国内喷漆废气净化处理技术

 国内喷漆废气净化处理技术

　　随着国民经济的发展，基于保护及装饰等目的，喷漆工序已成为家具、汽车、五金等行业产品表面处理工艺中的一个重要环节，广义喷漆工序包括调漆、喷漆及晾干、烘干等步骤。由于漆料中含有   量的溶剂作为分散介质存在，在喷漆工序中会有溶剂挥发出来形成废气，喷涂过程中未达到物件表面的雾化漆微粒会随气流弥散形成漆雾，因此喷漆废气以漆雾和废气两种形式存在，其净化处理相应分为漆雾净化和废气净化两步。

　　一、漆雾净化

　　为喷漆废气净化处理效果，使企业在生产过程中能够实现废气达标排放，      先去除喷漆过程中产生的漆雾。我国环保部在发布实施的工业废气治理工程技术规范中明确指出，进入净化处理装置前废气中的颗粒物含量高于限值时应采用过滤或洗涤等方式进行预处理。

　　目前漆雾净化主要分为干法和湿法两种方式，其中干法净化是采用过滤材料(如玻璃纤维、活性炭纤维等)通过引风作用对漆雾进行拦截过滤；湿法净化则是借助水幕、水帘对漆雾进行拦截过滤。另外，为提高水幕系统净化效率和方便漆渣清理，通常会在洗沥水中加入专门除漆剂，使得漆雾被吸附后与除漆剂反应变成一种固态不粘的漆渣。

　　根据近年来企业现状分析，湿法漆雾净化技术使用   为普遍，涉及家具、五金件、设备、电动车、汽车等生产行业，其行业特征表现为喷漆连续、风量较小、废气浓度较高；干法漆雾净化技术仅在一些喷漆工序非连续作业企业内使用。从企业自身出发，其选择环保设施时   要考虑因素仍为经济性，湿法漆雾净化系统虽初期投资大，但其运行过程中维护成本较低，且水幕系统用水水质要求不高，通过定期简单絮凝沉淀处理后即可循环使用；干法漆雾净化采用的过滤材料成本较高，高频   换会大幅度提高企业环保资金投入。通过对比分析后，湿法漆雾净化技术终成为大多数企业的选择，其中喷漆量相对较小的企业(如家具厂、自行/电动车厂、五金件厂)一般选择水帘式净化装置，而水旋式净化装置则常用于汽车涂装生产线。

　　二、废气净化

　　喷漆废气经漆雾净化预处理环节后即进入后续废气净化环节，传统的废气净化处理技术主要有吸附法、冷凝法、吸收法和燃烧法，新兴的处理技术有生物法、光催化法和等离子体技术等。

　　1、吸附法

　　吸附法是活性炭净化器利用具有吸附能力的多孔固体物质作为吸附剂，使废气与其接触时污染组分积蓄在其表面，从而达到净化废气的目的，是目前使用广泛的方法。吸附材料通常为活性炭或沸石。

　　小型家具、五金件、电动自行车等企业通常单独采用该方法处理喷漆废气，活性炭吸附装置吸附材料一般选取活性炭纤维或蜂窝活性炭，企业内部不配设活性炭   装置，定期   换下来的废活性炭集中收集后直接委托有资质的单位代为处理。大中型家具、汽车、集装箱等企业通常选择该技术进行喷漆废气浓缩的预处理，来满足后续冷凝回收或催化燃烧等处理工序的稳定、连续运行，吸附材料通过解吸   后循环使用；在吸附材料的选取上，鉴于沸石材料具有无吸附损耗、不燃性、使用   、热稳定性高等特点，越来越多的企业由活性炭开始转向使用沸石，如北京奔驰、沈阳宝马、大众宁波、广汽日产等涂装项目均已开始使用沸石浓缩转轮系统对喷漆室废气进行预处理，通过使用的信息反馈，均达到了设计要求。

