摘要：针对美式家具在喷涂过程中产生大量的粉尘与低浓度挥发性有机物特性，采用初效过滤棉＋滤筒除尘器＋吸附脱附催化燃烧进行治理。挥发性有机物去除效率达97.9%，粉去除效率达99.6%，其排放浓度远低于国家排放标准。该套工艺减排效果显著，无有害副产物产生，安全环保，在美式家具行业有极大的推广价值。
前言
我国VOCs高排放量地区主要集中于珠三角、长三角、京津冀工业发达地区，典型行业包括石化、家具制造、汽车制造、包装印刷、橡胶制品等。
喷涂是家具制造行业最重要的工艺之一，在很大程度上决定了家具制品的外观、色彩、质量、档次与价值。喷涂过程中产生大量的有机废气，家具制造企业的传统做法是，用初效过滤棉过滤后直排，将粉尘和废气直接排放到厂房外，对周边环境造成污染，对附近居民的健康造成不利影响。涂料粉尘排到厂房外，沉积在厂房顶部，容易引发火灾事故。目前国内大型家具企业大都采用喷涂流水生产线，涂料主要采用溶剂型快干漆，生产过程产生大量的漆尘和有机废气，因此家具生产企业均有环保治理的迫切需求。
1VOCs来源与排放特征
1.1VOCs来源
当前国内外常用的木器涂料各具不同的涂装质感。常用的涂料种类有硝基涂料、聚氨酯涂料、不饱和聚酯涂料、光敏涂料等。现在使用较为广泛的环境友好型涂料为聚氨酯涂料，但是美国人喜爱硝基涂料的质感，至今大部分美式家具仍用硝基涂料，故近年出口美国的家具几乎底面漆多用硝基。而日本的手工制作家具与台湾的家具涂装其硝基涂料也仍占很大比例。硝基涂料也称硝酸纤维素涂料、蜡克漆，其主要成膜物质为硝化棉，它多由棉花用硝酸硝化制成，化学上称“硝酸纤维素酯”。将硝化棉与其他合成树脂(如醇酸树脂、松香树脂等)溶于酯、酮、醇、苯等混合溶剂中即成硝基涂料，将其涂于木材表面，待溶剂挥发便可成膜。由于木材纤维中含纤维素，与硝化棉结构类似，故硝基涂料与木材的兼容性优良，即使涂饰多遍仍能显现素材的木质感。
木家具制造过程中使用的硝基类涂料是典型的溶剂挥发型涂料，具有快干性能，依靠溶剂挥发形成连续涂膜，涂料中的溶剂在调漆、喷涂、干燥及设备清洗4个阶段已基本挥发完毕，因此，木家具硝基涂料涂饰车间VOCs主要源于涂料中有机成分的挥发。
1.2排放特征
硝基涂料在实际应用中会有不同的品种和品牌,加入不同辅剂，成分较为复杂，但一般均加入天拿水、松香水，形成的混合涂料主要组分为醋酸丁酯(乙酯、戊酯)、丙酮、丁酮、乙醇、丁醇、二丙酮醇、甲苯、苯，其排放VOCs主要为乙酸仲丁酯、甲苯、二甲苯。总排放浓度(TVOCs)一般均属于中低水平。
在锯切、刨削、喷涂生产工序中，都会产生大量的粉尘，喷涂产生的主要粉尘为漆尘。由于硝基涂料固体成分偏少，其粉尘含量较低，粒径较小。
2废气治理技术的选择
末端治理技术是控制VOCs污染的重要途径之一，可分为回收利用技术与销毁技术及组合技术，分别适用于不同的工况。对于浓度较高(>4000mg/m3)或价格昂贵的有机溶剂，可采用吸附法、吸收法、冷凝法、膜技术进行回收利用;对于低浓度(<1000mg/m3)，大风量的废气可采用蓄热燃烧法、催化燃烧技术、光催化法、低温等离子法、生物降解法。由于一些废气浓度过低无法正常使用蓄热燃烧法、催化燃烧技术，由此产生了组合技术。在实际生产条件，外界影响因素多，VOCs成分复杂，排放浓度波动大，单一的治理技术存在一定的局限性，通常需要几种工艺进行组合。常用的组合技术有：沸石转轮+热力焚烧技术、沸石转轮+蓄热燃烧法、洗涤+高级氧化技术、滤筒除尘器+催化燃烧燃烧技术等。
2.1治理技术的选择
