淺談噴漆有機廢氣的治理方法

高 雷

（安徽一二三環保科技有限公司，安徽 宣城 242000）

近年來，國務院及各級生態環境主管部門不斷出臺、更新關于環保的法律法規、排放標準和相關技術規范，也在不斷完善管理制度，以及不斷提升監管設施的精度與效果，從而使生態環境保護的監督管理措施更加嚴格和細化。而在這些工作當中，加強末端治理和進行污染源控制是有效提升環境治理效果、促進環境保護的重要方式。

1 噴漆有機廢氣概述

在噴漆過程中，使用的高粘度涂料主要包括稀釋劑、固化劑以及基礎涂料，所以會產生能揮發的有機化合物，比較常見的有二甲苯、丁醇、甲苯、溶劑以及乙酸丁酯等，以上這些物質都可以統稱為揮發性有機物。而在對有機廢氣進行處理前，專業人員需先采集有機廢氣樣本，再通過系統地研究和檢測有機廢氣的含量和成分，并以此為依據，來開展科學、有針對性的處理措施，以此達到消減廢氣中有害物質的含量以及減少環境污染的目的。目前，在揮發性有機廢氣的處理方法中，比較常用的是吸附、燃燒、等離子體、萃取等治理方法。但在實際應用中，各企業應從投資成本、使用壽命、清潔效率等方面來選擇相應的處理方式，并以此對噴漆廢氣的污染進行科學、適當處置。

2 噴漆有機廢氣的危害

在噴漆時過程中產生的有機廢氣，由于其主要包含苯、甲苯、二甲苯等成分，所以，與二氧化硫等常見的無機廢氣相比，這些有機廢氣的毒性更強，對人體健康的危害更嚴重，甚至可能致癌；且這些有機廢氣更容易在大氣中通過復雜的化學反應而形成光化學污染的前體物；還有可能會通過降水等形式對土壤和地下水環境造成嚴重破壞[1]。在某些情況下，當噴漆噴涂產生的有機廢氣擴散時，部分漆霧會隨著有機溶劑懸浮在空氣中，而當這些物質的濃度達到相應的臨界點時，如果噴漆工段的操作人員把這些物質吸入體內，將會對人體的健康，特別是造血系統、中樞神經系統和心臟，產生非常不利的影響。而這些影響不僅會對人體功能造成嚴重損害，還會使人們因免疫系統能力下降而導致頭暈、眼花、辨別能力下降、嗅覺失常等各種不適，更有可能引發癌癥、白血病、心腦血管疾病等各類惡性疾病。因此，在氣溶膠涂料的排放控制過程中，相關技術人員和操作人員必須按照國家標準進行廢氣處理，并采取有效的預防措施。

3 噴霧凈化

在對噴漆過程中產生的有機廢氣進行處理和凈化時，需先對噴漆過程中產生的固體顆粒進行有效去除、處理和吸附。在實際處理過程中，有效減少有機廢氣中的固體污染物含量，一方面是避免這些黏性顆粒物對后續處理工段造成堵塞，影響處理效率，另一方面是使廢氣成分更為單一，好為有機廢氣的后續處理提供有利條件。

3.1 噴霧濕式凈化技術方案

一般來說，噴漆漆霧的濕式凈化方案主要包括水簾凈化法、無泵凈化法和水璇凈化法。在實際應用中，這三種凈化方式是噴漆凈化的主要技術方案。①水簾凈化法是利用水簾過濾器篩除水中的清漆和霧氣，以減少室內的清漆和霧氣。其中，一部分清漆霧進入清漆霧室，與水簾相連，再通過濾水簾進入水箱，水泵和溢流連接機構形成水簾。②無泵凈化法主要是指在遇到水簾時，沒有泵送至噴漆室的噴漆廢氣，通過水簾和水管的驅動將水和氣體從儲層箱中分離出來。③水璇凈化法是通過噴霧捕集器進行處理，該捕集器用于噴漆室的進出，通過水，進入空氣平衡室。漆霧顆粒被水捕集，凈化后的廢氣會通過排氣系統排入后續處理工段。而含噴漆顆粒的水經過凝結、過濾和凈化也可以實現重復使用。通過使用發現，水璇凈化法的凈化效果優于前兩種工藝凈化系統，其漆霧凈化率可達98%以上，說明了這個凈化系統效率很高。