　　2、光催化法

　　光催化法原理为：UV光氧催化氧化设备光催化剂在紫外线的照射下，电子由基态迁移至激发态，而产生电子空穴对，这些电子空穴具有的氧化性，当废气与催化剂的微孔表面接触时被氧化分解，同时催化剂的微孔表面也与空气中的水和氧气接触，将其转化成轻基自由基和活性氧原子，并与废气接触氧化使其达到降解的目的，目前常用的催化剂主要为二氧化钛、氧化锌、二氧化锡等，其中纳米二氧化钛因其易得、催化等特点应用为广泛。

　　氧化剂是的电子捕获剂，通过向体系中加入氧化剂，使得催化剂表面的电子被氧化剂捕获，可以地电子和空穴复合，提高光催化的效率，目前已发现的能   气相光催化氧化的氧化剂有氧气和臭氧。根据实验结果，光催化体系中含氧气时的降解效率明显高于不含氧气时。

　　光催化法具有反应过程能耗低，光解催化氧化装置简单等特点，在处理低浓度废气中具有非常大的潜在应用价值。但是催化剂制备较难，对于组成复杂的废气，催化剂易中毒，在光催化过程中，对污染物不能充分降解而易产生中间产物、净化效率低等因素使得光催化法使用受到限制。

　　目前UV光解催化氧化设备多用于污水处理厂、垃圾厂、制药厂、化工厂、塑料   厂等恶臭气体除臭。现有相关研究中，除少数为多技术联用小规模试验处理喷漆废气外，其他多为实验室内针对某单一组分净化效果开展，尚无单独大规模使用该方法净化处理喷漆废气的成功案例可供查阅。

　　3、等离子体法

　　等离子体被认为是除固态、液态和气态之外的第4种存在物质形态，是由电子、离子、中性粒子和自由基组成的导电性流体，整体保持电中性。等离子体中，若电子与其他离子温度相同，且在5000K以上，称之为热等离子体；若电子的温度达几万摄氏度，而其他离子和整个系统的温度只有几百摄氏度，则称之为低温等离子体。

　　废气处理一般选择低温等离子体技术，其原理为：外加电场作用下产生   电子，   电子撞击气体分子(如(O2、H2O)形成强氧化自由基·O、·H、·OH等，同时，污染物分子在   电子的碰撞激发下发生电离、解离和激发，形成小碎片自由基，   电子、·O、·OH和其他自由基(不同反应条件下产生不同自由基)共同作用将复杂大分子污染物转变成简单小分子   物质，或使物质转变成   或低毒低害物质，从而使污染物得以降解去除。低温等离子体产生的方式主要有电子束照射法、介质阻挡放电、电晕放电、微波放电、弧光放电、高频放电等，其中前3种方法运用比较广泛。

　　低温等离子体技术对大气量、低浓度的污染物有较高的处理效率，该技术具有降解效果好、运行成本低、设备占地面积小，对气体污染物适应性强，便于操作控制，易与传统工艺结合等优点，但要实现净化处理仍遇到能耗高和副产物难以控制的双重困难，如直流电晕发电产生等离子体降解苯的产物有二氧化碳、一氧化碳、乙炔、氰化氢、甲酸等，空气放电产生等离子体降解苯乙烯的产物有苯甲醛、二氧化碳、一氧化碳和一氧化二氮，且当苯乙烯的处理效率达到   程度时，苯甲醛中间产物开始影响其净化效果。另外，该技术对水蒸气较为敏感，除去湿雾设备的投资较高。实验表明，苯衍生物苯乙烯、甲苯和苯的处理效率均随着湿度的增加而减少，其中苯乙烯的处理效果受湿度影响大。

　　近年来，关于低温等离子体技术治理废气的应用研究发展，目前可查阅到的资料中，主要集中在恶臭去除和苯系物模拟喷漆废气净化两大，且不同污染物净化机制有所不同，如苯乙烯的净化过程主要是由苯环外的C=C键与O和OH自由基的反应引发的，甲苯的净化过程同时涉及到苯环的开环反应和一CH3的氧化反应，而苯的净化过程主要是苯环的开环反应，目前仍然对物净化反应的引发机制缺乏规律性的认识，在应对不同分子结构时难以提出的等离子体系统设计方案。具体案例研究中仅邵振华等人在实验室小试和工业中试的基础上，将等离子体联合光催化技术成功应用于某木门企业工程案例，但其装置规模较小，处理风量仅5000m³/h。虽有已有多家环保设备可提供低温等离子体设备，但缺少对于特定等离子体系统或者特定目标污染物的设计规范，尚未有相关喷漆企业采用该技术的具体成功案例对其实际处理效果及废气降解程度及产物类型进行公开。

