某重型工业企业喷涂项目废气治理措施浅析

梁振飞

上海市环境保护事业发展有限公司

0 引言

喷漆废气主要是针对漆雾和有机废气两种存在形式进行研究，整个净化处理过程分为漆雾处理和有机废气净化两部分。现阶段我国在进行漆雾处理时主要是采用干法净化和湿法净化[1]。喷漆废气在经过漆雾预处理后进行有机废气处理，处理有机废气时可以运用传统的吸附法、吸收法、燃烧法、冷凝法和新型的膜分离法、光催化法、生物法、等离子体净化法等[2]。

1 项目概况

本项目为某重型工业企业改扩建项目，企业在现有产品工序基础上增设喷涂工艺，不新增产品。项目位于现有厂区内车间（171 m×16 m），面积约2 736 m2。车间内设一条涂装线，分东西两条不同的悬挂链进行喷涂，辅助间有一个调漆间和一个油漆暂存区。项目主要承担滑轮组件、车轮、轴承座组件等产品的喷涂工作，喷涂面积约165 000 m2/a。

项目废气来源主要包括喷涂废气、擦洗废气和抛丸废气。针对喷涂废气和擦洗废气，提出水帘+干式过滤+活性炭吸附脱附+二级冷凝回收工艺；针对抛丸废气，通过密闭作业方式进行治理。

2 工程分析

2.1 主要工艺流程和产气环节

1）工艺流程

生产工艺流程及产排污节点见图1。

2）污染源和污染物分析

根据工程分析，本项目产气环节及污染物情况见表1。

图1 涂装线工艺流程及产排污节点

表1 本项目产污环节及污染物汇总

2.2 废气污染源分析及治理措施

2.2.1 有组织废气污染源的产生及收集措施

本项目废气主要来自于擦洗废气、抛丸废气、喷涂废气、烘干废气和活性炭脱附过程的废气。

1）废气产生情况

（1）喷涂废气：喷涂时废气包括调漆房（调漆废气和洗枪废气）、喷漆房（喷漆废气）、烘干室（烘干废气）、二级冷凝回收设备（二级冷凝回收废气）。废气中主要污染物为非甲烷总烃、苯系物（二甲苯、乙苯）、乙酸酯类（乙酸丁酯）、正丁醇。本项目在车间设有全密闭喷漆室和烘干室，对半成品进行底漆、中层漆和面漆的喷涂作业，在此过程中油漆内的挥发性有机物将挥发进入空气中。废气治理采用颗粒活性炭吸附，共设置有6个活性炭罐体，单个罐体体积约14 m3，单个吸附罐活性炭填装量2 t，合计填装量12 t。正常情况下，4 个罐体并联进行吸附，1 个热氮脱附，1 个冷却降温。本项目涂装废气治理系统图见图2。

（2）抛丸废气：利用钢砂对半成品进行表面抛丸时，会产生抛丸废气，主要污染物为颗粒物，废气经滤筒除尘器处理后，通过2#排气筒15 m 高排放。本项目抛丸在密闭抛丸室内操作，抛丸废气治理系统图见图3。

（3）擦洗废气：在抛丸前须利用擦洗剂对半成品件进行表面擦洗，会产生擦洗废气，废气在独立擦洗间内进行收集，废气中主要污染物因子包括非甲烷总烃、二甲苯、正丁醇、乙酸丁酯、苯系物、乙酸酯类，废气合并到喷漆废气处理系统，经活性炭吸附处理后通过1#排气筒15 m高排放。

（4）喷漆废气：调漆，底漆、中层漆、面漆喷涂和烘干中产生的废气。废气主要在密闭操作间以微负压状态进行收集，废气中主要污染物因子包括非甲烷总烃、二甲苯、正丁醇、乙酸丁酯、苯系物、乙酸酯类。底漆、中层漆、面漆喷涂废气采用水帘+干式过滤棉除漆雾处理后，与调漆间和烘干室废气合并，进入活性炭吸附处理后通过1#排气筒15 m 高排放。

（5）活性炭脱附废气：当活性炭吸附饱和后，利用热氮系统进行脱附，脱附废气进入二级冷凝系统进行冷凝（一级为盐水冷凝、二级为乙二醇冷凝）处理后，剩余废气再返回到其他活性炭罐进口处，经处理后通过1#排气筒15 m高排放。

