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喷漆废气怎么去控制?

文章出处:海思乐喷漆废气 人气:2776 发表时间:2017-02-09 07:17:39

核心提示:喷漆废气处理设备的差别会影响物料的利用率和污染物的排放量,目前工业生产中采用的喷漆工艺大致包括人工涂刷、人工喷漆、机械喷漆等几种方式。人工涂刷效率低、漆膜质量不高,主要应用于小规模产品的表面装饰,喷漆则是目前涂装行业的主流,在自动化程度高的汽车涂装等行业主要采用自动喷漆工艺,而在部分机械制造企业仍然采用人工喷漆工艺。

一、喷漆废气怎么产生的?

喷漆广泛用于家具涂装等行业。涂料中含有一定比例的溶剂,喷漆作业中还要添加一些稀释剂,因此在喷漆、流平及干燥过程中会产生大量的挥发性有机物,其中含苯有机物毒性很大,不但对操作工人的身体健康造成直接危害,同时也污染了周围的大气环境。

二、喷漆废气污染物的来源

一般涂料的组成包括:成膜物质(基料)、颜料、填料、溶剂、其他助剂等,在喷漆作业时还要配上稀释剂(稀料)。

成膜物质是涂料中最重要的组成部分,成膜时随着涂料中溶剂的挥发,黏结剂分子或者乳液中的聚合物微粒相互靠近而凝聚,将颜料和填料黏结起来,形成连续涂膜,并使该涂膜牢固地黏结在基层上。成膜物质固定在物体的表面,很少进入喷漆废气中。

颜料又称为着色颜料,在涂料中的主要作用是使涂膜具有一定的遮盖力和所需要的各种色彩。颜料在涂料中所占比例小,进入废气中的更少,但因其有很强的着色能力,造成废气中的颗粒物带有颜色。因此按照《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996),对喷漆废气中的颗粒物进行控制时,应执行染料尘限值标准。

填料又称为体质颜料,主要起填充作用,填料能有效改善涂料的贮存稳定性和涂膜的相关性能。填料是构成喷漆废气中颗粒物的一部分,一般附着在漆雾中。

助剂可以改善涂料及涂膜的某些性能,一般用量很小,但对涂料和涂膜的性能确有很大的影响。主要包括:成膜助剂、固化剂、分散剂、消泡剂、增稠剂等,根据不同的应用领域,有很多不同的选择。

溶剂是液体涂料配方中的重要组成部分,是成膜物质的载体,目前主要采用的有甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、乙二醇、丁醚、汽油、混合溶剂等。它与涂料的制造、贮存、施工,漆膜的质量有密切关系。其主要作用是:①溶解并稀释涂料中的成膜物质,降低涂料的黏度,便于涂刷或喷漆等施工操作;②提高涂料贮存的稳定性,防止成膜物质凝胶,同时加入溶剂后会使桶内充满溶剂蒸气,可减少涂料表面结皮;③改善涂膜的流平性,可避免涂膜太厚、太薄或涂刷性能不好而产生刷痕或起皱等弊病。溶剂是挥发性的液体,只起溶解和稀释成膜物质的作用,在涂膜干结时,它挥发到空气中,是喷漆废气中的主要污染物。涂料有水性和溶剂型2种,溶剂型涂料采用的溶剂包括纯苯、甲苯、二甲苯、汽油溶剂等,产生的VOCs包含苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃等。水性涂料属于环保型涂料,目前因其价格昂贵,使用受到限制,只在少量出口汽车、机电设备中应用,水性涂料废气污染物主要包括醇类和醚类等有机物。

稀释剂是在喷漆施工过程中用于稀释涂料的溶剂,一般和涂料中的溶剂相同或相溶,对涂料有良好的溶解性和分散性,同时对涂料的性能影响较小。各种类型的涂料都有相应的稀释剂,一般彼此不能通用。氨基漆稀释剂由二甲苯、丁醇混合组成;硝基漆稀释剂(香蕉水)由酯、醇、苯类混合溶液组成。无苯涂料稀释剂主要由乙酸乙酯、乙酸丁酯、溶剂油等组成,能溶解硝基漆、醇酸漆、氨基漆、丙烯酸漆等。稀释剂和溶剂一样最终挥发成为废气污染物。

从涂料原料组分上看,喷漆产生的VOCs 主要来自于溶剂和稀释剂,颗粒物主要来自于成膜物质和各种固态添加剂。要从源头上消除或减轻喷漆废气的污染,首先要从涂料的选择上考虑,采用挥发分含量低的环保涂料,特别是水性涂料,它是解决喷漆废气污染环境的有效措施。水性涂料是采用水溶性及水分散性树脂及各种助剂制成,不需加入含苯稀释剂,以水稀释即可;污染物主要是醇类和醚类等污染相对低的有机物,对环境的影响较小。水性涂料在欧洲的使用率已经达到80%,从2004年4 月1 日开始,欧盟已禁止生产、销售和使用溶剂型涂料;目前溶剂型涂料的使用受到很大的限制,世界范围内溶剂型涂料被水性涂料取代只是时间问题。按照2006 年12月1 日实施的《清洁生产标准汽车制造业(涂装)》(HJ/T293-2006),清洁生产标准要求禁止使用含苯的涂料、稀释剂和溶剂;底漆、中涂和面漆均推荐使用水性涂料和粉末涂料。

