浅谈喷漆有机废气的治理方法

高 雷

（安徽一二三环保科技有限公司，安徽 宣城 242000）

近年来，国务院及各级生态环境主管部门不断出台、更新关于环保的法律法规、排放标准和相关技术规范，也在不断完善管理制度，以及不断提升监管设施的精度与效果，从而使生态环境保护的监督管理措施更加严格和细化。而在这些工作当中，加强末端治理和进行污染源控制是有效提升环境治理效果、促进环境保护的重要方式。

1 喷漆有机废气概述

在喷漆过程中，使用的高粘度涂料主要包括稀释剂、固化剂以及基础涂料，所以会产生能挥发的有机化合物，比较常见的有二甲苯、丁醇、甲苯、溶剂以及乙酸丁酯等，以上这些物质都可以统称为挥发性有机物。而在对有机废气进行处理前，专业人员需先采集有机废气样本，再通过系统地研究和检测有机废气的含量和成分，并以此为依据，来开展科学、有针对性的处理措施，以此达到消减废气中有害物质的含量以及减少环境污染的目的。目前，在挥发性有机废气的处理方法中，比较常用的是吸附、燃烧、等离子体、萃取等治理方法。但在实际应用中，各企业应从投资成本、使用寿命、清洁效率等方面来选择相应的处理方式，并以此对喷漆废气的污染进行科学、适当处置。

2 喷漆有机废气的危害

在喷漆时过程中产生的有机废气，由于其主要包含苯、甲苯、二甲苯等成分，所以，与二氧化硫等常见的无机废气相比，这些有机废气的毒性更强，对人体健康的危害更严重，甚至可能致癌；且这些有机废气更容易在大气中通过复杂的化学反应而形成光化学污染的前体物；还有可能会通过降水等形式对土壤和地下水环境造成严重破坏[1]。在某些情况下，当喷漆喷涂产生的有机废气扩散时，部分漆雾会随着有机溶剂悬浮在空气中，而当这些物质的浓度达到相应的临界点时，如果喷漆工段的操作人员把这些物质吸入体内，将会对人体的健康，特别是造血系统、中枢神经系统和心脏，产生非常不利的影响。而这些影响不仅会对人体功能造成严重损害，还会使人们因免疫系统能力下降而导致头晕、眼花、辨别能力下降、嗅觉失常等各种不适，更有可能引发癌症、白血病、心脑血管疾病等各类恶性疾病。因此，在气溶胶涂料的排放控制过程中，相关技术人员和操作人员必须按照国家标准进行废气处理，并采取有效的预防措施。

3 喷雾净化

在对喷漆过程中产生的有机废气进行处理和净化时，需先对喷漆过程中产生的固体颗粒进行有效去除、处理和吸附。在实际处理过程中，有效减少有机废气中的固体污染物含量，一方面是避免这些黏性颗粒物对后续处理工段造成堵塞，影响处理效率，另一方面是使废气成分更为单一，好为有机废气的后续处理提供有利条件。

3.1 喷雾湿式净化技术方案

一般来说，喷漆漆雾的湿式净化方案主要包括水帘净化法、无泵净化法和水璇净化法。在实际应用中，这三种净化方式是喷漆净化的主要技术方案。①水帘净化法是利用水帘过滤器筛除水中的清漆和雾气，以减少室内的清漆和雾气。其中，一部分清漆雾进入清漆雾室，与水帘相连，再通过滤水帘进入水箱，水泵和溢流连接机构形成水帘。②无泵净化法主要是指在遇到水帘时，没有泵送至喷漆室的喷漆废气，通过水帘和水管的驱动将水和气体从储层箱中分离出来。③水璇净化法是通过喷雾捕集器进行处理，该捕集器用于喷漆室的进出，通过水，进入空气平衡室。漆雾颗粒被水捕集，净化后的废气会通过排气系统排入后续处理工段。而含喷漆颗粒的水经过凝结、过滤和净化也可以实现重复使用。通过使用发现，水璇净化法的净化效果优于前两种工艺净化系统，其漆雾净化率可达98%以上，说明了这个净化系统效率很高。

3.2 喷雾干式净化技术方案

在喷涂处理过程中，上述湿法净化技术可以起到一定的净化作用，可显著减少喷漆颗粒排放到大气中[2]。但湿喷净化技术必须使用水，在这种情况下，一方面会使处理系统变得复杂而臃肿，另一方面也可能会增加水污染物导致进一步污染的危险性。因此，目前一般会采用过滤净化法等干式净化技术方案。在实施此类干式过滤净化技术时，喷漆废气被负压吸入干式过滤箱中，再通过合理的风道安排，尽量让废气与更大表面积的吸附介质进行接触，同时通过使用不同层级的吸附介质来对喷漆废气中不同粒径的悬浮物颗粒进行有效捕集，从而实现过滤漆雾的目的。与湿式洗涤技术系统进行对比，干式净化技术方案对喷雾室或喷漆房的结构要求相对较低，能耗也比较小。此外，该净化技术方案使用的吸附介质、填料相对便宜，其运行成本投入少，但净化效率高，所以，可进行大范围的推广应用。

