喷漆废气治理措施和处理效果

2022-11-27徐文兵

皮革制作与环保科技 2022年1期

徐文兵

（合肥绿都环境工程技术咨询有限公司，安徽合肥 230000）

工业企业在生产产品时，通常会在其表面喷洒一层保护材料，一方面可以提升工业产品的美观性，另一方面是防止工业产品被腐蚀，以增加工业产品的使用时间。喷洒的材料主要是由硝酸纤维素、树脂、各种化学试剂构成，其中包含很多有害物质，如甲苯、二甲苯等。因此，在生产过程中进行喷洒材料时，这些材料很容易出现挥发现象，会使空气中有害气体的浓度大幅度提升，这不仅会对自然环境造成破坏，甚至会出现光化学烟雾，对大气臭氧层造成损害，所以，非常不利于生态环境的发展。而且，当人体吸入这些有害气体后，还会对人体肝脏等器官造成危害，并引发多种严重疾病，危害人的生命健康。针对这种情况，国家或各地方政府均制定出与喷漆废气治理相关的规章制度，促使工业生产企业加强对喷漆废气的治理，确保将喷漆废气的排放量控制在合理范围内，降低对环境以及人体健康造成危害的。

1 喷漆废气概述

在工业喷漆时，通常是以高压无气喷涂工业为主，该工艺较为简单，若产品表面土层厚度较为均匀，可降低漆雾与漆渣的产生量，这有利于节约涂料的使用量，同时，喷漆效率高，最高可以达到80%左右。但需要注意的是，在产品喷漆过程中，依然会出现一定的漆料挥发现象，会产生一定的喷漆废气污染问题，如：含有多种有害有机气体，如甲苯、二甲苯等，这主要是由喷料中的溶剂或稀释剂挥发产生的；而在漆料喷涂时，若少量漆料无法及时附着于产品表面，其在长期的挥发作用下，会逐渐在空气中形成气态物质，最终出现VOCs污染；在废气浓度方面，通常处于100～500 mg/m范围内，这是由于在喷漆时，这些物质通常作为溶剂，需要较大的流量，因而将其称之为低浓度、大流量的有机污染物；同时，在生产工业产品时，通常也会产生一些粉尘，而这些粉尘可能会融入到有机废气当中[1]。

2 喷漆废气的治理方法

2.1 吸收法

2.1.1 工艺介绍

在进行传统喷漆废气治理时，吸收法是应用最为广泛的一种工艺，主要是通过相应的液态吸收剂，吸收废气当中的某种成分，从而降低该成分在整个废气中的浓度。在实际进行废气治理时，首先需要根据有机废气的理化性质，选择最佳的吸收材料，之后在特定设备的作用下，将废气与吸收剂有效接触，以此达到最高的处理效果。从本质上来说，吸收处理法可分成两种类型，一种是废气溶解到吸收剂当中，这种属于物理治理，另一种是通过对有机气体进行分解或转化，使其成为无害的物质，这种属于化学治理。在进行物理治理时，应选取挥发性较低的吸收剂，且与被吸收废气具有较高的亲和性，并拥有重复使用的特点[2]。但需要注意的是，在进行大气污染防控时，废气排放量较大，废气中包含多种不同成分，且被吸收物质的浓度并不是很高，若仅采用物理吸收法，很难将大部分有害气体吸收，导致治理效果不符合相关标准。而对于化学吸收法来说，反应速率更高，吸收效果更好，基本可以将绝大部分有害气体吸收，从而使废气中的某种有害气体成分浓度降到很低，可达到相关规定标准，因此，该方法的应用范围更加广泛。

在实际进行废气吸收治理时，需要采用成熟与完善的治理系统，其主要包括旋流板塔、喷淋塔等，以此保证废气与吸收剂能够有效接触，进而提升处理效果。在设备运行时，应确保气液存在较大的有效接触面积，具有较高的湍流程度，较低的压力损耗，其内部结构要较为精简，具有操作较为简单，价格成本低等特点。这对于酸碱废气来说，特别是水溶性有机物的治理，应用吸收法较为简单，安全性较高，且吸收效果非常稳定。在吸收塔设计时，通常以1 m为界，在填料塔处，若治理系统体积较大，则选择板式塔[3]。此外，若废气中粉尘颗粒的浓度较高，也应选取板式塔，这样会方便系统的清理，避免系统出现堵塞问题。

2.1.2 工艺的优劣势

对于该废气治理工艺来说，主要优点包括：设备结构简单，有利于后期运维；建设成本较低，可降低废气治理成本；可用于中高浓度废气的处理。但需要注意的是，该方法也会存在一些缺点，具体包括：在选择吸收液时，通常无法兼顾经济性与高效性，即经济性较低的吸收液一般效果较差，而治理效果较好的吸收液一般价格较高；且吸收液在使用一段时间后，会达到饱和状态，这就需要频繁更换吸收液；而吸收液可能属于有害物质，从而会引发二次污染问题[4]。所以，近年来，随着我国各界对环保问题的重视，加之相关规章制度更加严格，使该方法成为废气的初步治理方法，后续还应配合其他工艺对废气展开深层次的处理。