三、喷漆废气处理设备对废气污染物排放的影响

喷漆废气处理设备的差别会影响物料的利用率和污染物的排放量,目前工业生产中采用的喷漆工艺大致包括人工涂刷、人工喷漆、机械喷漆等几种方式。人工涂刷效率低、漆膜质量不高,主要应用于小规模产品的表面装饰,喷漆则是目前涂装行业的主流,在自动化程度高的汽车涂装等行业主要采用自动喷漆工艺,而在部分机械制造企业仍然采用人工喷漆工艺。

工艺不同,涂料的利用率有较大的差别。在汽车涂装企业多采用先进的涂装工艺,中涂、面漆以静电旋杯喷漆为主,由机械人自动仿形,出漆量及喷漆图形根据车身的不同位置调整到最佳状态,可使涂料利用率提高到90%以上,可大大减少涂料用量,从而减少有机溶剂对环境的污染。在进行喷漆过程中白车身涂漆面积、涂层厚度、涂料品种、涂装工艺等都会对排放量造成影响,关键是涂装工艺,直接影响涂料利用率,影响喷漆废气污染物的排放。

工业化生产中,喷漆一般在喷漆室进行,喷漆室一般由室体、土建基础、平板车、轨道、进风过滤系统、废气处理系统等组成。喷漆室一般采用上送风下抽风方式,能及时排走各个方向的漆雾,有利于减轻漆雾对操作人员呼吸系统的影响,并能从不同方向对工件进行喷漆,部分汽车涂装企业采用机械手自动喷漆。喷漆室底部设有过滤系统,初步过滤废气中的漆雾,减轻漆雾对有机废气处理系统的影响。

喷漆室的设计和自动化程度对涂料的利用率有影响,空气通过送风系统均压后,经过滤进入喷漆室,形成均匀一致的风速。对工件而言,为避免紊流及提高涂料的利用率,不需要太大的风速0.2-0.3m/s;而对操作人员与设备而言,则需要相对较大的风速(0.3-0.5m/s)将漆雾迅速排除,以保障清洁的工作环境和人员的健康与安全。因此合理的设计和分配风速,可以提高喷漆效率,减少过喷漆雾的排放。目前有一些涂装设备采用分流隔板,造成两侧区域具有较高的风速,而中央的喷漆区有较低的风速,一方面保障操作人员的清洁环境,同时又能提高涂料的利用率,减少过喷漆雾的排放。

喷漆的主要器具是喷枪,喷枪喷射的漆雾一部分附着在涂装工件上,其余部分以射流状反弹到空气中。喷枪技术性能的先进性是减少空气污染的积极因素,可以大大降低涂装作业过程中环境治理的负担。喷枪种类较多、技术差异较大,如空气喷枪、高压无气喷枪、混气喷枪、低压大容量喷枪等。老式喷枪附着力、利用率都很差,不仅影响喷漆质量,也加重了环境污染,如普通空气喷枪,喷出的漆雾中含有较多的压缩空气,回弹现象严重,涂料利用率低,操作环境差,增加了喷漆废气的排放。目前先进的喷枪包括大容量低压喷枪、无气喷枪等,效率达到90%以上,物料流失率低,废气污染物的排放量减少。工艺技术和设备的先进性是涂装行业清洁生产水平的一个重要指标,简陋的设备和落后的工艺,不但会增加资源、能源的消耗,同时也增加了废气污染物的产生和排放量,增大了处理设施的运行成本和污染物排放浓度。新建喷漆室应禁止使用落后的、淘汰的工艺技术和设备,提高喷漆作业环节的清洁生产水平。

四、喷漆废气污染物治理措施

喷漆工序包括喷漆、流平和烘干,每个工序均有VOCs 排放。某汽车喷漆金属车间底色漆,在喷漆室、流平室及烘干室的VOCs 产生量分别为60%、35% 和5%,罩光漆在3个工序的产生量分别为50%、20%和30%。喷漆室或喷漆工序主要污染物为VOCs 和漆雾(颗粒物),流平和烘干工序主要污染物为VOCs。漆雾颗粒微小(绝大部分在10um以下)、黏度大、易黏附在物质表面,净化有机废气之前必须去除漆雾,然后再进一步去除废气中的甲苯、二甲苯、非甲烷总烃等挥发性有机物。

目前国内外漆雾处理方法包括:过滤法、低温冷凝法、油吸收法、水吸收法等,较多采用的是过滤法和水吸收法。

过滤主要采用滤层阻留漆雾和颗粒物,滤料可以采用玻璃纤维棉、炉渣等,也可组合使用;如某抽油机厂采用的过滤系统由9部分组成,分别为塑料回转球、棕板和玻璃纤维棉9层,过滤材料视污染程度定期更换或清理漆块后重复使用。过滤措施能除去大部分的漆雾,对有机物也有少量的吸附,但不能保证废物污染物的达标排放,还需进一步处理。

