喷漆废气治理措施和处理效果

2022-11-27 06:18徐文兵
皮革制作与环保科技 2022年1期
关键词:喷漆吸附剂废气

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。

4 总结

综上所述,在现代工业领域内存在多种喷漆废气的处理方法,这些方法具有不同的特点与优劣势,因此,需要针对实际情况进行选择。在诸多处理方法中,紫外-芬顿氧化法治理效率较高,且治理成本较低,又不用加入其他物质,是当前最佳的废气治理方法,可大规模推广应用。

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