2.2 生物法

（1）在自然界中会含有诸多微生物，而这些微生物在生长与繁殖过程中，需要消耗各种化学物质以完成新陈代谢活动，针对微生物的这一特点，也可以对有机废气进行处理，即微生物治理法。对于绝大部分有机物来说，均可被微生物所吸收，并可以将这些有机物转化成无机物，从而达到环境治理的目的。根据微生物的生长特性，可将其划分成两种类型，一种为需氧微生物，另一种为厌氧微生物。因不同微生物对氧气含量、温度、酸碱度等具有不同的要求。所以，在对喷漆废气进行处理时，应针对废气的具体情况，确定是否选取生物治理法，并以此为基础，再针对微生物的生活习性，来选取最佳微生物，以此保证废气的治理效果[5]。

（2）在实际应用中，根据生物治理法不同的原理，可将其分为两种不同工艺，一种是生物吸附法，即先将废气导入水中，之后在废水内添加相应的微生物，通过微生物对其中的有机物进行吸附，以此达到治理的目的。另一种微生物过滤法，即在过滤材料的表面添加适当的微生物，当废气通过该过滤材料时，使废气中的有机物与微生物接触后，可将相应将有机物分解，使其成为无害的无机物，从而达到废气治理的目的。

（3）工艺特点。在应用生物法对喷漆废气进行处理时，主要是用于中低浓度，大气量的可生物降解的喷漆废气。该工艺的主要优势为：适用范围较广，可对大部分喷漆废气进行处理，且处理效率较高，操作较为简单，不会产生二次污染。同时，在建造治理系统时，仅需要投入较低的成本等。但该工艺也存在一些缺陷，如：若废气中有机物的浓度较高，或是有机物不可利用微生物机进行降解时，该方法的治理效果会不佳，从而不可应用生物法予以处理[6]。

2.3 吸附法

2.3.1 工艺介绍

若废气中的有机物浓度较低，通常会采用吸附法的方式予以处理。通常情况下，吸附剂具有较强的分子吸力，或存在相应的化学键力，当废气与吸附剂接触后，在两种力的作用下，可将废气中的某些成分吸出并附着于物体表面，从而达到治理的目的。在吸附过程中，主要有两种不同的作用，一种为物理作用，即利用分子间存在的范德华力对气体分子进行吸引，因此，吸附剂表面大小，其内部细孔分布的具体情况，以及吸附剂温度高低，均会对吸附作用产生一定影响[7]。而另一种为化学作用，当废气与吸附剂接触后，在化学键力的作用下，可将相应物质吸附到物体表面。且在进行化学吸附时，通常需要活化能予以支持，所以，在发生反应时会释放出一定的热量。在应用过程中，为了保证吸附治理效果，在选择吸附剂时，应确保其具有较大的比表面积，较高的吸附容量，同时还应保证吸附剂具有较高的稳定性等，以此确保其在实际应用中发挥出更大的作用。

2.3.2 吸附剂的种类

在现代工业领域内存在着多种类型的吸附剂，而每种吸附剂都具有不同的特点。具体来说，常见的类型有以下几种：

（1）活性炭。其是当前应用最为广泛的吸附剂，具体是指存在吸附性能的碳基物质的总称。活性炭在通过特定处理后，内部会出现大量微孔结构，可将比表面积增加800～2000 m/ g，所以存在良好的吸附性能。

（2）沸石分子筛。虽然活性炭有较为良好的废气吸附效果，但也存在一些缺陷，如易燃，不耐高温等，使其适用范围受到了一定影响。因此，在高温情况下，则需要采用沸石分子筛，即结晶铝硅酸金属盐的水合物。在分子筛内部，存在大量微小的空穴，各空穴间是利用一些直径孔连接到一起。当其与废气接触后，分子较大的成分将被阻隔在分子筛的外部，只有孔径小于空穴的成分才能够通过分子筛，从而达到吸附的效果[8]。

（3）活性氧化铝。即在高温高压条件下，将水氧化铝进行处理后，使其成为内部多孔结构的活性物质，针对晶格结构的不同，可将其划分成两种类型，一种为α型，另一种为γ型，其中，后者存在吸附性。

（4）硅胶。指的是无特定性链状与网状结构的坚硬多孔型硅酸聚合物固体颗粒，该物质具有较高的亲水性，且会释放出较多的热量，但易于破碎。

（5）树脂吸附剂。该吸附剂是一种新型的吸附剂，通常由有机物制成，内部呈网状结构，比表面积约为800 m/g，其化学稳定性好，通常不用于酸、碱溶液内。

通过以上介绍可知，在进行工业喷漆废气治理时，应针对废气特点来选取最佳的吸附剂，在保证吸附效果的同时，也要降低废气处理成本。

2.3.3 工艺的优缺点

吸附治理法的优势有：治理有害气体效率高，因此，可应用到大气量高浓度的废气当中，且工艺较为成熟，由于存在多种不同类型的吸附剂，可针对具体情况选取最佳的吸附剂。但该工艺也存在一定缺陷，即：在选取一般吸附剂时，若废气的温度较高，应先对废气进行降温处理，这无疑增加了废气处理的复杂性；而若直接选取耐高温吸附剂（如沸石分子筛等），则需要增加废气的治理成本，且吸附剂可能会造成二次污染等。