　　4、多技术联合法

　　由于喷漆废气中污染物成分复杂，且以混合物形式排放，考虑到处理效果和能耗等多面因素，废气处理研究开始由单一技术方法转向多技术联合使用。近年来发展的联合技术包括：吸附浓缩-催化燃烧技术、吸附浓缩-高温焚烧技术、吸附浓缩-冷凝技术、吸附-低温等离子体技术、低温等离子体-吸收技术、低温等离子体-催化技术、光催化-生物技术、低温等离子体-生物技术、生物滴滤-生物过滤技术，其中已成功由实验规模放大至中试或应用于工程案例的有：吸附浓缩-催化燃烧技术、吸附浓缩-高温焚烧技术、吸附浓缩-冷凝技术、低温等离子体-催化技术、光催化-生物技术、生物滴滤-生物过滤组合技术，实践结果表明，多技术联用处理优于单技术使用。

　　为   地控制喷漆废气中污染物的排放，以下几个环节的工作至关重要：①企业源头控制：生产中尽量选择水性涂料或其他溶剂种类和含量少的涂料，并严格喷漆房和晾/烤漆房设计，防止无组织逸散；②管理层污染源集中管理：将涉及喷漆工序的企业集中规划在工业园区内，以便于统一采取净化方案，尤其是喷漆量小且间歇性操作的企业，可将喷漆工序分离出来后在园区集中喷漆房进行，或在园区内建设活性炭净化设备吸附剂   和脱附废气后续处理工程；③单位技术放大：与环保设备生产单位联合，使实验成功的技术方案逐步放大至工程设计，如催化剂研究生产、生物处理菌种培育、工程规模处理设备生产等。 

 ***内喷漆废气净化处理技术

　　随着***民经济的发展，基于保护及装饰等目的，喷漆工序已成为家具、汽车、五金等行业产品表面处理工艺中的一个重要环节，广义喷漆工序包括调漆、喷漆及晾干、烘干等步骤。由于漆料中含有   量的溶剂作为分散介质存在，在喷漆工序中会有溶剂挥发出来形成废气，喷涂过程中未达到物件表面的雾化漆微粒会随气流弥散形成漆雾，因此喷漆废气以漆雾和废气两种形式存在，其净化处理相应分为漆雾净化和废气净化两步。

　　一、漆雾净化

　　为喷漆废气净化处理效果，使企业在生产过程中能够实现废气达标排放，      先去除喷漆过程中产生的漆雾。我***环保部在发布实施的工业废气治理工程技术规范中明确指出，进入净化处理装置前废气中的颗粒物含量高于限值时应采用过滤或洗涤等方式进行预处理。

　　目前漆雾净化主要分为干法和湿法两种方式，其中干法净化是采用过滤材料(如玻璃纤维、活性炭纤维等)通过引风作用对漆雾进行拦截过滤；湿法净化则是借助水幕、水帘对漆雾进行拦截过滤。另外，为提高水幕系统净化效率和方便漆渣清理，通常会在洗沥水中加入专门除漆剂，使得漆雾被吸附后与除漆剂反应变成一种固态不粘的漆渣。

　　根据近年来企业现状分析，湿法漆雾净化技术使用   为普遍，涉及家具、五金件、设备、电动车、汽车等生产行业，其行业***征表现为喷漆连续、风量较小、废气浓度较高；干法漆雾净化技术仅在一些喷漆工序非连续作业企业内使用。从企业自身出发，其选择环保设施时   要考虑因素仍为经济性，湿法漆雾净化系统虽初期投资***，但其运行过程中维护成本较低，且水幕系统用水水质要求不高，通过定期简单絮凝沉淀处理后即可循环使用；干法漆雾净化采用的过滤材料成本较高，高频   换会***幅度提高企业环保资金投入。通过对比分析后，湿法漆雾净化技术终成为***多数企业的选择，其中喷漆量相对较小的企业(如家具厂、自行/电动车厂、五金件厂)一般选择水帘式净化装置，而水旋式净化装置则常用于汽车涂装生产线。

