涂料行業有機廢氣治理技術研究

陶美

（中藍連海設計研究院有限公司，江蘇連云港 222000）

0.引言

縱觀現階段涂料行業發展，零排放、零污染已然成為涂料企業的發展核心目標。作為我國重點發展行業之一，控制涂料行業有機廢氣的排放愈發受到人們的重視。而要想維持涂料行業的穩定、長久發展，需在嚴格遵循新的排放標準的前提下，充分利用先進技術來強化有機廢氣處理，通過綠色生產來助力我國環境友好型社會建設。因此，探討相關治理技術在涂料行業有機廢氣處理中的應用，對助力涂料行業的綠色化、健康化發展有著重要影響。

1.涂料行業有機廢氣污染情況

現階段我國涂料行業溶劑型涂料產量在總產量中占比超過52%，而因有機溶劑的大量應用，使得涂料行業有機廢氣排放呈現出逐年提升的態勢，并成為大氣VOCs的主要污染源之一[1]。相關研究表明，2020年我國涂料產量超過1300萬t，經計算得知有機溶劑使用量超過700萬t，相關調查統計顯示，我國VOCs排放中涂料行業排放量占比超過13%，由此可見涂料行業有機廢氣排放亟需得到有效控制。涂料行業有機廢氣中有害物質組分包括二甲苯、丁醇、甲苯、乙酸丁酯等，且涂料生產期間研磨、混合等工序成為細微粉塵的主要產生途徑，經監測得知有機廢氣中粉塵濃度為200mg/m3～680mg/m3，VOCs濃度處于100mg/m3～600mg/m3范圍內，流量則處于5000m3/h～10000m3/h，整體特點表現為濃度低、分量大[2]。

2.涂料行業有機廢氣治理技術現狀

2.1 直接焚燒法

當前有機廢氣處理中直接焚燒法的應用較為常見，主要是通過高溫環境來直接處理廢氣，經高溫焚燒后將有機廢氣轉化為水與二氧化碳，在一定程度上降低有機廢氣排放對大氣環境造成的危害和影響。相較于其他處理技術，直接焚燒法在成本控制、操作便捷性等方面存在顯著優勢，可在短時間內進行有機廢氣的靈活、簡單處理。而該方法應用的劣勢則是氮氧化物在長時間高溫條件下大量產生，極易在廢氣排放后對大氣環境造成二次污染。同時，直接焚燒工藝應用效果受到有機廢氣濃度的影響，若有機廢氣處于較低濃度狀態，極易因燃燒不充分而影響到廢氣治理效果[3]。

2.2 催化燃燒法

該方法主要是將催化劑合理添加至廢氣反應體系中，廢氣在催化劑的作用下逐漸生成水與二氧化碳。通過使用催化劑可促進有機廢氣的充分燃燒，并在反應過程中抑制副產物生成[4]。該方法應用優勢體現為二次污染抑制、燃燒溫度要求低等。但在使用期間催化劑極易產生不穩定現象，甚至會在磷、硫、硒的作用下導致催化劑性活性破壞，不僅導致有機廢氣處理成本增大，同時因催化劑活性喪失而影響到最終處理效果。

2.3 吸附法

有機廢氣治理中吸附法的應用同樣較為常見，該工藝原理主要是利用微孔結構吸附劑對有機廢氣進行吸附處理，通過將有機物吸附于吸附劑表面來達到有機物分離的目的，以此降低有機廢氣對大氣環境造成的污染與影響（見圖1）。目前，涂料企業廢氣處理過程中吸附劑以活性炭為主，因其具備孔隙多、表面積大等特點，可實現對有機廢氣中有機物的有效吸附，利用吸附劑控制有機物微粒數量來實現廢氣有效治理。另外，沸石分子篩的應用同樣可取得較為顯著的效果，微孔結構存在均勻性的特點，在有機廢氣吸附處理中可取得較為顯著的成效，再加上該吸附劑存在操作便捷、能耗低等優勢，可在涂料企業廢氣處理中進行全面推進應用[5]。