4 喷漆有机废气的治理方法

4.1 吸附法

吸附法主要是使用吸附剂等比较有吸附能力的材料对废气进行吸附处理。在实际应用中，经常使用的吸附剂主要是活性炭和沸石，且两者都是多孔的。相比活性炭而言，沸石具备优点更多，如无损耗、不易燃、安全性高以及稳定性强等，因此，越来越多的大中型企业，如汽车制造商，在选择吸收性材料时普遍倾向于使用沸石。但对比活性炭，沸石的价格往往是活性炭的数倍，因此，家具行业和电动自行车制造企业等中小型企业，通常只使用以活性炭为主材的吸附介质。而常见的以活性炭为主材的吸附介质主要包括活化碳纤维和蜂窝状活性炭。此外，为了进一步降低吸附材料的更换成本，并减少更换过程中产生的固体废弃物和危险废物的数量，一些企业往往会将活性炭、沸石等吸附材料与相关再生装置联用，从而达到重复利用吸附介质的效果。目前，常见的再生装置主要为热风再生方案，即吸附介质在常温或接近常温的条件下吸附污染物，而在需要重新使用前再通过热空气让吸附介质进行脱附，使之重新活化并再次具备吸附能力。

4.2 冷凝法

通常，冷凝法主要是运用降低系统的温度或者增加系统的压力，先把蒸汽中的有机污染物冷凝成液体，然后再将其与喷漆废气进行有效分离。冷凝法可分为直接冷凝以及吸附浓缩后进行冷凝的两种方式[3]。在实际应用中，冷凝法的投资成本相对较高，能耗也非常大，因此，一般规模较小的企业通常不使用该方法处理喷漆废气中的有机气体。但对于大型企业，如汽车制造企业、集装箱生产企业等，由于产量较大，且冷凝的有机溶剂可以重复使用，所以，采用冷凝有机废气处理技术的优势会更为明显。应用该技术进行废气处理时，其净化效率可达95%以上，而且，回收的有机溶剂可直接再次利用，还不会改变原有的组分，真正达到了资源回收、重复利用的目的。

4.3 吸收法

吸收法主要是化学吸收方法，是通过废气中的污染物与吸收剂中的活性成分发生化学反应后，将废气中的有机物变为液态或固态的化合物，且固定于吸收介质中。目前，常见的化学吸收介质有固态和液态两种，固态即为在废气风道中设置多重滤网，并在滤网上采用喷涂或其他方式固定活性化学成分，使之与空气中的挥发性有机物接触并发生反应，进而捕集固化的方式。而液态吸收介质则是让喷漆废气通过溶解有活性化学成分的水或其他溶剂，在其发生反应后使挥发性有机物滞留于液体中的方式。但在实际应用中，吸收法存在较大局限，如：一是必须明确废气中的有机化合物种类，才能选择针对性的化学吸收组分（活性化学成分）；二是此类方法对于处理复合组分的有机废气效果一般；三是需要经常更换化学吸收介质，但这样会造成废吸收网、废吸收液等额外污染物的产生。因此，这种方法还没有得到广泛应用。

4.4 燃烧法

4.4.1 直接燃烧法

该方法主要是针对燃料浓度相对较高的有机废气，但应用直接燃烧法需要废气中的可燃有机物浓度足够高，并具备相应的燃烧空间，以及有相对充足的氧气。在实际应用该方法时，如果存在氧气不足的情况，会很难进行完全燃烧，如果空间不足，也容易造成燃烧不完全的情况。因此，只有当燃烧温度达到1 100 ℃或以上，绝大部分种类的有机物才会被彻底氧化为二氧化碳和水等，从而达到净化效果。但若没有进行完全燃烧，如存在废气停留时间不足、燃烧温度不够等情况时，喷漆废气中的挥发性有机物很有可能会没有被彻底氧化，造成处理效果不佳，导致其直接进入大气层，从而会污染环境。

4.4.2 热燃烧法

低浓度有机可燃气体可通过热燃烧处理，即当废气中挥发性有机物等的可燃物浓度较低时，可通过额外补充天然气等燃料，以此支持整个燃烧过程中所需的能源，并补足因废气浓度较低而缺失的完全氧化的能量。一般情况下，热燃烧温度通常在500～900 ℃之间，会低于直接燃烧温度。

4.4.3 催化燃烧法

催化燃烧主要是利用催化剂大幅降低反应活化能的原理，使被加热的有机废气通过催化剂载体（通常为多孔陶瓷载体），在其与催化剂表面接触过程中，与空气中的氧气发生氧化反应，变为二氧化碳、水等物质的方法。在实际应用中，由于催化剂大幅降低了反应活化能，使挥发性有机物能够在低温（通常为200～400 ℃）环境下被氧化。因加热温度不高，通常可使用电加热的方式进行升温。催化燃烧法不会产生二次污染，操作起来也非常简单，且由于点火的温度较低，所以具有很强的安全性，但催化剂的性质会对净化效率有直接的影响。一般来说，会选择铂（Pt）、钯（Pd）和铑（Rh）等贵金属为主要成分的催化剂。需要注意的是，该方法和热燃烧法相同，需要额外补充热量，所以，催化燃烧法更适合于对高浓度废气进行处理。这是因为在高浓度废气环境中，催化氧化反应自身放出的热量可以支撑后续反应的有效进行，从而减少了补充热量的所需成本。大部分情况下，若有机废气浓度不足300 mg/m3的情况，不会选择此方法。