　　二、废气净化

　　喷漆废气经漆雾净化预处理环节后即进入后续废气净化环节，传统的废气净化处理技术主要有吸附法、冷凝法、吸收法和燃烧法，新兴的处理技术有生物法、光催化法和等离子体技术等。

　　1、吸附法

　　吸附法是活性炭净化器利用具有吸附能力的多孔固体物质作为吸附剂，使废气与其接触时污染组分积蓄在其表面，从而达到净化废气的目的，是目前使用广泛的方法。吸附材料通常为活性炭或沸石。

　　小型家具、五金件、电动自行车等企业通常单***采用该方法处理喷漆废气，活性炭吸附装置吸附材料一般选取活性炭纤维或蜂窝活性炭，企业内部不配设活性炭   装置，定期   换下来的废活性炭集中收集后直接委托有资质的单位代为处理。***中型家具、汽车、集装箱等企业通常选择该技术进行喷漆废气浓缩的预处理，来满足后续冷凝回收或催化燃烧等处理工序的稳定、连续运行，吸附材料通过解吸   后循环使用；在吸附材料的选取上，鉴于沸石材料具有无吸附损耗、不燃性、使用   、热稳定性高等***点，越来越多的企业由活性炭开始转向使用沸石，如北京奔驰、沈阳宝马、***众宁波、广汽日产等涂装项目均已开始使用沸石浓缩转轮系统对喷漆室废气进行预处理，通过使用的信息反馈，均达到了设计要求。

　　2、光催化法

　　光催化法原理为：UV光氧催化氧化设备光催化剂在紫外线的照射下，电子由基态迁移至激发态，而产生电子空穴对，这些电子空穴具有的氧化性，当废气与催化剂的微孔表面接触时被氧化分解，同时催化剂的微孔表面也与空气中的水和氧气接触，将其转化成轻基自由基和活性氧原子，并与废气接触氧化使其达到降解的目的，目前常用的催化剂主要为二氧化钛、氧化锌、二氧化锡等，其中纳米二氧化钛因其易得、催化等***点应用为广泛。

　　氧化剂是的电子捕获剂，通过向体系中加入氧化剂，使得催化剂表面的电子被氧化剂捕获，可以地电子和空穴复合，提高光催化的效率，目前已发现的能   气相光催化氧化的氧化剂有氧气和臭氧。根据实验结果，光催化体系中含氧气时的降解效率明显高于不含氧气时。

　　光催化法具有反应过程能耗低，光解催化氧化装置简单等***点，在处理低浓度废气中具有非常***的潜在应用价值。但是催化剂制备较难，对于组成复杂的废气，催化剂易中毒，在光催化过程中，对污染物不能充分降解而易产生中间产物、净化效率低等因素使得光催化法使用受到限制。

　　目前UV光解催化氧化设备多用于污水处理厂、垃圾厂、制药厂、化工厂、塑料   厂等恶臭气体除臭。现有相关研究中，除少数为多技术联用小规模试验处理喷漆废气外，其他多为实验室内针对某单一组分净化效果开展，尚无单******规模使用该方法净化处理喷漆废气的成功案例可供查阅。

　　3、等离子体法

　　等离子体被认为是除固态、液态和气态之外的***4种存在物质形态，是由电子、离子、中性粒子和自由基组成的导电性流体，整体保持电中性。等离子体中，若电子与其他离子温度相同，且在5000K以上，称之为热等离子体；若电子的温度达几万摄氏度，而其他离子和整个系统的温度只有几百摄氏度，则称之为低温等离子体。

