汽車行業(yè)涂裝廢氣凈化處理設計探討

朱文康

（廣東凱特凈環(huán)保工程有限公司，廣東 佛山 528000）

引言

我國汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，已經(jīng)逐步成為我國國民經(jīng)濟的一個主要支柱。為適應不斷增加的市場需求，國內(nèi)各大車企都在加緊擴建生產(chǎn)基地，利用這一歷史性的機會，在全國范圍內(nèi)啟動大量的整車生產(chǎn)基地。與此同時，公眾對環(huán)境特別是空氣質量日益重視，霧霾、PM2.5、AQI空氣質量指數(shù)等已經(jīng)成為氣象預測中不可或缺的一部分，每年的空氣優(yōu)良天數(shù)也被作為衡量地方政府績效的一個重要標準。

1 工程概況

該汽車企業(yè)位于廣東省清遠市，從所掌握的信息來看，該項目在運行過程中將會排放大量的油漆煙霧等有害物質。由于其具有較強的毒性，如果未經(jīng)治理，會對工廠內(nèi)部及周圍住戶的生活造成一定危害。鑒于此，根據(jù)相關環(huán)保法規(guī)，該企業(yè)對已建成的尾氣凈化設備進行改造，使其達到排放標準。因此，公司在所提交的汽車行業(yè)相關信息的基礎上，就該項目二期涂裝生產(chǎn)線所排出的油漆霧煙氣的凈化處理方案進行了詳細規(guī)劃，以供用戶制定相關政策。

2 凈化工藝的選擇

2.1 工藝選擇原則

每種技術均有其應用范圍，相關人員應結合實際情況進行歸納和優(yōu)選，并制定相應的技術方案。相關人員要根據(jù)處理規(guī)模、廢氣成分、處理效果、土地條件、工程地質、環(huán)保等因素進行綜合考量，確定合適的廢氣處理技術。

廢氣處理工藝選擇原則為：（1）技術成熟，對廢氣變化適應性強，運行穩(wěn)定；（2）經(jīng)濟節(jié)約，電耗少、造價低、占地少；（3）易于管理，操作方便，設備性能穩(wěn)定；（4）重視環(huán)境，防護臭氣，控制噪聲，環(huán)境協(xié)調(diào)，清潔生產(chǎn)。

2.2 凈化工藝

2.2.1 吸收法凈化氣態(tài)污染物

吸收法是指選擇適當?shù)囊簯B(tài)吸收劑對混合介質進行處理，以達到對一種或多種有毒物質進行凈化的目的。在VOCs治理方面，吸收法由于具有較強的吸附能力，可與大多數(shù)石油類污染物發(fā)生混溶，因此被廣泛采用。

根據(jù)吸附原理，吸附法可劃分為物理吸收法和化學吸收法。VOCs的吸收一般通過物理吸收方式進行，基于有機化合物的類溶性原則，一般使用高沸點和低蒸汽壓的柴油或煤油作為溶劑，將揮發(fā)性VOCs由氣相遷移至液相，再經(jīng)脫附去除，在去除揮發(fā)性VOCs的同時實現(xiàn)溶劑的再生。在吸收劑在水中的情況下，通過蒸餾法可以將其中的有機溶劑分離；若吸收劑為非水性，為了減少操作費用，往往需要對其進行再生。

吸收劑是一種可以在吸收過程中對混合物進行選擇性溶解的液體，主要分為兩大類：一類是物理吸收，另一類是化學吸收。吸收劑與溶劑間沒有發(fā)生任何化學發(fā)應，其溶解度僅依賴于氣液兩相平衡。該吸收劑包括高沸點的碳氫化合物、水、酸（堿）溶液、胺溶液等。

以往使用的各種吸收劑均有其各自的缺點，比如80年代以來，主要使用無極性的石油溶劑（如輕柴油、洗油等）來吸附，80年代初期已開始實用化，吸附率達到90%以上。然而，該類礦物油屬于可燃物質，其成本不斷攀升，后處理工藝繁瑣，容易產(chǎn)生二次環(huán)境污染。

水是最廉價、最易獲得且最安全的液體，是最理想的吸收劑，然而VOCs在水溶液中溶解度較低（如100 g水溶液中，VOCs的溶解度只有0.07 g），因此需添加具有促進其分散、乳化和溶解性的無機添加劑來提高其發(fā)泡特性。為提高揮發(fā)性有機物在水溶液中的溶解性，一般采用強堿弱酸作為添加劑，配合表面活性劑，其也具有較好的助洗效果；此外，還可以通過添加不同的表面活性劑來改善吸附效果，實驗結果表明，選擇合適的表面活性劑對污染物的去除效果優(yōu)于單獨使用吸收劑。

