隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，應(yīng)用噴漆工藝的化工、汽車、機(jī)械、電子產(chǎn)品、船舶等行業(yè)也隨之不斷壯大。噴涂過(guò)程中排放的有機(jī)廢氣對(duì)周圍環(huán)境甚至人類健康帶來(lái)危害，噴漆廢氣主要以三苯為主，有些還兼具酯類、醚類、酮類等組分。這些揮發(fā)性有機(jī)物輕則使人頭痛惡心，重則抽搐昏迷，傷害人體免疫系統(tǒng)。為有效解決這些問題，國(guó)家及部分省市已頒布一系列法律法規(guī)和大氣環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)限制和治理廢氣產(chǎn)生的危害。
一、慨述
催化燃燒是典型的氣—固相催化反應(yīng)，它在催化劑的作用下降低反應(yīng)的活化能，使其在較低的起燃溫度250～350℃下進(jìn)行無(wú)焰燃燒，在固體催化劑表面有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化，同時(shí)產(chǎn)生CO2 和H2O，并放出大量的熱量，因其氧化反應(yīng)溫度低，所以大大地抑制了空氣中的N2形成高溫NOx。而且由于催化劑有選擇性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物的氧化過(guò)程，使其多數(shù)形成分子氮。
二、催化噴漆廢氣的成分及危害
在噴漆涂裝過(guò)程中高壓空氣噴射的油漆絕大部分停留在工件上，其他未到達(dá)噴涂表面的噴霧微粒與溶解噴漆微粒的水珠懸浮在空氣中，以及噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物形成噴漆廢氣污染環(huán)境。由于不同油漆涂料所用溶劑不同，因而在噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣組分也不同。以汽車噴涂為例檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，不同油漆以及采用不同工藝生產(chǎn)的涂料其VOCs 成分及比例也大不相同。[1]某規(guī)模較大汽車涂料企業(yè)中發(fā)現(xiàn)VOCs 主要成分為乙酸仲丁酯、甲基異丁酮、甲苯、乙酸丁酯、乙苯和二甲苯，且二甲苯和乙酸丁酯所占比例接近50%。某工業(yè)園有關(guān)涂料的眾多企業(yè)時(shí)檢測(cè)出苯、甲苯、二甲苯和正乙烷為VOCs主要成分。研究涂裝排放VOCs 特征譜后得出其主要VOCs 依次為乙酸乙酯、乙苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和乙酸丁酯等。噴漆廢氣對(duì)人類危害不容忽視，散發(fā)在空氣中的漆霧經(jīng)呼吸道吸入后會(huì)引發(fā)急慢性中毒，損害人體的神經(jīng)和造血系統(tǒng)。吸入高濃度的苯、甲苯、乙酸乙酯等廢氣短時(shí)間內(nèi)會(huì)抑制人的記憶力、注意力和感覺運(yùn)動(dòng)速度，長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)對(duì)肝臟造成毒性反應(yīng)，甚至對(duì)中樞神經(jīng)造成破壞。
三、噴漆廢氣處理技術(shù)
噴涂廢氣不僅含有揮發(fā)性有機(jī)物，還包含噴涂過(guò)程中懸浮在空氣中的漆霧，漆霧會(huì)影響后續(xù)有機(jī)廢氣處理，所以噴漆廢氣凈化前需要去除其中的漆霧，以便對(duì)其中揮發(fā)性有機(jī)物凈化治理。
