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噴漆廢氣的全過程控制 發布時間: 2015-03-30

1.引言

噴涂廣泛用于家具涂裝等行業。涂料中含有一定比例的溶劑,噴涂作業中還要添加一些稀釋劑,因此在噴涂、流平及干燥過程中會產生大量的揮發性有機物,其中含苯有機物毒性很大,不但對操作工人的身體健康造成直接危害,同時也污染了周圍的大氣環境。

2.噴涂廢氣污染物的來源

一般涂料的組成包括:成膜物質(基料)、顏料、填料、溶劑、其他助劑等,在噴漆作業時還要配上稀釋劑(稀料)。

成膜物質是涂料中最重要的組成部分,成膜時隨著涂料中溶劑的揮發,黏結劑分子或者乳液中的聚合物微粒相互靠近而凝聚,將顏料和填料黏結起來,形成連續涂膜,并使該涂膜牢固地黏結在基層上。成膜物質固定在物體的表面,很少進入噴涂廢氣中。

顏料又稱為著色顏料,在涂料中的主要作用是使涂膜具有一定的遮蓋力和所需要的各種色彩。顏料在涂料中所占比例小,進入廢氣中的更少,但因其有很強的著色能力,造成廢氣中的顆粒物帶有顏色。因此按照《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297-1996),對噴涂廢氣中的顆粒物進行控制時,應執行染料塵限值標準。

填料又稱為體質顏料,主要起填充作用,填料能有效改善涂料的貯存穩定性和涂膜的相關性能。填料是構成噴涂廢氣中顆粒物的一部分,一般附著在漆霧中。

助劑可以改善涂料及涂膜的某些性能,一般用量很小,但對涂料和涂膜的性能確有很大的影響。主要包括:成膜助劑、固化劑、分散劑、消泡劑、增稠劑等,根據不同的應用領域,有很多不同的選擇。

溶劑是液體涂料配方中的重要組成部分,是成膜物質的載體,目前主要采用的有甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、乙二醇、丁醚、汽油、混合溶劑等。它與涂料的制造、貯存、施工,漆膜的質量有密切關系。其主要作用是:溶解并稀釋涂料中的成膜物質,降低涂料的黏度,便于涂刷或噴涂等施工操作;提高涂料貯存的穩定性,防止成膜物質凝膠,同時加入溶劑后會使桶內充滿溶劑蒸氣,可減少涂料表面結皮;改善涂膜的流平性,可避免涂膜太厚、太薄或涂刷性能不好而產生刷痕或起皺等弊病。溶劑是揮發性的液體,只起溶解和稀釋成膜物質的作用,在涂膜干結時,它揮發到空氣中,是噴涂廢氣中的主要污染物。涂料有水性和溶劑型2種,溶劑型涂料采用的溶劑包括純苯、甲苯、二甲苯、汽油溶劑等,產生的VOCs包含苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等。水性涂料屬于環保型涂料,目前因其價格昂貴,使用受到限制,只在少量出口汽車、機電設備中應用,水性涂料廢氣污染物主要包括醇類和醚類等有機物。

稀釋劑是在噴漆施工過程中用于稀釋涂料的溶劑,一般和涂料中的溶劑相同或相溶,對涂料有良好的溶解性和分散性,同時對涂料的性能影響較小。各種類型的涂料都有相應的稀釋劑,一般彼此不能通用。氨基漆稀釋劑由二甲苯、丁醇混合組成;硝基漆稀釋劑香蕉水由酯、醇、苯類混合溶液組成。無苯涂料稀釋劑主要由乙酸乙酯、乙酸丁酯、溶劑油等組成,能溶解硝基漆、醇酸漆、氨基漆、丙烯酸漆等。稀釋劑和溶劑一樣最終揮發成為廢氣污染物。

從涂料原料組分上看,噴涂產生的VOCs 主要來自于溶劑和稀釋劑,顆粒物主要來自于成膜物質和各種固態添加劑。要從源頭上消除或減輕噴涂廢氣的污染,首先要從涂料的選擇上考慮,采用揮發分含量低的環保涂料,特別是水性涂料,它是解決噴涂廢氣污染環境的有效措施。水性涂料是采用水溶性及水分散性樹脂及各種助劑制成,不需加入含苯稀釋劑,以水稀釋即可;污染物主要是醇類和醚類等污染相對低的有機物,對環境的影響較小。水性涂料在歐洲的使用率已經達到80%,從20044 1 日開始,歐盟已禁止生產、銷售和使用溶劑型涂料;目前溶劑型涂料的使用受到很大的限制,世界范圍內溶劑型涂料被水性涂料取代只是時間問題。按照2006 121 日實施的《清潔生產標準汽車制造業(涂裝)》(HJ/T293-2006),清潔生產標準要求禁止使用含苯的涂料、稀釋劑和溶劑;底漆、中涂和面漆均推薦使用水性涂料和粉末涂料。