吸收方式包括喷淋水洗、雾化洗涤、无泵水幕处理、水旋式处理等。喷淋水洗采用喷嘴组成的喷淋室,将水雾化来冲洗漆雾,水过滤后重复利用,该方法效果差,喷嘴易堵塞;雾化洗涤采用螺旋进气,在高级雾化作用下,气液充分接触,废气中的细小颗粒物、未凝固的涂料颗粒及少量有机废气被吸收;无泵水幕喷漆室和无泵水激喷漆室是利用高速排风诱导提水,将排风系统和排水系统合二为一,形成无泵的水循环系统,由于漆雾经过水幕、水帘以及气水通道与水幕强烈搅拌,形成多级净化过程,提高了净化效率;水旋式喷漆室主要是靠在栅格上的水旋器来分离空气中的漆雾,当含有漆雾的空气直接被吸入水旋器与栅格板下的水面撞击后,同水一起以漩涡运动流入水旋器,漆雾和空气分离。目前广泛采用的主要是水幕、水旋及水激式喷漆设备,均能取得较好的净化效果,但因甲苯、二甲苯等有机物不溶于水,对该类有机污染物的去除效率甚微,还需要进一步处理。

经过除雾处理后的喷漆废气和流平、烘干废气主要含有挥发性有机物,一般还需采取吸附、燃烧或催化燃烧的方式进行治理。

吸附法是目前广泛使用的有机废气处理技术,其原理是利用吸附剂的多孔结构,将废气中的VOCs捕获。吸附剂应能满足:比表面积和孔隙率大,吸附能力强,具有一定的颗粒度,较好的机械强度、化学稳定性和热稳定性,使用寿命长,价格低廉,原料来源充足。处理喷漆废气选用的吸附剂有活性炭、活性炭纤维、焦炭粉粒等。活性炭和活性炭纤维具有密集的细孔结构,内表面积大,吸附性能好,化学性质稳定,耐酸碱,耐水,耐高温、高压,不易破碎,对空气阻力小等特点,因此被广泛采用。活性炭过滤吸附法是一种较为经济的方法,与其他方法比较,具有去除效率高、能耗低、工艺成熟、易于推广的优点,缺点是处理设备较大。将含VOCs 的有机废气通过活性炭床,其中的VOCs 被吸附剂吸附,废气得到净化后排入大气。当炭吸附达到饱和后,需对饱和的炭床进行脱附再生;通入水蒸气加热炭层,VOCs 被吹脱放出,并与水蒸气形成蒸气混合物,一起离开炭吸附床,做进一步的处理。

直接燃烧法(或称为热氧化)是通过燃烧来消除有机物废气污染物的方法,是使用有机废气在温度600-800℃和滞留时间0.3-0.5s的条件下直接燃烧,变成二氧化碳和水,适用于浓度较大的有机废气。为降低燃料费用,需要回收排放气中的热量。

催化燃烧法是一种类似燃烧法的方式来处理VOCs,操作温度较普通燃烧法低一半,通常为200-400℃,将有机物氧化成二氧化碳和水,同时发出燃烧热。它净化有机物是用铂、钯等贵金属催化剂及过渡金属氧化物催化剂来代替火焰,由于温度降低,允许使用标准材料来代替昂贵的特殊材料,大大地降低了设备费用和操作费用。系统采用间壁式和蓄热式两类热量回收方式。

对于大流量、低浓度的有机废气,燃烧或催化燃烧处理费用太高,不经济。利用炭吸附具有处理低浓度和大气量的优势,先用活性炭捕获废气中的有机物,然后用很小流量的热空气来脱附,这样可使VOCs 富集10-15倍,大大地减少了处理废气的体积,使后处理设备的规模也大幅度地降低。把浓缩后的气体送到催化燃烧装置中,利用催化燃烧处理较高浓度的特点来消除VOCs。催化燃烧放出的热量可以通过间壁换热器来预热进入炭吸附床的脱附气,降低系统的能量需要量。该技术利用炭吸附处理低浓度和大气量的特点,又利用催化床处理适中流量、高浓度的优势,形成一非常有效的集成技术。目前该技术已用于喷漆排放大流量、低浓度有机废气的治理。

从目前涂装行业的现状来看,末端治理仍然是控制喷漆废气排放的主要措施。企业应完备废气处理措施,做到喷漆废气中的污染物全面达标排放;同时规范处理设施、设备的运行操作规程和环境管理要求,做到处理措施的持续有效,污染物持续达标排放。

五、结语

为减少喷漆废气污染物排放,可以采取以下方式:

①选用环保涂料,如水性涂料、高固体分涂料、粉末涂料、无溶剂涂料和辐射固化涂料等。

②采用自动化程度高的工艺和设备。

③大风量、低浓度喷漆废气采用过滤法处理漆雾、粉尘,吸附-催化燃烧法净化有机废气是成熟、高效的治理工艺。

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