图2 本项目涂装废气治理系统图

图3 本项目抛丸废气治理系统图

2）废气收集措施

（1）东侧抛丸底漆悬挂链：在上料工位把工件挂上送至擦洗工位，采用溶剂擦洗擦干；然后进入抛丸工序。抛丸工序采用悬挂链通过式自动抛丸，处理后表面达Sa2.5 级。经过抛丸清理后的工件，由悬链输送机输送至喷漆室喷涂底漆、流平与烘干，至下料工位处人工下料完成一个循环下线。下线后叉车送至西侧中层漆和面漆悬挂链继续进行喷涂。整个喷漆室、流平室和烘干室为封闭式结构，内部呈微负压状态。

(2)西侧中层漆和面漆悬挂链：在上料工位把工件挂上送至上料工位，由悬链输送机输送至喷漆室喷涂中层漆、流平与烘干，至下料工位处完成一个循环，再由悬链输送机输送至喷漆室喷涂面漆、流平与烘干，至下料工位处下料，成品转运至仓库储存。整个喷漆室、流平室和烘干室为封闭式结构，呈微负压状态。

擦洗间废气、水帘式喷漆室、流平室、烘干室及强冷室合并后进过滤处理，废气基本接近常温，进活性炭之前废气无需降温处理。

整条涂装线设置了单独的擦洗间、抛丸室、调漆间、喷漆室、流平室、烘干室，整条涂装线均采取整体封闭措施（见图4）。工件通过输送挂架自动输送，整个工件输送挂架均设置于封闭空间内。为方便工件进出，工件装卸位置附近设置软帘门。整条涂装线内部呈微负压状态。整个工段的废气捕集效率按95%进行计算，无组织逸散量以5%进行计算。

活性炭脱附过程时，脱附用的热氮气均通过管线输送至活性炭罐体内，脱附过程时产生的高浓度废气由管线输送进入二级冷凝回收装置，冷凝后废气再由管道输送至活性炭吸附装置，整个过程废气收集效率以100%计算。

上述废气中，活性炭吸附对挥发性有机物的处理效率估算为90%，水帘+干式过滤棉对颗粒物（漆雾）处理效率估算为98.5%。

2.2.2 有组织废气污染源的排放及达标分析

1#排气筒最大排放情况为：①颗粒物排放峰值：底漆喷涂+底漆烘干+中层漆喷涂+中层漆烘干+活性炭脱附；②挥发性有机物排放峰值：工件擦洗+底漆喷涂+底漆烘干+面漆喷涂+中层漆烘干+活性炭脱附。1#排气筒中颗粒物排放峰值和挥发性有机物排放峰值不会同时发生，但基于达标性分析及预测分析需要，将合并进行计算。另，两条喷涂悬挂链不同时实施喷漆工序，由于中层漆和面漆采用同一把喷枪进行喷涂，两者的喷涂废气不可能同时产生，其后续的烘干过程也将分开，且喷涂过程中不可能对喷枪进行清洗，调漆工艺也不会在喷涂中进行。单个活性炭装置再生时间为24 h，前12 h升温再生，后12 h冷却降温，1个进行氮气脱附再生，1个进行脱附冷却，有2个活性炭吸附罐持续再生，故可将活性炭再生过程视为连续。

2#排气筒最大排放情况为：间歇式抛丸废气排放，每次最长为4 min。

图4 改造中的喷涂线现场图

综合上述因素，依据1#排气筒采用内径（直径）为1.5 m ，15 m 高空排放；2#排气筒采用内径（直径）0.8 m，15 m高空排放；经计算，各排气筒产排污最大情况见表2。

根据表2可知，本项目排气筒的颗粒物、非甲烷总烃、二甲苯、苯系物、乙酸酯类、正丁醇的有组织排放浓度和排放速率均符合《大气污染物综合排放标准》（DB31/933-2015）相关标准的限值要求。乙苯、乙酸丁酯的排放浓度和排放速率均符合《恶臭（异味）污染物排放标准》(DB 31/1025-2016)。