2.4 燃烧法

该方法是将喷漆废气导入至燃烧系统后，在热氧化的作用下，使废气中的某些成分进行燃烧，从而变成对自然环境无害，或是可进一步回收处理的物质。该方法是现代工业喷漆废气较为常见的方法之一。针对不同的操作方法，可分成三种不同的处理工艺。

2.4.1 直接燃烧法

对于大部分废气来说，在超过500 ℃的高温环境下，通常可以自行燃烧，且废气会随着温度的提升，燃烧速度也在不断加剧。但对这类废气进行处理时，可将其导出到燃烧装置内后，直接在高温点燃即可。通常来说，该方法可以应用到浓度非常高的废气当中，由于废气自身存在较高的燃烧热值，因而无需放入辅助燃料也可使废气持续燃烧。在时间充足，温度处于较高范围，且内部氧气充足时，大部分废气成分可全部燃烧，其治理效率超过95%。

2.4.2 热力燃烧法

若废气成分浓度在气体爆炸下限时，燃烧的热量并不是很多，无法超过600 ℃，这种情况下，则无法通过明火点烟，应先将废气进行预处理，使其温度达到600 ℃后，再对废气燃烧。在预处理时，主要是通过添加燃料进行燃烧的方式，是向废气中输送一定热量，将废气与添加燃料混合到一起后，即可确保废气正常燃烧。通过热力燃烧处理，不仅能够清理废气中的有机物，而且还有一定的粉尘处理作用，其装置结构较为简单，用地面积较少，维修成本不高，但操作成本高，并伴有回火风险。

2.4.3 催化燃烧法

若废气成分低于爆炸下限，但在其中加入适当的催化剂后，能够提升化学反应速率，使废气温度提升到300±100℃后，则能够自行燃烧，且无需较长的时间与较高的温度条件，即可对有机废气进行分解，变成自然界中常见的H2O与CO2。在实际应用中，该方法通常会应用到浓度较高的喷漆废气治理工作中，同时该方法还具有以下诸多优势：操作时的温度并不是很高，废气燃烧时非常安全，无需对燃料进行预热，对保温要求较低，反应速度快，治理装置体系较小，使用非常方便等。但也存在一些缺陷，如治理装置建设投资高，需要使用大量催化剂，因而会提升废气治理的成本；且随着催化剂的使用，会导致其催化性能逐渐降低，影响催化燃烧效果，所以要不断添加新的催化剂；而部分催化剂具有一定毒性，在高温状态下可能会挥发，从而对操作人员的身体健康造成危害。

2.5 紫外－芬顿氧化法

当前，现代工业快速发展，在传统废气治理法的基础上逐渐出现了很多效果更加良好的方法，如紫外－芬顿氧化法（UV法）就是其中较为常见的一种。对于该治理方法来说，主要是对传统芬顿法进行改造而形成的，通过在芬顿试剂内引入紫外线，提升了芬顿试剂的性能，从而更好地对喷漆废气进行处理[9]。应用该方法对废气进行治理时，其优势主要包括：（1）可以保证反应器皿内的Fe3+、Fe2+进行均衡循环，从而使器皿内部构建出良好的环境，有利于提升废气的处理效果，其中，硫化物、VOCs的处理效率超过90%。（2）不用加入其他物质，只要在废气装置内安装特定的排风系统，即可完成废气处理的目的。（3）适用性强，可对浓度较高，气量较大，且由多种不同成分形成的废气进行处理，同时，运行较为稳定，可连续运行24 h。（4）使用成本低，装置运行能耗低，风阻不高，能够降低排风动力的消耗。（5）装置体积较小，重量不是很高，可应用在场地较小的环境中。（6）不会产生二次污染。且在UV光催化的作用下，能够对有机废气进行充分降解，使其变成各种无害物质，如CO2、H2O等，进而不会对环境造成二次污染。

3 喷漆废气治理工程优选方案

针对上述几种废气治理方法介绍后可以发现，UV法的综合效果更好，因此，在现代喷漆废气治理时，以该方法为核心可以构建出相应的喷漆废气治理装置。该装置由4部分构成，分别为：收集模块、处理塔、过滤器和UV光催化设备。

①收集模块，主要是通过送排风系统将废气进行收集；② 处理塔，其上部安装喷头，当废气传输到处理塔后，使其与水雾相接触，从而形成废水；③过滤器，是进一步对废水进行处理，提升UV光催化的效果；④UV光催化设备，在常温状态下，向废水中制造出一定的紫外线，以分解有机物。将该装置应用到实际当中发现，甲苯、二甲苯等有害物质的浓度均达到规定要求，且有效降低了废气的治理成本。