考虑其废气的特点，如采用吸附法，若未经过滤处理，将很快堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。若灰尘通过了活性炭，沉积在催化剂表面上，覆盖催化剂表面的活性点位，会导致催化剂丧失作用，由于重金属的作用可能导致催化剂中毒。针对此种状况，可设计采用初效过滤棉预过滤，滤筒除尘器高效除尘，蜂窝状活性炭为吸附剂，催化燃烧，即活性炭热脱附再生原理，其流程见图1。
2.2工艺原理及装置析料选型说明
2.2.1初效过滤棉
喷涂废气中的液态漆雾雾滴会被拦截，并且少量的颗粒黏附在纸壁面上，不会随气流而带走。而对于空气则没有特别的阻碍，可继续运动。当空气自由通过孔洞时，粒子吸附在过滤棉上，当达到过滤饱和，进行手动更换初效过滤棉。
2.2.2滤筒除尘器
滤筒除尘器能有效过滤0.1μm以上的颗粒物粉尘，效率高，能有效地拦截漆尘。采用滤筒过滤+自动反吹清灰装置，装置适用于粉尘量大、连续长期工作的流水线，每天下班操作工人将收集的粉尘清理出去进行专业处理，从而使粉尘不再污染周边环境，防止火灾危害。
2.2.3活性炭吸附柜
活性炭吸附柜的吸附技术是利用蜂窝状活性炭吸附剂将废气中的VOCs捕获，吸附床活性炭床达到饱和后再进行脱附使活性炭得到再生。常用的脱附方法有热气吹脱法、置换法、减压法。
2.2.4催化燃烧器
直接燃烧需将废气加热到800℃，使其完全氧化CO2和H2O，由于燃烧温度较高，容易产生热力型氮氧化物，造成二次污染。催化燃烧在燃烧系统中加入贵金属催化剂或氧化物催化剂能使VOCs氧化温度降至400℃左右，可以降低设备运行成本，可抑制氮氧化物的产生。VOCs氧化产生的热量用于热脱附活性炭吸附柜，使活性炭再生。
3实施案例及治理效果
该治理系统已于2015年在浙江省某台资美式家具厂内第7条生产线上投产运行，设置两套废气收集装置，其排风量为24000m3/h，主要污染物为甲苯、二甲苯，进气浓度为230mg/m3，设计废气处理设备采用两用一备，每个吸附单元的设计规模为6000m3/h，其布局图如图2所示。整套装置由预过滤、滤筒除尘器、吸附床、燃烧床、风机、阀门等组成。
在设计中滤筒除尘器的过滤风速取1m/min，压差1200Pa反吹清灰。本案例中采用的某环保公司规格为100mm×100mm×100mm蜂窝状活性炭，其燃点为160℃以上。活性炭界面流速取0.8m/s，5层活性炭叠加。综合考虑活性炭达到饱和工作时间长、燃烧室所需温度、废气爆炸极限、工人作息等因素，按照安全高效的原则，活性炭吸附温度控制在35℃，吸附时长24h，热脱附温度100℃，时长4h。
该系统使用5个月后的检测结果如表1所示，其治理前后车间对比如图3所示。经涂装工人反馈，废气治理效果明显，客户满意。废气经处理后的浓度低于浙江省地方标准规定的排放限值，废气达标排放;废气处理装置的效率达到95%，符合国家与地方标准。
4结论与建议
利用预处理+滤筒除尘+活性炭吸附脱附+催化燃烧治理硝基涂料家具喷涂废气，通过预处理和滤筒除尘，有效地拦截漆尘;在100℃热风的吹脱作用下，将大风量、低浓度的有机废气浓缩为小风量、高浓度的有机废气，经过催化燃烧将VOCs氧化为CO2和H2O，并保持稳定连续运行。经实际使用证明，在美式家具喷涂废气治理上，该处理工艺与传统工艺相比，该方法能有效地解决活性炭堵塞、催化剂重金属中毒问题，具有净化效率高、无二次污染、运行成本低的优点。
木质家具制造行业废气治理应该根据涂料的种类、使用的辅剂，充分了解VOCs排放浓度、物种特性、流量与漆尘，选择合适的废气治理工艺。在使用活性炭吸附时，要考虑是否有粉尘，粉尘会造成活性炭堵塞失效。在使用催化燃烧技术时，选择催化燃烧催化剂之前，应做相关的实验，根据废气特征，选择合适的催化剂，提高效率，降低成本。根据废气燃烧产生的热量，结合活性炭的燃点，选择合适的脱附温度，防止火灾发生，计算脱附时间，并设计安全断开装置。
原标题：美式家具喷涂废气治理