3.2 噴霧干式凈化技術方案

在噴涂處理過程中，上述濕法凈化技術可以起到一定的凈化作用，可顯著減少噴漆顆粒排放到大氣中[2]。但濕噴凈化技術必須使用水，在這種情況下，一方面會使處理系統變得復雜而臃腫，另一方面也可能會增加水污染物導致進一步污染的危險性。因此，目前一般會采用過濾凈化法等干式凈化技術方案。在實施此類干式過濾凈化技術時，噴漆廢氣被負壓吸入干式過濾箱中，再通過合理的風道安排，盡量讓廢氣與更大表面積的吸附介質進行接觸，同時通過使用不同層級的吸附介質來對噴漆廢氣中不同粒徑的懸浮物顆粒進行有效捕集，從而實現過濾漆霧的目的。與濕式洗滌技術系統進行對比，干式凈化技術方案對噴霧室或噴漆房的結構要求相對較低，能耗也比較小。此外，該凈化技術方案使用的吸附介質、填料相對便宜，其運行成本投入少，但凈化效率高，所以，可進行大范圍的推廣應用。

4 噴漆有機廢氣的治理方法

4.1 吸附法

吸附法主要是使用吸附劑等比較有吸附能力的材料對廢氣進行吸附處理。在實際應用中，經常使用的吸附劑主要是活性炭和沸石，且兩者都是多孔的。相比活性炭而言，沸石具備優點更多，如無損耗、不易燃、安全性高以及穩定性強等，因此，越來越多的大中型企業，如汽車制造商，在選擇吸收性材料時普遍傾向于使用沸石。但對比活性炭，沸石的價格往往是活性炭的數倍，因此，家具行業和電動自行車制造企業等中小型企業，通常只使用以活性炭為主材的吸附介質。而常見的以活性炭為主材的吸附介質主要包括活化碳纖維和蜂窩狀活性炭。此外，為了進一步降低吸附材料的更換成本，并減少更換過程中產生的固體廢棄物和危險廢物的數量，一些企業往往會將活性炭、沸石等吸附材料與相關再生裝置聯用，從而達到重復利用吸附介質的效果。目前，常見的再生裝置主要為熱風再生方案，即吸附介質在常溫或接近常溫的條件下吸附污染物，而在需要重新使用前再通過熱空氣讓吸附介質進行脫附，使之重新活化并再次具備吸附能力。

4.2 冷凝法

通常，冷凝法主要是運用降低系統的溫度或者增加系統的壓力，先把蒸汽中的有機污染物冷凝成液體，然后再將其與噴漆廢氣進行有效分離。冷凝法可分為直接冷凝以及吸附濃縮后進行冷凝的兩種方式[3]。在實際應用中，冷凝法的投資成本相對較高，能耗也非常大，因此，一般規模較小的企業通常不使用該方法處理噴漆廢氣中的有機氣體。但對于大型企業，如汽車制造企業、集裝箱生產企業等，由于產量較大，且冷凝的有機溶劑可以重復使用，所以，采用冷凝有機廢氣處理技術的優勢會更為明顯。應用該技術進行廢氣處理時，其凈化效率可達95%以上，而且，回收的有機溶劑可直接再次利用，還不會改變原有的組分，真正達到了資源回收、重復利用的目的。

