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涂裝行業中小微企業VOCs廢氣整體解決方案

涂裝行業中小微企業VOCs廢氣整體解決方案

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隨著我國涂裝行業的快速發展,中小微企業群體日益壯大,由于企業規模小,生產方式粗放,印刷、噴涂普遍以開放式人工作業為主,污染控制水平不高,無組織排放嚴重,由此產生的揮發性有機物(VOCs)所帶來的環境問題也日益受到關注。

為貫徹落實《工信部、財政部關于印發“重點行業揮發性有機物削減行動計劃”的通知》(工信部聯節〔2016〕217號),切實減少印刷包裝、涂裝等行業的揮發性有機物排放總量,結合2017年2月開始實施的江蘇省《表面涂裝(家具制造業)揮發性有機物排放標準》(DB32/3152-2016),根據環保局的要求,決定對印刷包裝、涂裝等行業的揮發性有機物實施綜合整治。

本文針對中小微企業的特性,貫徹環保治理要求,結合實際工程案例,提出經濟適用的整體解決方案。

一、廢氣來源

車間的廢氣主要來源于噴涂、干燥過程,所排放的污染物主要為:噴涂時產生的漆霧和有機溶劑,干燥揮發時產生的有機溶劑。漆霧主要來自于空氣噴涂作業中溶劑型涂料飛散的部分,其成分與所使用的涂料一致。有機溶劑主要來自于涂料使用過程中的溶劑、稀釋劑,絕大部分屬揮發性排放,其主要的污染物為二甲苯、苯、甲苯等。這些成份對人的健康和生活環境有害,并且有惡臭,人如果長期吸入低濃度的有機廢氣,會引發咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫等慢性呼吸道疾病,是目前公認的強烈致癌物。

二、企業現狀

2.1經濟方面

由于企業規模小,效益不穩定,經濟能力一般,不能承受高昂費用的環保設備。

2.2工藝設施

多數企業印刷、噴涂工藝簡單落后,主要以開放式人工作為為主,選用的油墨、涂料也多是溶劑型產品。少數企業配有專用作業區和廢氣處理設施,但是作業區不規范、不密閉,處理設施簡單落后、功能單一,不能滿足現行的環保治理要求,并且現場缺乏管理,散亂污現象較為嚴重,部分危險品沒有合理安置,存在一定的安全隱患。

2.3運行工況

由于機械行業的特殊性,多數企業不能形成流水線作業,多為階段性噴涂作業。通過與多家企業的溝通交流,收集到大致的運行工況數據,見表1所列。

三、整體解決方案

VOCs廢氣的整體解決方案主要有廢氣減排、廢氣收集、廢氣治理和管理監控四個方面。

3.1廢氣減排

3.1.1使用清潔環保原料

根據工藝的不同,推薦使用低VOCs含量的環保型原料,替代原有的溶劑型原料。例如印刷包裝行業選用水基型、熱熔型、無溶劑型、紫外光固化型、高固含量型和生物降解型膠黏劑,油墨選用水性油墨、UV油墨、凹印油墨、輻射固化油墨等;涂裝行業選用水性涂料、粉末涂料、高固體分涂料、無溶劑涂料、UV涂料等綠色涂料產品。

 

由于近年環保問題凸顯,國家強力推行環保涂料的應用,目前新建生產線環評均要求使用環保涂料,由于水性涂料適用性強、價格合理,已逐漸普及到各涂裝行業。其主要成分是水,溶劑含量為10%-25%,遠遠低于溶劑型涂料。使用水性涂料,可以從根源上減少廢氣中VOCs的排放量。各種涂料的VOCs含量參考值(《江蘇省重點行業揮發性有機物排放量計算暫行辦法》)見表2所列。

3.1.2工藝改進優化,提高原料利用率

鼓勵企業實施連續化、自動化技術改造,推廣使用靜電噴涂、淋涂、輥涂、浸涂等涂裝效率較高的涂裝工藝,推廣使用先進的工藝技術,優化工藝和設備。

涂裝過程中常以噴涂形式使用涂料,在噴涂過程中產生較多漆霧,漆霧是噴漆廢氣中的顆粒物來源,因此,提高涂料利用率可以大大降低廢氣中的顆粒物,降低廢氣處理難度。不同噴涂方法的涂料利用率見表3所列。

由表3可以看出,只有采用大容量低壓空氣噴槍或靜電噴涂才能滿足至少65%的涂料利用率。除此之外,采用機器人噴涂也可以提高涂料利用率,目前國內涂裝行業正在推行內噴機器人,即整條涂裝線噴涂實現無人化,全部使用機器人噴涂,極大地提高了涂料的利用率。