1、濕式凈化法。濕式凈化法是依據(jù)相似相溶原理，通過(guò)溶劑吸收噴漆廢氣中的漆霧，常用的處理法。
（1）水簾式凈化法。水簾式凈化法是經(jīng)過(guò)水泵循環(huán)噴淋產(chǎn)生流動(dòng)的簾狀水層，水幕捕集飛散的漆霧，一般大型水簾式噴漆室將水簾斜坡放置在室底，通過(guò)專用循環(huán)水泵調(diào)節(jié)水簾形狀，當(dāng)噴漆氣流通過(guò)水簾時(shí)，漆霧被附著留下。工業(yè)上常見的水簾式噴漆室設(shè)備主要由噴漆室室體、漆霧凈化器、水氣分離器、水過(guò)濾器、水循環(huán)管、照明裝置、風(fēng)機(jī)、水泵及電器控制系統(tǒng)等部分組成。水簾式凈化法可有效降低噴漆廢氣中漆霧的排放量，操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但水幕凈化產(chǎn)生含有漆霧的廢水，需廢水處理防止二次污染；對(duì)于大型水簾噴漆室，大面積水簾會(huì)增大室內(nèi)空氣濕度，影響工人工作環(huán)境和涂層質(zhì)量。
（2）無(wú)泵水幕式凈化法。無(wú)泵水幕式凈化法是利用空氣誘導(dǎo)提水形成水幕，當(dāng)噴漆廢氣與水幕碰撞后，水幕截留霧狀微粒及其攜帶油漆的水珠；然后廢氣穿過(guò)水簾進(jìn)入氣水?dāng)嚢柰ǖ?，在通道中與水混合；進(jìn)入集氣箱后由于氣速降低發(fā)生氣液分離，凈化后的氣體排放到大氣中，被分離的水在集氣箱中匯集流向溢水槽，再通過(guò)泛水板形成水幕，循環(huán)重復(fù)凈化噴漆廢氣，相對(duì)于水簾式凈化法，無(wú)泵式凈化法去除了水泵設(shè)備，優(yōu)化了凈化流程，節(jié)約成本和占地面積，同時(shí)克服了漆霧黏附管道內(nèi)壁導(dǎo)致水泵阻塞的現(xiàn)象。
2、干式凈化法。干式凈化法是將噴漆廢氣進(jìn)入過(guò)濾器，利用濾層阻留噴漆廢氣中的漆霧和顆粒物，常用玻璃纖維棉、爐渣等作為濾料。過(guò)濾法可以去除大部分漆霧，并對(duì)其中的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行少量吸附。該方法無(wú)二次污染，不產(chǎn)生廢水；缺點(diǎn)是過(guò)濾不夠徹底，對(duì)設(shè)備污染嚴(yán)重，易堵塞。從表5 可以看出，相對(duì)于濕式凈化法，干式凈化法在性能上不夠穩(wěn)定，但由于美國(guó)等已將濕式凈化排放的含涂料廢水視為危險(xiǎn)廢棄物，企業(yè)開始放棄濕式凈化法，轉(zhuǎn)而使用沒有廢水排出的干式凈化法。
三、有機(jī)廢氣的凈化處理
經(jīng)去除漆霧處理后的噴涂廢氣主要含有揮發(fā)性有機(jī)物，其處理技術(shù)包括傳統(tǒng)凈化技術(shù)、新型凈化技術(shù)和復(fù)合型凈化技術(shù)。燃燒法是將噴漆廢氣中的有機(jī)物燃燒氧化，轉(zhuǎn)換成CO2 和H2O 無(wú)害物質(zhì)達(dá)到廢氣凈化目的。燃燒法可分為直接燃燒法、熱力燃燒法、催化燃燒法、蓄熱燃燒法等類型。
1、直接燃燒法。高濃度可燃有機(jī)廢氣宜采用直接燃燒法。直接燃燒法需要足夠高溫度，并保證燃燒空間內(nèi)擁有足夠氧氣。若氧氣量不足則燃燒不完全；若氧氣量過(guò)多，會(huì)使可燃物濃度不在著火界限范圍內(nèi)導(dǎo)致不完全燃燒。為防止氣體爆炸，一般在鍋爐或敞開的燃燒器中燃燒廢氣，燃燒溫度大于1100℃；但當(dāng)燃燒不完全時(shí)，會(huì)導(dǎo)致一些污染物和煙塵排放到大氣中，同時(shí)燃燒的熱能無(wú)法回收，造成燃料能量損失。
