摘要：自行车涂装废气主要有两部分,一是喷涂过程中产生的漆雾颗粒物,二是喷涂和烘干过程中产生的VOCs。本文阐述了涂装废气的治理主要方法。
1引言
近些年随着雾霾天愈来愈被社会大众关注，VOCs(VolatileOrganicCompounds挥发性有机物)作为雾霾的主要成因之一，其排放限值也愈来愈严格，随着国务院《大气污染防治行动计划》发布，天津市地方标准DB12/524-2014《工业企业挥发性有机物排放控制标准》的出台，可以看到VOCs排放标准异常严格。作为自行车行业的龙头企业，富士达一直致力于环保治理，一方面推进清洁生产，在源头上改变生产工艺，积极开发水性涂料和粉末涂料，来减轻VOCs排放;另一方面加强末端废气治理，淘汰前期消耗高、净化效率低的活性炭吸附和四元体直接燃烧处理的方法，探讨适合自行车涂装废气治理的高效、经济、实用的技术。
2自行车涂装废气的特性
自行车涂装废气来自于喷涂和烘干中挥发的有机溶剂(主要成分为甲苯、二甲苯、正丁醇等)，其中喷涂工序废气中夹带部分漆雾颗粒，废气中总有机物浓度在150~500mg/m³，单套喷涂工序总风量达30000~80000m³/h，属于低浓度大风量的有机废气。
3废气的治理方法
3.1漆雾的处理
喷涂工序废气中夹带的漆雾颗粒微小、粘度大，易粘附在物质表面。传统的水洗式喷漆室无法彻底将漆雾去除，净化废气前若不处理，漆雾会粘附在废气处理设备表面，影响甚至破坏处理效果。
现漆雾处理有干式和湿式，干式一般有丝网、卷帘、袋式等，湿式即水洗涤，本文介绍湿、干结合的处理方法。废气以一定速度进入带多层旋流板的洗涤塔，洗涤塔内雾化水自上而下与废气逆向对流，充分接触，同时洗涤用水添加油漆絮凝剂，以增强漆雾去除效果;经洗涤塔洗涤后废气进入活性炭干式吸附除湿设备，除掉水雾，同时除去少量的残留漆雾。
3.2有机废气的治理
3.2.1治理方法
自行车涂装VOCs净化在90年代国营企业阶段就开始治理，当时的治理以活性炭吸附+燃烧为主，消耗高，并未真正推广使用。90年代中期后，自行车行业合资和私营企业开始迅速发展，经过20多年的发展，随着经济实力的提升和国家政策的限制(排污申报和排污收费制度等)，自行车行业VOCs治理也开始引以重视，VOC治理设备开始陆续使用，经过近几年发展，自行车涂装VOCs治理技术也开始逐渐成熟起来。
VOCs治理技术体系如图1所示：
不同的治理技术各有所长，对应不同的VOC废气，只有在其特定的适用范围和使用条件下才能够达到最为理想的治理效果。在经济上也要考虑其合理性。且在很多情况下，依靠单一的治理技术往往达不到治理要求，需要采用两种或两种以上的组合治理。
根据自行车涂装废气低浓度、大风量的特点，目前行业运用的处理工艺主要有：吸附脱附+燃烧、低温等离子+催化氧化、UV催化氧化等，从中选择适合的处理方法，就是我们所要做的。
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3.2.2吸附脱附+燃烧
吸附脱附+燃烧又可分为多种方式来实现，其中吸附浓缩装置根据吸附床结构不同，可分为旋转式和固定床式，旋转式结构以分子筛吸附材料为代表，固定床结构以蜂窝状活性炭吸附材料为代表，两者相比，分子筛吸附材料为无机硅酸盐，相较活性炭而言，杜绝了起火隐患，且旋转式转轮吸附占地面积比固定床要小，但对于单班单运转的操作模式而言，转轮的频繁启动对设备损害较大，无论是新型的旋转式还是传统的固定床都是利用固定的高吸附材料将废气中的VOCs进行吸附收集，吸附饱和后利用热源加热脱附，高吸附性活性炭或分子筛再生循环利用，脱附出的高浓度VOCs进入燃烧处理;燃烧处理蓄热式燃烧技术已经逐步取代了传统的燃烧技术，一般采用蓄热式氧化燃烧(RTO)或蓄热式催化氧化燃烧(RCO)工艺，将VOCs氧化成H2O和CO2后排放，同时热量能充分回收利用。吸附脱附+燃烧处理技术典型案例如图2所示。
吸附脱附+燃烧法VOCs净化效率能达到95%以上，好的净化率能到98%。但该法投资成本高，运行费用大(吸附材料、贵金属催化剂更换等)，且若废气中漆雾处理不净，漆雾会粘着在活性炭或分子筛等固体吸附材料上，对吸附床的损坏极大，轻则吸附效果变差，风阻加大，缩短活性炭的寿命，重则彻底堵死，处理系统失效。