圖1 有機廢氣吸附處理工藝

3.涂料行業有機廢氣治理新技術

3.1 沸石轉輪+焚燒

現階段廢氣治理領域中沸石轉輪技術的應用愈發受到企業重視，該技術應用原理是對有機廢氣利用吸附-脫吸工藝進行濃縮，并利用焚燒技術使高濃度有機廢氣進行充分燃燒，實現對涂料企業有機廢氣的有效處理。相較于其他技術，該技術應用優勢體現為焚燒可輔助脫吸、無需外加燃料等，能夠以集成化的方式，使用一個轉輪設備來完成對有機廢氣的吸附與脫吸。以往有機廢氣吸附以活性炭材料為主，在高溫處理階段存在活性炭自燃的隱患，而沸石轉輪技術應用，則以專用吸附劑為主，可保證高溫處理過程的穩定進行[6]。同時，若企業有機廢氣處理存在空間限制，則可以一個底座為載體進行吸附、脫吸、焚燒等裝置的一同安設，可在提升設備維護效率的同時，提升廢氣處理效率。但該模式應用同樣存在問題，包括無法做到對轉輪涉及區域的明確界定，增大出現串氣問題的出現概率；廢氣處理期間吸附劑材料選擇沸石，可能存在利用率較低的情況，且尾氣排放易超出標準要求；系統整體效能極易受到轉輪密封性下降的影響。若涂料企業生產規模相對較大，則需為有機廢氣處理預留較大的空間場地。需注意，該工藝使用時存在輸入口沸石飽和、輸出口沸石未飽和現象，需第一時間對脫吸操作停止，以避免因尾氣排放超標而影響到整體處理效果。

3.2 沸石濃縮+焚燒

涂料企業有機廢氣處理中沸石濃縮+焚燒工藝采用流動床技術，可在處理期間將填料吸附度控制在百分之百，并通過有效吸附來達到處理目標。在具體操作期間，可以靜止狀態進行流動床維持，無需借助額外密封技術進行流動床處理。而沸石作為吸附介質需在處理期間保持時刻流動的狀態，通過相互摩擦來達到表面粉塵顆粒去除的目的，且該工藝使用無需經過過濾處理即可實現對有機廢氣的治理[7]。通常情況下，需將流動床的高度控制在1.2m左右，并結合有機廢氣處理要求、企業規模等方面的分析來確定流動床規模，并結合實際處理情況來選擇合適的流動床形狀。若涂料期間生產規模較大，且涉及對大流量有機廢氣的處理，則盡可能使用面積較大的流動床，在保持窗體恒定的前提下，通過對吸附介質的均勻分布來達到充分吸附的目的。

3.3 低溫等離子處理技術

該技術應用需要以外加電場為前提，促使有機廢氣中污染物分子與放電形成的高能粒子進行等離子物理化學反應，最終實現將有機污染物分解成無毒害物質。目前低溫等離子處理技術的應用，具體包括電子束照射法、電暈法、沿面放電法、介質阻擋法等。相較于其他處理技術應用，該工藝存在對反應條件依賴性小、分解效果顯著等優勢[8]。相關學者在研究中對有機污染物甲苯利用自制脈沖電暈反應器進行處理，并對脈沖頻率、氣體入口質量濃度、流量等參數的統計，實驗結果表明脈沖頻率的高低與凈化效果之間存在直接關聯，即脈沖頻率的增高會提升凈化處理效果，且凈化效果隨著進口質量濃度、氣體流量的增大而持續下降。對有機廢氣中甲苯利用離子反應器進行處理，在保證工藝條件處于最佳狀態的前提下，可將其去除率控制在96%以上。以介質阻擋放電為前提，對有機廢氣中甲苯利用不同填料進行去除，在填料混合的作用下，可將甲苯的去除率控制在97%以上。利用脈沖電暈法進行有機廢氣治理，以常壓條件為前提，可將甲苯物質的去除率控制在99%以上。