2.2.3 无组织废气污染源的产生及排放

本项目中的无组织废气主要来自喷漆间有机废气。项目设置单独的抛丸室、调漆间、喷漆室、流平室、烘干室，整个喷漆室均采取整体封闭措施，工件通过悬挂链自动输送，整个喷涂室为封闭式结构，内部呈微负压状态。因此，参照《上海市工业企业挥发性有机物排放量通用计算方法》，全封闭负压排风，废气捕集效率按95%进行计算，无组织逸散量以5%进行计算。这部分有机溶剂废气通过生产车间的门窗排出，其主要污染源为非甲烷总烃、二甲苯、乙苯、正丁醇、乙酸丁酯、苯系物、乙酸酯类。

喷漆间的作业时间4 800 h/a。根据物料平衡统计，通过对项目喷漆过程物料平衡表无组织排放数据，本项目无组织废气产生和排放情况汇总见表3。车间内部高9 m，长171 m，宽16 m，但由于其所在建筑被包含在多跨车间（车间仅为其中一跨），整个建筑实际宽度为160 m，故无组织预测源修正为长150 m、宽160 m、高9 m。

2.2.4 废气排放情况汇总

项目废气的排放量汇总见表4。

表2 有组织废气（最大）产生情况及治理措施

表3 本项目无组织废气的产生和排放情况

表4 废气的排放量汇总

3 技术可行性分析

3.1 漆雾治理可行性分析

项目的漆雾治理主要采用水幕除漆雾+干式漆雾过滤装置的两级处理来净化喷漆废气中的漆雾，可有效避免二次污染及保护活性炭净化装置。

1）水帘湿法净化系统

水帘湿法净化系统采用湿式漆雾治理技术。水帘喷漆室在喷漆台前安装水帘墙，水帘墙后有大功率风机抽气，从顶部到水帘墙后面形成空气对流，水帘将废气中的油漆粒子带入到水里。同时，水帘式喷漆室的水帘用水循环使用，定期更换；漆渣定期捞出。根据《涂装行业清洁生产评价指标体系》，水幕除漆雾处理系统漆雾捕集效率≥85%。

2）漆雾过滤装置

漆雾过滤装置采用干式漆雾治理技术。漆雾过滤装置采用玻璃纤维滤料来捕集漆雾，具有结构简单、阻力小、容尘量大、易清理、能阻燃、无二次污染等特点。根据《漆雾高效干式净化法的关键——过滤材料》[3]，干式过滤装置对漆雾的净化效率可达90%～95%。

3）达标可行性分析

通过上述净化措施，漆雾去除效率可保证达到98.5%以上。本项目净化后的漆雾排放浓度和排放速率均能达到《大气污染物综合排放标准》（DB931-2015）。因此，漆雾采用水帘式湿法净化系统+漆雾过滤装置处理是可行的。

3.2 涂装有机废气活性炭吸附的可行性分析

1）工艺流程

“活性炭吸附脱附+二级冷凝回收”的方法采用活性炭吸附、热氮脱附和二级冷凝回收三种组合工艺净化有机废气。

根据《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ2026-2013）中的规定，吸附装置的净化效率不得低于90%。

2）主要工艺特点及主要参数控制

(1）本项目底漆采用一条悬挂链进行涂装，中层漆和面漆共用一条悬挂链进行涂装。正常情况下，两条悬挂链不同时工作。共设六个活性炭吸附罐，正常情况为四并联吸附二脱附，每个罐单体体积14 m3，吸附罐采用颗粒活性炭，单个罐活性炭填充量2t。脱附为连续过程，持续时间为24 h，其中12 h 升温脱附，12 h 降温冷却，为了保证吸附效果，每次脱附2个活性炭罐，设置每天自动切换，通过管路切换确保轮流脱附，脱附废气进入二级冷凝回收装置。

(2）根据设备生产厂家提供的经验数据，14 m3单个的活性炭吸附罐一年更换6 个，即在均匀使用的前提下，活性炭吸附罐每年整体更换一次。

(3）1#排气筒废气量为62 500 m3/h，其废气进入4个活性炭吸附罐的平均气量为15 625 m3/h，单个吸附罐直径1 900 mm，长度5 500 mm，单体体积14 m3，吸附截面积约10 m2，填装活性炭层厚度约400 mm，单个罐体活性炭填装量4 m3，即2 t，可确保废气吸附流速小于0.5 m/s，各设计参数符合《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》的相关技术要求。