2、熱力燃燒法。低濃度可燃有機(jī)廢氣可采用熱力燃燒法處理。濃度低可燃性物質(zhì)導(dǎo)致在燃燒過(guò)程中不足以釋放支持整個(gè)燃燒過(guò)程所需的能量，因此需加輔助燃料作為助燃?xì)怏w，通過(guò)燃燒助燃?xì)怏w提高熱量，使廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度并充分燃燒，熱力燃燒法溫度一般在500～900℃范圍內(nèi)，低于直接燃燒法溫度。
3、催化燃燒法。催化燃燒法被視為處理VOCs 的一種高效技術(shù)，在催化劑作用下VOCs 可在較低溫度下（通常為200～400℃）氧化生成無(wú)污染的CO2 和H2O。催化燃燒法無(wú)二次污染，工藝操作簡(jiǎn)單，安全性高，起燃溫度低；但催化劑性能優(yōu)劣決定VOCs 凈化效果，因此，高性能催化劑選擇和研究開發(fā)是高效新型催化燃燒法，處理高濃度、小風(fēng)量有機(jī)廢氣可采用催化燃燒法，但噴漆廢氣風(fēng)量大、VOCs 濃度一般低于300mg/m3，不太適合處理噴漆廢氣。
4、蓄熱燃燒法。當(dāng)有機(jī)廢氣濃度不高時(shí)，常規(guī)的熱力燃燒和催化燃燒不足以維持自燃，需要額外補(bǔ)充大量熱能，因此宜采用蓄熱燃燒。目前應(yīng)用的蓄熱燃燒器分兩種：蓄熱式熱力燃燒反應(yīng)器（RTO）和蓄熱式催化燃燒反應(yīng)器（RCO）。對(duì)于RTO 裝置，一般由蓄熱式換熱器、熱力燃燒室和切換閥門組成，常見的基本形式有二室、三室和多室RTO。二室RTO在進(jìn)行閥門切換過(guò)程中會(huì)發(fā)生管道殘留有機(jī)廢氣同凈化后的廢氣一同排放問題，導(dǎo)致在凈化周期內(nèi)有一半以上時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，凈化效率低于80%；三室RTO 在二室RTO 的基礎(chǔ)上增加了沖洗室，解決了廢氣未處理就排出問題，但閥門過(guò)多很難實(shí)現(xiàn)同步切換，使未處理廢氣同凈化氣體混合，無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放；對(duì)于多室RTO 亦是如此。RCO 裝置一般由蓄熱催化爐和旋轉(zhuǎn)換向閥組成，蓄熱催化爐內(nèi)分隔成多個(gè)蓄熱催化室，有機(jī)廢氣通過(guò)旋轉(zhuǎn)換向閥的進(jìn)氣口進(jìn)入蓄熱催化室中加熱，待氣體溫度達(dá)到200～500℃后通過(guò)另一個(gè)蓄熱催化室，在催化劑作用下得到凈化并釋放熱量，凈化后的高溫氣體被蓄熱體吸收能量并降低溫度，最后通過(guò)旋轉(zhuǎn)換向閥的排氣口排出，蓄熱燃燒技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于凈化效率高、無(wú)二次污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量回收，節(jié)約燃料，具有良好應(yīng)用前景。
選擇合適工藝治理噴漆廢氣污染很有必要，干式凈化漆霧過(guò)濾效率較低，應(yīng)用范圍較窄；濕式凈化前期設(shè)備投資較高，但性能穩(wěn)定、凈化效率高、運(yùn)行成本較低，大部分企業(yè)選用該方法。 隨著科技不斷進(jìn)步和實(shí)驗(yàn)研究的不斷深入，噴漆廢氣治理由單一凈化工藝向多種工藝結(jié)合的方向發(fā)展，在發(fā)揮不同工藝優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也規(guī)避單一工藝的不足，最大程度提高噴漆廢氣的處理效率。