4.3 吸收法

吸收法主要是化學吸收方法，是通過廢氣中的污染物與吸收劑中的活性成分發生化學反應后，將廢氣中的有機物變為液態或固態的化合物，且固定于吸收介質中。目前，常見的化學吸收介質有固態和液態兩種，固態即為在廢氣風道中設置多重濾網，并在濾網上采用噴涂或其他方式固定活性化學成分，使之與空氣中的揮發性有機物接觸并發生反應，進而捕集固化的方式。而液態吸收介質則是讓噴漆廢氣通過溶解有活性化學成分的水或其他溶劑，在其發生反應后使揮發性有機物滯留于液體中的方式。但在實際應用中，吸收法存在較大局限，如：一是必須明確廢氣中的有機化合物種類，才能選擇針對性的化學吸收組分（活性化學成分）；二是此類方法對于處理復合組分的有機廢氣效果一般；三是需要經常更換化學吸收介質，但這樣會造成廢吸收網、廢吸收液等額外污染物的產生。因此，這種方法還沒有得到廣泛應用。

4.4 燃燒法

4.4.1 直接燃燒法

該方法主要是針對燃料濃度相對較高的有機廢氣，但應用直接燃燒法需要廢氣中的可燃有機物濃度足夠高，并具備相應的燃燒空間，以及有相對充足的氧氣。在實際應用該方法時，如果存在氧氣不足的情況，會很難進行完全燃燒，如果空間不足，也容易造成燃燒不完全的情況。因此，只有當燃燒溫度達到1 100 ℃或以上，絕大部分種類的有機物才會被徹底氧化為二氧化碳和水等，從而達到凈化效果。但若沒有進行完全燃燒，如存在廢氣停留時間不足、燃燒溫度不夠等情況時，噴漆廢氣中的揮發性有機物很有可能會沒有被徹底氧化，造成處理效果不佳，導致其直接進入大氣層，從而會污染環境。

4.4.2 熱燃燒法

低濃度有機可燃氣體可通過熱燃燒處理，即當廢氣中揮發性有機物等的可燃物濃度較低時，可通過額外補充天然氣等燃料，以此支持整個燃燒過程中所需的能源，并補足因廢氣濃度較低而缺失的完全氧化的能量。一般情況下，熱燃燒溫度通常在500～900 ℃之間，會低于直接燃燒溫度。

4.4.3 催化燃燒法

催化燃燒主要是利用催化劑大幅降低反應活化能的原理，使被加熱的有機廢氣通過催化劑載體（通常為多孔陶瓷載體），在其與催化劑表面接觸過程中，與空氣中的氧氣發生氧化反應，變為二氧化碳、水等物質的方法。在實際應用中，由于催化劑大幅降低了反應活化能，使揮發性有機物能夠在低溫（通常為200～400 ℃）環境下被氧化。因加熱溫度不高，通常可使用電加熱的方式進行升溫。催化燃燒法不會產生二次污染，操作起來也非常簡單，且由于點火的溫度較低，所以具有很強的安全性，但催化劑的性質會對凈化效率有直接的影響。一般來說，會選擇鉑（Pt）、鈀（Pd）和銠（Rh）等貴金屬為主要成分的催化劑。需要注意的是，該方法和熱燃燒法相同，需要額外補充熱量，所以，催化燃燒法更適合于對高濃度廢氣進行處理。這是因為在高濃度廢氣環境中，催化氧化反應自身放出的熱量可以支撐后續反應的有效進行，從而減少了補充熱量的所需成本。大部分情況下，若有機廢氣濃度不足300 mg/m3的情況，不會選擇此方法。

4.4.4 蓄熱燃燒法

如果有機廢氣的濃度相對較低，可采用蓄熱式燃燒方式。即在傳統的熱燃燒以及催化燃燒下，當熱量不足以維持自燃時，就會需要添加相當數量的熱能。目前，蓄熱式燃燒器主要有兩種方式：熱釋堆（也被稱為蓄熱式熱力燃燒器，RTO）以及催化燃燒堆（也被稱為蓄熱式催化燃燒器，RCO）。在RTO或RCO中，主要包含再生換熱器、燃燒室以及截止閥，這些都是通過燃燒-換熱-排放的方式，再結合燃燒器內裝載的蓄熱陶瓷與保溫材料，以此減少廢氣排放過程和設備本身爐體散熱所帶走的熱量，進而減少能源消耗。