2.2.2 吸附法凈化氣態(tài)污染物

有毒氣體吸附技術是一種以多孔材料為載體的新型高效吸附技術，可有效去除含水分、有機溶劑蒸汽、惡臭及其它有毒有害物質的氣態(tài)污染物。在實際應用中，吸附材料有多種類型，如活性土、活性炭、活性氧化鋁、硅酸等。作為一種廣泛使用的吸附材料，其性能穩(wěn)定，耐腐蝕性強。因其具有良好的憎水性能，可用于對較小的有機溶劑和惡臭物質的吸附。

近年來，我國對醫(yī)藥、化工、食品等行業(yè)進行了大量的凈化和脫臭研究。通過大量的實際應用，證明了該技術對各種有機污染物的高效吸收能力。目前，國內(nèi)外普遍使用的是固定床吸附法，該方法具有結構簡單、使用簡便、吸收劑易受污染等特點，還存在需要定期替換吸附劑等不足。

2.2.3 冷凝法凈化氣態(tài)污染物

冷凝法是基于相同溫度下具有相同蒸汽壓力，且相同材料具有不同飽和蒸汽壓的特性，對兩種氣體進行降溫或增壓，從而實現(xiàn)一種或多種組分的分離，尤其適合對含10 000 ppm以上尾氣的有機溶劑蒸汽進行處理。該法從原理上來說可以實現(xiàn)較高的純度，但如果是有害材料，則需要經(jīng)過兩個步驟的凝結，即先凝結后凍結，成本較高。因此，凝結方法不宜用于對低濃度煙氣進行凈化，通常用于對高濃度煙氣進行吸附、焚燒等預處理，以達到減壓的目的。

2.2.4 低溫等離子體凈化氣態(tài)污染物

與傳統(tǒng)的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)不同，等離子體需要在周圍形成一個巨大的磁場，然后將其擊碎，形成一個由電子、各種離子、原子及自由基組成的混合物，這個混合物中正離子與負離子具有相同的帶電性，因此被稱作等離子體。在極高的電子和極低的溫度下，系統(tǒng)處于極低的溫度，因此被稱作“冷等離子體”[1]。低溫等離子體對有機污染物的處理主要是通過高能電子、自由基等活性顆粒與尾氣中的有機污染物相互作用，快速將其分解，從而實現(xiàn)對有機污染物的高效降解。

利用低溫等離子體技術可以在常壓下去除大氣中的揮發(fā)性有機物，其主要降解產(chǎn)物為CO2、H20、Cl2、Br2等，但對于處理高濃度、大流量的揮發(fā)性有機廢氣效果較不理想。

2.2.5 生物除臭法凈化氣態(tài)污染物

生物脫臭法是利用微生物對尾氣中的有害物質進行捕捉和降解，并將其氧化成無害的CO2、H2O和其他無機物質如硫酸、硝酸等。硫酸和硝酸被硫桿菌和硝酸菌進一步分解，成為無害的材料。當尾氣濃度較低時，可利用循環(huán)泵將培養(yǎng)液循環(huán)至生物填料頂端，并將其噴灑于生物填料表面，為微生物提供養(yǎng)分，促進其生長與增殖。

生物濾池是一種新興的環(huán)境異味治理方法，其嗅味存在短流量或在流道截面上不均布等問題，目前我國對該領域的研究才剛剛起步，相關的研究與應用還很缺乏，相關技術還需要深入探討。

2.2.6 直接焚燒法凈化氣態(tài)污染物

目前，利用直接燃燒技術處理有機氣體具有不依賴于污染物特性和排放特性、處理效率高達99%的優(yōu)點，是目前使用最為普遍的一種處理方式。直燃技術可適應微小流速的擾動，但當流速增大時，會因滯留時間縮短及不均勻而造成燃燒不充分，進而影響污染物的脫除效率，因此不利于大流速條件下的廢氣處理。在排放氣流被稀釋后，為了確保所需的燃燒溫度，可以將其作為燃油來處理。目前采用的方法較多，且工藝較為完善，但存在焚燒爐和預熱器材料高溫氧化和操作成本高等問題。

3 凈化工藝流程

3.1 有機廢氣處理工藝流程

本項目漆霧有機廢氣凈化系統(tǒng)主要包括噴淋吸收塔、干式過濾器、活性炭吸附器、催化燃燒再生裝置、氣流管道、調(diào)節(jié)閥、風機、煙囪和電控系統(tǒng)等。工藝流程見圖1。