3）达标可行性分析

本项目有机废气选用“活性炭吸附脱附”的方法进行处理，根据工程分析可知，有机废气的综合治理效率达到90%以上。经处理后，VOCs(以非甲烷总烃考核)、二甲苯、苯系物满足当地《大气污染物综合排放标准》(DB 31/933-2015)中的相应标准；乙酸丁酯、乙苯、臭气浓度满足当地《恶臭（异味）污染物排放标准》(DB 31/1025-2016)排放限值要求。

3.3 VOCs冷凝回收的可行性分析

本项目产生的有机溶剂废气选用“活性炭吸附脱附+二级冷凝回收”的方法进行处理。脱附废气经二级冷凝回收装置治理后排放。

1）冷凝回收的原理

一般情况下，冷凝法多用于高浓度挥发性有机物的回收。

2）主要工艺特点及主要参数控制

(1）首先采用电加热方式对氮气进行加热，加热后的氮气对罐体内活性炭进行加热脱附，脱附温度为130 ℃，单个罐体脱附需要12 h，经加热后，废气中气体温度大于100 ℃。

(2）脱附废气先进入二级冷凝回收装置，冷凝回收废气中的挥发性有机物。本项目拟采取二级冷凝，一级采用冷冻盐水，盐水进口温度维持在-10 ℃，废气出口温度设计要求为30 ℃；二级采用冷凝液乙二醇，乙二醇进口温度维持在-20 ℃，废气出口温度设计要求为0 ℃。以废气中主要污染物二甲苯为例，根据《化工物性算图手册》中的查表数据，保守推算本项目一级冷凝效率80%，二级冷凝效率60%。

(3）整个冷凝过程中，通过实时监测对冷凝气体进行监控，并调节气体流速及冷凝液温度，以便达到最大化的冷凝效果。

(4）为减少活性炭脱附过程中的废气产生污染，冷凝后的废气通过再次返回到其他活性炭罐进行吸附。由于冷凝后废气中挥发性有机物的浓度很低，再次进入废气处理系统后被大风量稀释，活性炭吸附处理效率保守取值为20%，故活性炭脱附过程产生的废气（从氮气脱附后冷凝到活性炭吸附后）的综合处理效率计算结果为1-1×（1-80%）×（1-60%）×（1-20%）=93.6%，废气经处理后通过15 m排气筒（1#）高空排放。

3）达标可行性分析

本项目脱附废气“二级冷凝回收”并重新进入活性炭吸附的处理方式可行，经处理后，VOCs(以非甲烷总烃考核)、二甲苯、苯系物满足上海市《大气污染物综合排放标准》(DB 31/933-2015)中的相应标准；乙酸丁酯、乙苯、臭气浓度满足上海市《恶臭（异味）污染物排放标准》(DB 31/1025-2016)排放限值要求。

因此，本项目产生的有机废气采用“活性炭吸附脱附+二级冷凝回收”装置处理是可行的。

4 结论

水帘湿法净化系统采用湿式漆雾治理技术，漆雾过滤装置采用干式漆雾治理技术。通过上述净化措施，漆雾去除效率可保证达到98.5%以上。本项目净化后的漆雾排放浓度和排放速率均能达到《大气污染物综合排放标准》（DB931-2015）。因此，本项目漆雾采用水帘式湿法净化系统+漆雾过滤装置处理是可行的。

有机废气选用“活性炭吸附脱附+二级冷凝回收”的方法进行处理，根据工程分析可知，有机废气的综合治理效率达到90%以上。经处理后，VOCs(以非甲烷总烃考核)、甲苯、二甲苯、苯系物满足当地《大气污染物综合排放标准》(DB 31/933-2015)中的相应标准；乙酸丁酯、乙苯、臭气浓度满足当地《恶臭（异味）污染物排放标准》(DB 31/1025-2016)排放限值要求。因此，本项目有机废气采用活性炭吸附脱附+二级冷凝回收处理也是可行的。