括非贵金属类和贵金属类的催化剂、过渡金属氧 化物和复氧 化物催化剂。催化燃烧法具有安全性好、能耗少、无二次污染、净化效率高等优点,但该法在应用过程中容易出现催化剂中有害现象,因此,对于使用条件和操作工艺要很高,此外,贵金属类催化剂成本较高,经济效益较差。
(2)脉冲电晕法
脉冲电晕法通过前沿陡峭、脉冲窄的高压脉冲电晕放电,在常温、常压下产生大量高能电子或O、OH、N等活性粒子以及臭氧,与有机物分子发生化学氧 化反应,破坏其C-C、C-O及C-H等化学键,最终使污染物降解为CO2和H2O等无害物质。对脉冲电晕法去除二甲 苯废气进行了实验研究,发现二甲 苯去除率随脉冲峰值电压、脉冲频率的增大而升高,随气体流量、气体进口质量浓度的增大而降低。实验结果表明,脉冲电晕法适用于低浓度、大流量二甲 苯废气的处理,去除率较高可达87.4%。然而该方法在实际应用中存在能耗较大,大功率脉冲电源制造技术复杂、成本较高,火花开关寿命较短等问题,限制了该技术的进一步推广。
(3)低温等离子技术
光氧等离子一体机技术通过高压脉冲放电获得大量高能电子和自由基等活性粒子,经低温处理后变为固态、液态或气态。这些粒子通过破坏有机物的部分化学键,如C-H和C-C键等,从而对有机污染物进行降解,将其转化为无害或低害物质,适用于大风量、低浓度有机废气的处理。研究表明,单独使用低温等离子技术处理有机废气时,去除率虽高但会有副产物产生,而在等离子体反应器中加入吸附剂或催化剂时,不仅可以提高污染物的去除率,同时还可减少副产物的生成。低温等离子技术具有工艺简单、能耗较低、处理速度快等优点,尤其适用于处理恶臭气体,但该法运行费用相对较高。
(4)光催化氧 化法
光催化氧 化法利用WO3、CdS、ZnO、TiO2等催化材料的光催化活性,在特定波长的光(一般是紫外线)照下,激发其产生氧 化性极强的自由基活性物质,最终将吸附在其表面的有机物氧 化为二氧 化碳、水等无害物质。该法反应效率高、处理效果好、能耗低且无二次污染,可有效转化苯、甲 苯、二甲 苯、苯乙烯、乙酸乙酯、甲醇、乙醛等物质。
(5)臭氧催化氧 化法
臭氧催化氧 化法以金属、金属氧 化物和金属盐作为催化剂,催化臭氧产生更多的具有强氧 化性的物质以提高其氧 化能力,使臭氧在室温下即可催化有机废气氧 化为二氧 化碳和水。采用臭氧催化氧 化法能明显降低反应活化能及反应温度,然而该方法在应用时容易出现催化剂失活,反应温度过低时还易生成副产物。臭氧催化氧 化法多用于废水中有机污染物的去除,而目前国内外对于该项技术在废气处理方面的研究也取得了一定进展,是比较好的有机废气处理技术。
(6)微波催化氧 化技术
微波催化氧 化技术由传统的填料吸附一解吸技术发展而来。利用吸附剂吸附污染物后,采用微波将污染物从吸附剂上解吸出来,随后在催化剂的作用下将污染物氧 化降解。其中,非氯代有机物将被氧 化为水和二氧 化碳,可直接排入大气,而氯代有机物经催化氧 化还会生成HCl,需用碱性吸收剂进行吸收。微波催化氧 化技术将传统解吸方式转变为微波解析,在降低能耗的同时缩短了解吸时间,且微波再生效果好,吸附剂解吸20次后仍能基本保持原有的吸附能力。微波催化氧 化技术具有较高的催化效率、启动时间较短且对温度要求不高,应用该技术时应针对不同的有机废气选择合适的吸附剂,同时注重微波功率、加热时间、载气流量等因素对催化效率的影响。
(7)组合处理技术
在实际应用中,为降低处理成本、提高处理效率,常将上述处理方法中的两种或几种进行联合使用。刘松华等采用光催化氧 化和活性炭吸附联用的方式对含有酮、醛、酯、烃等有机物的恶臭废气进行处理,不仅弥补了单独使用光催化氧 化时有机废气去除率不高的问题,同时也有效增加了活性炭的更换时间,降低了处理成本。低温等离子体结合光催化氧 化技术在降解有机废气二甲 苯方面的应用结果表明,在光催化剂的作用下,等离子体对于二甲 苯的去除率得到显著提升,通过二者的协同作用,可更加快速有效地分 解空气中的有害物质。
随着环保监管要求的不断提高,汽车维修行业VOCs废气的治理也到了刻不容缓的时候,汽车维修行业的环境管理除了需要制定完善的法律规范加以制约之外,更需要研究经济上合理、技术上可行的实用技术,合适的末端治理技术的选择既要符合环保要求,也要符合汽车维修企业的客观实际才能得以推广应用。废气治理是环保工作的重要内容,汽车维修行业只是环保工作的一个缩影,每一项环保工作都是企业和公众的共同责任,需要各方面的协调配合,聚焦政策,才能得到逐步有效的改善。
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