3.4 光催化處理技術

該處理工藝應用主要是利用光催化活性，VOCs在光催化的作用下產生氧化還原反應，最終生成水、二氧化碳等物質來達到廢氣處理的目的。在紫外線的充分照射下，有機廢氣中的多氯聯苯在催化作用下出現脫氮反應，并依托于半導體材料的應用來達到苯、甲醛分解的目的。目前該技術在發達國家廢氣治理中的應用較為常見，而國內受限于研究時間尚短的影響，使得該技術的應用仍尚存一定水平差距。當前，涂料行業對光催化氧化技術的應用仍處于研究階段，但涂料企業可結合自身性質條件、處理要求的分析，進行光催化氧化技術的應用與嘗試。相較于其他技術應用，該技術優勢體現為效果顯著、不存在二次污染等。

3.5 生物降解處理技術

有機廢氣處理中生物降解技術應用主要是利用微生物代謝活動對VOCs氣體進行降解，處理工藝涉及生物過濾池、生物滴濾塔、生物洗滌器、膜生物反應器等。該技術興起于20世紀70年代，并先后在荷蘭、德國等國家得到廣泛應用，相比之下我國對該技術的研究時間相對較短。相關學者發現在玻璃生物膜填料塔中使用不同填料，所取得凈化效果存在一定差異，如填料采用煤渣、塑料環、瓷環、海藻石、不銹鋼換、輕質陶塊等，其中海藻石的凈化性能最為顯著，以10d為處理期限，采用海藻石可將甲苯的凈化效率控制在99%以上，不僅可保證凈化效率符合要求，還可有效縮減有機廢氣的處理周期。吳獻花等人在研究中將200mg/m3～1000mg/m3的苯乙烯廢氣注入到生物滴濾塔中，當氣體流量控制在0.2/h～0.25l/h時，其凈化效率處于90%～99%[9]。依托于動力學模型的構建，進行實驗值與計算值的相關性模擬，最終確定系數處于0.96～0.99。此外，相關學者在真菌生物過濾池中進行高濃度甲苯廢氣的注入，結合對營養物質的添加，最終取得的去除容量與效率較為顯著，其中去除容量可控制在75m3/h～95m3/h。相較于其他治理技術應用，生物降解技術存在操作要求低、成本低、能耗低、常壓進行等優勢，在涂料有機廢氣治理領域中有著較為廣闊的發展前景。但需注意，生物降解技術應用所需周期相對較長，且無法保證廢氣中生物毒性物質的處理效果能夠達到預期要求。

3.6 超重力處理技術

該技術應用主要是在廢氣處理期間進行填料轉子的高速旋轉，形成的離心力可在廢氣處理時形成超重力環境，通過強化汽液傳質過程，實現利用填料轉子進行液體的切割，最終以液滴、液絲、液膜的形式得到有效處理。相較于傳統塔設備的應用，該技術傳質效率高出1～2數量級，且處理期間僅需更低的操作和運行成本即可實現有效處理。相關學者對有機廢氣利用旋轉填料床進行治理，在超重力場的作用下氣體中EA、IPA在吸收過程中HTU值分別提升0.01m～0.02m、0.03m～0.06m，并且隨著轉速的不斷升高，HTU值呈現出持續增大的態勢。同時，相關VOCs廢氣處理研究中，以IPA作為處理模型，利用超重力旋轉填料床的去除率可控制在95%左右，而其HTU系數為81s-1～165s-1，氣體流量則控制在150m3/h～300m3/h。

3.7 膜分離技術

膜分離技術在有機廢氣處理中的應用，主要是以特定壓力條件為前提，在VOCs廢氣反應體系中使用選擇性滲透的高分子膜，在滲透作用下實現毒害分子的分離。在實際處理過程中，膜分離系統會讓廢氣進行選擇性通過，并對未滲透的氣體物質進行富集，通過分離處理來保證廢氣排放達到標準要求。相較于其他方法應用，膜分離技術的回收率可控制在97%左右，能夠對廢氣中甲苯、甲醇、丙酮、乙腈等進行有效回收，目前在食品加工、制藥、涂料、石油化工等行業得到廣泛應用。

4.結語

有機廢氣的治理直接影響到涂料行業的綠色發展進程，為避免因廢氣大量排放對大氣環境造成影響，涂料企業需參照排放標準，結合自身生產規劃、治理要求、資金條件等方面的實際，選擇合適的治理技術來加強有機廢氣處理，以此為涂料產品的綠色化生產提供保障。