4.4.4 蓄热燃烧法

如果有机废气的浓度相对较低，可采用蓄热式燃烧方式。即在传统的热燃烧以及催化燃烧下，当热量不足以维持自燃时，就会需要添加相当数量的热能。目前，蓄热式燃烧器主要有两种方式：热释堆（也被称为蓄热式热力燃烧器，RTO）以及催化燃烧堆（也被称为蓄热式催化燃烧器，RCO）。在RTO或RCO中，主要包含再生换热器、燃烧室以及截止阀，这些都是通过燃烧-换热-排放的方式，再结合燃烧器内装载的蓄热陶瓷与保温材料，以此减少废气排放过程和设备本身炉体散热所带走的热量，进而减少能源消耗。

4.5 生物净化法

有机废物生物净化技术是近年来发展起来的一种净化低浓度有机废气的新技术，并受到了国内外的高度重视。该方法经过多年的研究和应用，已逐渐变成一种新的清洁低浓度废气的比较经济的方法。生物有机净化法在本质上与化学吸收法类似，是通过特殊微生物本身的代谢能力，将挥发性有机物进行吸收、分解和氧化。其特点是适用于处理大气量、低浓度的VOCs。由于不需要更换吸收介质，仅需要维持特殊微生物的生物活性，维持其分解代谢过程，即可实现废气的长期有效处理。该技术在有机化工厂、喷漆、污泥处理、食品处理、生活垃圾处理厂等排放低浓度有机气体的净化处理中，应用效果非常好，其净化以及去除的效率非常高[4]。该技术工艺的设备结构较为简单，管理也极为便捷，且对能源的消耗较低，经济效益较高。在实际应用过程中，用于生物废气处理的工业设备能够对喷漆废气中的甲苯进行快速净化，如此类废气中的原始甲苯浓度可达到100～1 000 mg/m3，而当其通过有机废气生物净化处理器处理后，废气中的甲苯浓度可降至60 mg/m3，因此，工作效率稳定，可长期稳定运行，符合排放标准。

4.6 光催化氧化法

光催化氧化法主要是通过使用紫外线发射的光催化剂对有机废气进行分解。现阶段，在国内比较常用的光催媒是氧化钛、氧化锌以及氧化锡。其中，纳米二氧化钛由于具备价格非常低、可用性较强、催化活性相对较高的特点，其应用范围是最广的。该方法具有能耗低、设备结构简单的优点，尤其是对一些低浓度废气的处理非常有效。在应用该方法时，首先将废气透过过滤装置过滤，将废气中的悬浮粒子进行有效去除；其次，处理过的废气在光催化氧化室中进行氧化，在紫外光的环境中，挥发性有机物会在纳米材料的作用下发生非常强烈的反应，同时，纳米活性材料被紫外光照射时也会产生空穴和电子，促进氧自由基的产生，以此进一步推动挥发性有机气体完全氧化分解[5]。在实际处理过程中，采用光催化氧化方式对气溶胶废物进行处理，具有效率高、成本低、应用面广的诸多优点，所以，在喷漆废气处理领域有着非常广泛的应用。但需要注意的是，在使用此方法处理废气时，非常容易产生漆雾、颗粒物黏附于紫外灯管和纳米材料上的现象，这会导致一方面严重降低紫外线的发射能力，降低处理效果；另一方面也会显著影响系统的散热能力，从而产生安全隐患。因此，应用该方法时需要将前置过滤处理工序处理完善。

4.7 低温等离子体法

低温等离子体净化一般应用于去除低浓度的有机废气，与常规方法相比，该方法具有处理效率更高，反应过程更短，但仍存在一些问题。例如，等离子体还原会产生有害物质二氧化氮、一氧化碳和臭氧，还可能会造成二次污染，因此，只有当这些问题在高压放电和能耗条件下分阶段解决后，才可以更好地去除废气。该方法行之有效，符合相关的外部排放标准。

5 结语

通过运用喷漆技术，能有效提升材料表面的性能，避免金属出现氧化腐蚀，以此提升了材料的使用时间，改善了设备和材料的性能，同时也提升了美观度。但喷漆过程产生的有机废气会对大气造成损害和污染，也会对人们的身体健康和安全造成危害。因此，有必要加强对处理此类有机废气的研究。基于此，本文总结了目前常见的喷漆废气的处理方式，但相关企业在实际应用中，应结合自身喷漆废气的特点和工业生产的要求，来选择合适的处理方法和措施对有机废气进行有效治理。