4.5 生物凈化法

有機廢物生物凈化技術是近年來發展起來的一種凈化低濃度有機廢氣的新技術，并受到了國內外的高度重視。該方法經過多年的研究和應用，已逐漸變成一種新的清潔低濃度廢氣的比較經濟的方法。生物有機凈化法在本質上與化學吸收法類似，是通過特殊微生物本身的代謝能力，將揮發性有機物進行吸收、分解和氧化。其特點是適用于處理大氣量、低濃度的VOCs。由于不需要更換吸收介質，僅需要維持特殊微生物的生物活性，維持其分解代謝過程，即可實現廢氣的長期有效處理。該技術在有機化工廠、噴漆、污泥處理、食品處理、生活垃圾處理廠等排放低濃度有機氣體的凈化處理中，應用效果非常好，其凈化以及去除的效率非常高[4]。該技術工藝的設備結構較為簡單，管理也極為便捷，且對能源的消耗較低，經濟效益較高。在實際應用過程中，用于生物廢氣處理的工業設備能夠對噴漆廢氣中的甲苯進行快速凈化，如此類廢氣中的原始甲苯濃度可達到100～1 000 mg/m3，而當其通過有機廢氣生物凈化處理器處理后，廢氣中的甲苯濃度可降至60 mg/m3，因此，工作效率穩定，可長期穩定運行，符合排放標準。

4.6 光催化氧化法

光催化氧化法主要是通過使用紫外線發射的光催化劑對有機廢氣進行分解。現階段，在國內比較常用的光催媒是氧化鈦、氧化鋅以及氧化錫。其中，納米二氧化鈦由于具備價格非常低、可用性較強、催化活性相對較高的特點，其應用范圍是最廣的。該方法具有能耗低、設備結構簡單的優點，尤其是對一些低濃度廢氣的處理非常有效。在應用該方法時，首先將廢氣透過過濾裝置過濾，將廢氣中的懸浮粒子進行有效去除；其次，處理過的廢氣在光催化氧化室中進行氧化，在紫外光的環境中，揮發性有機物會在納米材料的作用下發生非常強烈的反應，同時，納米活性材料被紫外光照射時也會產生空穴和電子，促進氧自由基的產生，以此進一步推動揮發性有機氣體完全氧化分解[5]。在實際處理過程中，采用光催化氧化方式對氣溶膠廢物進行處理，具有效率高、成本低、應用面廣的諸多優點，所以，在噴漆廢氣處理領域有著非常廣泛的應用。但需要注意的是，在使用此方法處理廢氣時，非常容易產生漆霧、顆粒物黏附于紫外燈管和納米材料上的現象，這會導致一方面嚴重降低紫外線的發射能力，降低處理效果；另一方面也會顯著影響系統的散熱能力，從而產生安全隱患。因此，應用該方法時需要將前置過濾處理工序處理完善。

4.7 低溫等離子體法

低溫等離子體凈化一般應用于去除低濃度的有機廢氣，與常規方法相比，該方法具有處理效率更高，反應過程更短，但仍存在一些問題。例如，等離子體還原會產生有害物質二氧化氮、一氧化碳和臭氧，還可能會造成二次污染，因此，只有當這些問題在高壓放電和能耗條件下分階段解決后，才可以更好地去除廢氣。該方法行之有效，符合相關的外部排放標準。

5 結語

通過運用噴漆技術，能有效提升材料表面的性能，避免金屬出現氧化腐蝕，以此提升了材料的使用時間，改善了設備和材料的性能，同時也提升了美觀度。但噴漆過程產生的有機廢氣會對大氣造成損害和污染，也會對人們的身體健康和安全造成危害。因此，有必要加強對處理此類有機廢氣的研究。基于此，本文總結了目前常見的噴漆廢氣的處理方式，但相關企業在實際應用中，應結合自身噴漆廢氣的特點和工業生產的要求，來選擇合適的處理方法和措施對有機廢氣進行有效治理。