从运行的安全可靠性上，首先严格控制催化燃烧处理装置的温度和VOCs气体浓度都在绝对安全范围内，超出设定限制自动报警，及时调节，控制VOCs气体浓度与温度，以远离VOCs气体的爆炸下限;其次催化燃烧处理装置设备内部采用耐火材料，防爆物质，设备还设有阻火器、防爆膜、防火阀、安全阀等安全措施，催化燃烧处理装置安全防护性能要求很高，选用时要特别留意装置的安全性能。
3.2.3低温等离子+催化氧化
低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。当废气经过VOCs低温等离子体净化设备时，这些高能电子、自由基等活性粒子与废气中有机物分子进行非弹性碰撞，使有机物分子化学键断裂，发生一系列复杂氧化、降解化学反应，最后被氧化的的废气进入后级催化氧化装置，在催化载体的作用下进一步氧化，大大提高了氧化降解的效率，最终使废气中有毒有害有机物转变为无害的H2O和CO2，使废气得到净化。
低温等离子+催化氧化处理技术典型案例如图3所示。等离子+催化氧化法VOCs净化效率能达到90%，没有燃烧去除率高，但其工艺、设备较浓缩燃烧简单，投资成本和运行费用较低，且在应对漆雾影响上要优于吸附燃烧，若少量漆雾进入等离子体，其极强的氧化性可以分解处理漆雾，处理后残留物随着排风被吹扫出去，更能适应涂装废气的治理。
该处理方法因其直接处理大风量、低浓度的VOCs，运行的安全可靠性要优于吸附浓缩+燃烧法，但因喷涂作业的特殊性，设备仍需设有阻火器、防爆膜、防火阀、安全阀等安全措施。
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3.2.4UV催化氧化
当废气经过UV净化设备时，一定波长的紫外光进行光催化反应，产生大量的强氧化基和臭氧，与VOCs反应生成H2O和CO2，达到净化空气的效果。UV催化氧化处理技术典型案例如图4所示。
该技术净化效率85%，与等离子相比，因灯管的局限性，无法做到等离子体的高密度，从现用处理设备看处理能量稍欠缺。投资成本和运行费用较低，安全可靠性与等离子相近。
3.2.5治理方法对比
对于以上三种办法，从投资、占地、操作性、安全性等方面进行比较，如表1所示：
UV催化氧化处理法因其净化效率较低，以现行天津市地方标准，达标困难，所以不再予以讨论。
从工艺可行性上，吸附脱附+燃烧和低温等离子+催化氧化两种净化方法90%以上的VOCs去除效率处理自行车行业大风量低浓度的VOCs，可以做到达标排放，满足公司废气严格治理要求。
从二次污染上，吸附脱附+燃烧的吸附材料如活性炭一般2~3年更换一次，更换下的活性炭属废弃物，按照规范应交由当地有资质的单位进行处理;低温等离子+催化氧化净化不会产生二次污染。
从运行能耗上，低温等离子+催化氧化净化装置结构合理，阻力小，占地少，稳定性好，耗能低，每处理10000m3/h风量耗能为1.5kW~3kW;吸附脱附+燃烧工艺较复杂，每处理10000m3/h风量耗能是低温等离子+催化氧化净化的至少2倍以上，且除了电能消耗，还有每天开车前期VOCs浓度不能自燃时的天然气的消耗，其耗能较低温等离子要高出许多。
从可操作性上，公司采用单班运转的工作制度，要求废气污染治理设施可以长时间连续正常运转，又要面对频繁停开机，低温等离子催化氧化净化设备系统采用一键式启动，操作简单，且可长期稳定运行，无耗损，使用寿命10年以上，在降低运行成本的同时保证了设施的高效连续运行;吸附脱附+燃烧净化VOCs装置结构复杂，多台设备同时运转工作，要求具有一定操作能力的人员，且频繁开停机除了对转轮设备有损害，其燃烧处理每次都需升温到工艺温度，日常的运行费用也高。
从设备维护保养上，低温等离子+催化氧化净化装置内部采用便于拆卸的模块形式，维护清洗简便;吸附+燃烧装置，无论是固定床活性炭还是转轮分子筛都没有清洗回用，漆雾污染只能更换新材料，消耗高。
从安全性上，上文已分别进行了说明，可以看出VOCs低温等离子催化氧化净化装置在安全性上是要优于吸附脱附+燃烧净化装置的。
4结语
作为自行车涂装企业，清洁生产、节能减排是企业的责任，也是涂装技术发展的方向。面对自行车行业现状，根据涂装废气的排放特征和排放控制要求(排放标准)，制定适合行业的最佳使用技术，即技术上可行，经济上合理，运行上安全，且可操作性强的环保设备是必须要考虑的。从上文的分析中可以看出低温等离子+催化氧化是目前在处理大风量低浓度有机废气中最合理节能的有效方法之一。经过多方调研、学习、探讨，我们最终选择了低温等离子+催化氧化净化技术。
延伸阅读：
原标题：自行车涂装废气治理技术的对比