3.施工工藝設備對廢氣污染物排放的影響

噴涂工藝的差別會影響物料的利用率和污染物的排放量,目前工業生產中采用的噴涂工藝大致包括人工涂刷、人工噴涂、機械噴涂等幾種方式。人工涂刷效率低、漆膜質量不高,主要應用于小規模產品的表面裝飾,噴涂則是目前涂裝行業的主流,在自動化程度高的汽車涂裝等行業主要采用自動噴涂工藝,而在部分機械制造企業仍然采用人工噴涂工藝。

工藝不同,涂料的利用率有較大的差別。在汽車涂裝企業多采用先進的涂裝工藝,中涂、面漆以靜電旋杯噴涂為主,由機械人自動仿形,出漆量及噴涂圖形根據車身的不同位置調整到最佳狀態,可使涂料利用率提高到90%以上,可大大減少涂料用量,從而減少有機溶劑對環境的污染。在進行噴涂過程中白車身涂漆面積、涂層厚度、涂料品種、涂裝工藝等都會對排放量造成影響,關鍵是涂裝工藝,直接影響涂料利用率,影響噴涂廢氣污染物的排放。

工業化生產中,噴涂一般在噴漆室進行,噴漆室一般由室體、土建基礎、平板車、軌道、進風過濾系統、廢氣處理系統等組成。噴漆室一般采用上送風下抽風方式,能及時排走各個方向的漆霧,有利于減輕漆霧對操作人員呼吸系統的影響,并能從不同方向對工件進行噴涂,部分汽車涂裝企業采用機械手自動噴涂。噴漆室底部設有過濾系統,初步過濾廢氣中的漆霧,減輕漆霧對有機廢氣處理系統的影響。

噴漆室的設計和自動化程度對涂料的利用率有影響,空氣通過送風系統均壓后,經過濾進入噴漆室,形成均勻一致的風速。對工件而言,為避免紊流及提高涂料的利用率,不需要太大的風速0.2-0.3m/s;而對操作人員與設備而言,則需要相對較大的風速(0.3-0.5m/s將漆霧迅速排除,以保障清潔的工作環境和人員的健康與安全。因此合理的設計和分配風速,可以提高噴涂效率,減少過噴漆霧的排放。目前有一些涂裝設備采用分流隔板,造成兩側區域具有較高的風速,而中央的噴涂區有較低的風速,一方面保障操作人員的清潔環境,同時又能提高涂料的利用率,減少過噴漆霧的排放。

噴涂的主要器具是噴槍,噴槍噴射的漆霧一部分附著在涂裝工件上,其余部分以射流狀反彈到空氣中。噴槍技術性能的先進性是減少空氣污染的積極因素,可以大大降低涂裝作業過程中環境治理的負擔。噴槍種類較多、技術差異較大,如空氣噴槍、高壓無氣噴槍、混氣噴槍、低壓大容量噴槍等。老式噴槍附著力、利用率都很差,不僅影響噴涂質量,也加重了環境污染,如普通空氣噴槍,噴出的漆霧中含有較多的壓縮空氣,回彈現象嚴重,涂料利用率低,操作環境差,增加了噴涂廢氣的排放。目前先進的噴槍包括大容量低壓噴槍、無氣噴槍等,效率達到90%以上,物料流失率低,廢氣污染物的排放量減少。工藝技術和設備的先進性是涂裝行業清潔生產水平的一個重要指標,簡陋的設備和落后的工藝,不但會增加資源、能源的消耗,同時也增加了廢氣污染物的產生和排放量,增大了處理設施的運行成本和污染物排放濃度。新建噴漆室應禁止使用落后的、淘汰的工藝技術和設備,提高噴涂作業環節的清潔生產水平。

4.噴涂廢氣污染物治理措施

噴涂工序包括噴涂、流平和烘干,每個工序均有VOCs 排放。某汽車噴涂金屬車間底色漆,在噴漆室、流平室及烘干室的VOCs 產生量分別為60%、35% 5%,罩光漆在3個工序的產生量分別為50%、20%30%。噴漆室或噴涂工序主要污染物為VOCs 和漆霧(顆粒物),流平和烘干工序主要污染物為VOCs。漆霧顆粒微?。ń^大部分在10um以下)、黏度大、易黏附在物質表面,凈化有機廢氣之前必須去除漆霧,然后再進一步去除廢氣中的甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等揮發性有機物。

目前國內外漆霧處理方法包括:過濾法、低溫冷凝法、油吸收法、水吸收法等,較多采用的是過濾法和水吸收法。

過濾主要采用濾層阻留漆霧和顆粒物,濾料可以采用玻璃纖維棉、爐渣等,也可組合使用;如某抽油機廠采用的過濾系統由9部分組成,分別為塑料回轉球、棕板和玻璃纖維棉9層,過濾材料視污染程度定期更換或清理漆塊后重復使用。過濾措施能除去大部分的漆霧,對有機物也有少量的吸附,但不能保證廢物污染物的達標排放,還需進一步處理。