　　废气处理一般选择低温等离子体技术，其原理为：外加电场作用下产生   电子，   电子撞击气体分子(如(O2、H2O)形成强氧化自由基·O、·H、·OH等，同时，污染物分子在   电子的碰撞激发下发生电离、解离和激发，形成小碎片自由基，   电子、·O、·OH和其他自由基(不同反应条件下产生不同自由基)共同作用将复杂***分子污染物转变成简单小分子   物质，或使物质转变成   或低毒低害物质，从而使污染物得以降解去除。低温等离子体产生的方式主要有电子束照射法、介质阻挡放电、电晕放电、微波放电、弧光放电、高频放电等，其中前3种方法运用比较广泛。

　　低温等离子体技术对***气量、低浓度的污染物有较高的处理效率，该技术具有降解效果***、运行成本低、设备占地面积小，对气体污染物适应性强，便于操作控制，易与传统工艺结合等***点，但要实现净化处理仍遇到能耗高和副产物难以控制的双重困难，如直流电晕发电产生等离子体降解苯的产物有二氧化碳、一氧化碳、乙炔、氰化氢、甲酸等，空气放电产生等离子体降解苯乙烯的产物有苯甲醛、二氧化碳、一氧化碳和一氧化二氮，且当苯乙烯的处理效率达到   程度时，苯甲醛中间产物开始影响其净化效果。另外，该技术对水蒸气较为敏感，除去湿雾设备的投资较高。实验表明，苯衍生物苯乙烯、甲苯和苯的处理效率均随着湿度的增加而减少，其中苯乙烯的处理效果受湿度影响***。

　　近年来，关于低温等离子体技术治理废气的应用研究发展，目前可查阅到的资料中，主要集中在恶臭去除和苯系物模拟喷漆废气净化两***，且不同污染物净化机制有所不同，如苯乙烯的净化过程主要是由苯环外的C=C键与O和OH自由基的反应引发的，甲苯的净化过程同时涉及到苯环的开环反应和一CH3的氧化反应，而苯的净化过程主要是苯环的开环反应，目前仍然对物净化反应的引发机制缺乏规律性的认识，在应对不同分子结构时难以提出的等离子体系统设计方案。具体案例研究中仅邵振华等人在实验室小试和工业中试的基础上，将等离子体联合光催化技术成功应用于某木门企业工程案例，但其装置规模较小，处理风量仅5000m³/h。虽有已有多家环保设备可提供低温等离子体设备，但缺少对于***定等离子体系统或者***定目标污染物的设计规范，尚未有相关喷漆企业采用该技术的具体成功案例对其实际处理效果及废气降解程度及产物类型进行公开。

　　4、多技术联合法

　　由于喷漆废气中污染物成分复杂，且以混合物形式排放，考虑到处理效果和能耗等多面因素，废气处理研究开始由单一技术方法转向多技术联合使用。近年来发展的联合技术包括：吸附浓缩-催化燃烧技术、吸附浓缩-高温焚烧技术、吸附浓缩-冷凝技术、吸附-低温等离子体技术、低温等离子体-吸收技术、低温等离子体-催化技术、光催化-生物技术、低温等离子体-生物技术、生物滴滤-生物过滤技术，其中已成功由实验规模放***至中试或应用于工程案例的有：吸附浓缩-催化燃烧技术、吸附浓缩-高温焚烧技术、吸附浓缩-冷凝技术、低温等离子体-催化技术、光催化-生物技术、生物滴滤-生物过滤组合技术，实践结果表明，多技术联用处理***于单技术使用。

　　为   地控制喷漆废气中污染物的排放，以下几个环节的工作至关重要：①企业源头控制：生产中尽量选择水性涂料或其他溶剂种类和含量少的涂料，并严格喷漆房和晾/烤漆房设计，防止无组织逸散；②管理层污染源集中管理：将涉及喷漆工序的企业集中规划在工业园区内，以便于统一采取净化方案，尤其是喷漆量小且间歇性操作的企业，可将喷漆工序分离出来后在园区集中喷漆房进行，或在园区内建设活性炭净化设备吸附剂   和脱附废气后续处理工程；③单位技术放***：与环保设备生产单位联合，使实验成功的技术方案逐步放***至工程设计，如催化剂研究生产、生物处理菌种培育、工程规模处理设备生产等。