圖1 有機廢氣處理工藝流程圖

3.2 有機廢氣工藝流程說明

3.2.1 吸附氣體流程

在吸附過程中，電動閥1和2開啟，而人工閥1被封閉。開啟吸收風扇，將車間排出的有機尾氣通過風道排出；先經(jīng)過洗滌塔，過濾器進行除塵；再凈化廢氣流中的漆霧灰塵，將經(jīng)過過濾的氣體通過風扇送至聚合物篩的吸收層中，將其中的有機物吸收到活性碳上并將其捕獲；將該氣體凈化，然后將其送至煙囪進行排氣。

3.2.2 脫附氣體流程

待活性炭吸附飽和后，該設備可切換到脫附過程，對活性炭進行再生。脫附時首先停止吸附風機，關閉電動閥門1、2，打開手動閥門1，啟動催化床的預熱功率；啟動脫附風機，再自動調(diào)節(jié)電動閥門2、3之間的開度，可使脫附溫度穩(wěn)定在100～120 ℃左右，對活性炭進行脫附；脫附出來的有機物質，送入催化床，在催化劑的作用下被分解成CO2和H2O，同時放出大量的熱，使氣體溫度進一步升高[2]；經(jīng)過催化床的高溫氣體分兩部分，一部分直接排空，另一部分與新鮮的冷空氣混合后進入吸附室，用來脫附活性炭。一般達到脫附～催化燃燒自平衡過程須啟動電加熱器2～3小時左右，達到熱平衡后可關閉電加熱裝置。這樣的再生處理系統(tǒng)利用廢氣中的有機溶劑做燃料，在無須外加能源的基礎上，使再生過程達到自平衡循環(huán)，極大減少了能耗，且無二次污染。

4 相關設備及參數(shù)設計

4.1 系統(tǒng)處理風量的設計

根據(jù)廠方提供的資料，汽車行業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生職業(yè)衛(wèi)生危害因素，主要包括廢氣、廢水、高溫、有機溶劑及噪聲污染等，本項目主要是針對該汽車行業(yè)二期涂裝線作業(yè)過程中產(chǎn)生的漆霧廢氣進行治理。按業(yè)主要求，設計風量為135 000 m3/h，考慮各廢氣點的平面布局及作業(yè)時凈化系統(tǒng)的運營費用等因素，各廢氣凈化系統(tǒng)的處理風量及其分類如表1所示。

表1 系統(tǒng)分類及其設計風量參數(shù)

4.2 設備選型及設計

4.2.1 噴淋塔的設計

本工程中的煙塵、油污、漆霧等雜質采用洗滌法凈化，同時可對氣體降溫。設備采用高效多相洗滌，其原理是含塵氣體與水混合后，產(chǎn)生高速旋轉，液體進入后成流化狀態(tài)，氣液分布均勻，顆粒物與液體接觸、碰撞而被洗滌下來，實現(xiàn)氣體的除塵、除污、降溫。洗滌塔結構由貯液箱、水泵、填料層、噴淋段、進風段、布氣層、支撐層、脫水填料層、出風段和排水系統(tǒng)等組成[3]。

在洗滌塔內(nèi)部安裝的噴淋系統(tǒng)，管道采用SS304不銹鋼制作，支管采用活接（或卡扣式）安裝，以便拆裝清洗。噴淋管道安裝了渦旋噴頭，能夠保證廢氣與循環(huán)液的接觸效果。

4.2.2 吸附器的設計

根據(jù)本項目所處理氣流的性質、濃度及成分特性，吸附器采用固定床設計，吸附劑采用高碘值防水蜂窩狀活性炭。吸附器采用單元化制作，根據(jù)廢氣的處理風量，配置相應數(shù)量的裝填框及吸附器。

根據(jù)活性炭吸附劑的特點及系統(tǒng)的處理風量，本方案中吸附單元統(tǒng)一制作，吸附單元的設計處理風量為22 500 m3/h，因此，吸附處理系統(tǒng)需要配置6個吸附單元，其中5個單元在線吸附，1個脫附，交替輪流操作。

吸附單元設計炭層厚度為600 mm，根據(jù)業(yè)主需求及維保經(jīng)驗，活性炭裝填框高度設計為125 mm，按4層設計，以減輕裝填框重量并方便清潔、裝卸。

4.2.3 風機的設計

本設計方案各凈化系統(tǒng)選用德通/粵協(xié)離心引風機，根據(jù)本系統(tǒng)的設計風量及系統(tǒng)阻力計算，其性能參數(shù)如表2所示。

表2 風機性能參數(shù)表

由于風機位于樓面，為了盡可能降低風機震動帶來的影響，本方案風機降震采用混凝土基礎及兩級減振處理措施。

5 結語

為了保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，我們需要在工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都盡量減少能源消耗，同時在污染物排放末端進行凈化處理，以盡量減少污染物排放量。采用本方案對涂裝車間噴漆室的廢氣進行處理后，該設備運行穩(wěn)定可靠，大大減少了VOC排放總量，取得了較好的社會效益。