吸收方式包括噴淋水洗、霧化洗滌、無泵水幕處理、水旋式處理等。噴淋水洗采用噴嘴組成的噴淋室,將水霧化來沖洗漆霧,水過濾后重復利用,該方法效果差,噴嘴易堵塞;霧化洗滌采用螺旋進氣,在高級霧化作用下,氣液充分接觸,廢氣中的細小顆粒物、未凝固的涂料顆粒及少量有機廢氣被吸收;無泵水幕噴漆室和無泵水激噴漆室是利用高速排風誘導提水,將排風系統和排水系統合二為一,形成無泵的水循環系統,由于漆霧經過水幕、水簾以及氣水通道與水幕強烈攪拌,形成多級凈化過程,提高了凈化效率;水旋式噴漆室主要是靠在柵格上的水旋器來分離空氣中的漆霧,當含有漆霧的空氣直接被吸入水旋器與柵格板下的水面撞擊后,同水一起以漩渦運動流入水旋器,漆霧和空氣分離。目前廣泛采用的主要是水幕、水旋及水激式噴涂設備,均能取得較好的凈化效果,但因甲苯、二甲苯等有機物不溶于水,對該類有機污染物的去除效率甚微,還需要進一步處理。

經過除霧處理后的噴涂廢氣和流平、烘干廢氣主要含有揮發性有機物,一般還需采取吸附、燃燒或催化燃燒的方式進行治理。

吸附法是目前廣泛使用的有機廢氣處理技術,其原理是利用吸附劑的多孔結構,將廢氣中的VOCs捕獲。吸附劑應能滿足:比表面積和孔隙率大,吸附能力強,具有一定的顆粒度,較好的機械強度、化學穩定性和熱穩定性,使用壽命長,價格低廉,原料來源充足。處理噴涂廢氣選用的吸附劑有活性炭、活性炭纖維、焦炭粉粒等?;钚蕴亢突钚蕴坷w維具有密集的細孔結構,內表面積大,吸附性能好,化學性質穩定,耐酸堿,耐水,耐高溫、高壓,不易破碎,對空氣阻力小等特點,因此被廣泛采用?;钚蕴窟^濾吸附法是一種較為經濟的方法,與其他方法比較,具有去除效率高、能耗低、工藝成熟、易于推廣的優點,缺點是處理設備較大。將含VOCs 的有機廢氣通過活性炭床,其中的VOCs 被吸附劑吸附,廢氣得到凈化后排入大氣。當炭吸附達到飽和后,需對飽和的炭床進行脫附再生;通入水蒸氣加熱炭層,VOCs 被吹脫放出,并與水蒸氣形成蒸氣混合物,一起離開炭吸附床,做進一步的處理。

直接燃燒法(或稱為熱氧化)是通過燃燒來消除有機物廢氣污染物的方法,是使用有機廢氣在溫度600-800和滯留時間0.3-0.5s的條件下直接燃燒,變成二氧化碳和水,適用于濃度較大的有機廢氣。為降低燃料費用,需要回收排放氣中的熱量。

催化燃燒法是一種類似燃燒法的方式來處理VOCs,操作溫度較普通燃燒法低一半,通常為200-400,將有機物氧化成二氧化碳和水,同時發出燃燒熱。它凈化有機物是用鉑、鈀等貴金屬催化劑及過渡金屬氧化物催化劑來代替火焰,由于溫度降低,允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料,大大地降低了設備費用和操作費用。系統采用間壁式和蓄熱式兩類熱量回收方式。

對于大流量、低濃度的有機廢氣,燃燒或催化燃燒處理費用太高,不經濟。利用炭吸附具有處理低濃度和大氣量的優勢,先用活性炭捕獲廢氣中的有機物,然后用很小流量的熱空氣來脫附,這樣可使VOCs 富集10-15倍,大大地減少了處理廢氣的體積,使后處理設備的規模也大幅度地降低。把濃縮后的氣體送到催化燃燒裝置中,利用催化燃燒處理較高濃度的特點來消除VOCs。催化燃燒放出的熱量可以通過間壁換熱器來預熱進入炭吸附床的脫附氣,降低系統的能量需要量。該技術利用炭吸附處理低濃度和大氣量的特點,又利用催化床處理適中流量、高濃度的優勢,形成一非常有效的集成技術。目前該技術已用于噴涂排放大流量、低濃度有機廢氣的治理。

從目前涂裝行業的現狀來看,末端治理仍然是控制噴涂廢氣排放的主要措施。企業應完備廢氣處理措施,做到噴涂廢氣中的污染物全面達標排放;同時規范處理設施、設備的運行操作規程和環境管理要求,做到處理措施的持續有效,污染物持續達標排放。

5結語

為減少噴漆廢氣污染物排放,可以采取以下方式:

①選用環保涂料,如水性涂料、高固體分涂料、粉末涂料、無溶劑涂料和輻射固化涂料等。

②采用自動化程度高的工藝和設備。

③大風量、低濃度噴漆廢氣采用過濾法處理漆霧、粉塵,吸附-催化燃燒法凈化有機廢氣是成熟、高效的治理工藝。


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