3.2廢氣收集

 

目前多數企業采用露天噴涂作業,沒有任何廢氣收集設施,有機廢氣直接散發至大氣中。少數企業采用集氣罩形式進行廢氣收集,一般的集氣罩廢氣收集效率只有30-50%,未收集氣體仍以無組織形式存在于大氣中,遠遠不能達到廢氣收集的要求。只有收集的廢氣才能進行治理,因此鼓勵企業實施密閉化生產過程,設置密閉獨立的作業區,配備高效的有機氣體收集裝置,形成密閉式負壓收集狀態,車間揮發的有機廢氣需經抽風系統集中抽排,并與生產過程同步運行,杜絕露天和敞開式噴涂作業。車間應配備良好的通風設備,廠區內車間外的空間無明顯異味。

3.3廢氣治理

3.3.1廢氣治理技術分析

 

目前,廢氣治理行業公認的處理技術可分為回收技術和銷毀技術,整體的VOCs污染防治技術具體細分見圖1 

3.3.1.1吸收法是利用低揮發性或者不揮發的有機溶劑對VOCs進行吸收處理,由于在廢氣處理過程中添加了有機溶劑,產生混合溶劑廢水等二次污染,不符合清潔生產理念,并且常規的機械企業不具備廢水處理能力,所以不適合涂裝行業。

3.3.1.2吸附法是利用固體吸附劑(活性炭、分子篩等)對污染物進行吸附凈化。雖然吸附法工藝成熟,有一定的處理效果,設備投入適中,但是吸附劑是易耗品,雖然可以配置吸附劑再生功能,但再生后的吸附劑性能下降幅度大,壽命短,更換下來的吸附劑屬于危廢品,需要投入額外的處理費用,而且一般設備體積比較大,占地較多,而多數機械企業內部用地緊張,不能提供過大的空間用于放置廢氣處理設備,所以不適合涂裝行業。

3.3.1.3冷凝法是通過降低溫度,使VOCs廢氣由氣態轉變為液態,雖然可以起到回收的作用,但是其回收率不高,一般只有40-60%,并且只適用于高濃度的廢氣預處理,所以不適合涂裝行業。

3.3.1.4膜分離法是利用膜對不同物質的選擇性穿透的能力來進行VOCs的治理,設備投入較高,并且膜的選擇性能力有一定的局限性,所以不適合涂裝行業。

3.3.1.5燃燒法以及催生的活性炭吸附/沸石轉輪吸附+RTO/RCO,是目前公認的VOCs治理最為徹底的技術,但是其設備投入高,通常100-500萬不等,設備占地也較大,遠遠超出中小微企業的經濟承受范圍,所以不適合中小微企業。

3.3.1.6生物法是利用微生物代謝活動降解VOCs.將其轉化為無害的小分子物質的工藝,因生物菌種對有機物的消化具有很強的專一性,對環境條件比較敏感,而且在降解過程中會產生大量排泄物,造成固廢污染,整體設備占地大,所以不適合中小微企業。

3.3.1.7低溫等離子技術是利用介質放電產生的帶有極高溫度的等離子體以極快的速度反復轟擊廢氣中的氣體分子,去激活、電離、裂解廢氣中的各種成分,通過氧化等一系列復雜的化學反應,使復雜大分子污染物轉變為一些小分子的安全物質(如二氧化碳和水),或使有毒有害物質轉變為無毒無害或低毒低害物質。雖然該技術VOCs去除效率高,但是其等離子體溫度高,處理易燃易爆揮發性有機物時存在很大的安全隱患,因此天津市安監局印發的《關于吸取事故教訓開展環保治理設施專項安全檢查的通知》中,官方首次叫停低溫等離子技術。

3.3.1.8UV光解技術是利用高能UV紫外線使有機氣體分子發生裂解,化學鍵斷裂,形成游離狀態的原子或基團(C*H*O*等),同時,混合氣體中的氧氣被紫外線光裂解形成游離的氧原子并結合生成臭氧【UVO2O-O*(活性氧)O*O2O3(臭氧)】;混合氣體中的水蒸氣被紫外線光裂解產生羥基【UVH2OHOH-(羥基)】,而這些生成的臭氧和羥基具有極強的氧化性,可將廢氣分子裂解產生的原子和基團氧化成H2OCO2等無污染的低分子化合物。

3.3.2整體方案開發

現有集廢氣收集和處理的成套裝置,整套裝置廢氣收集效率達90%以上,廢氣處理效率達95%以上,廢氣排放滿足現行排放標準。充分考慮中小微企業的實際情況,設備價格經濟合理,安全性高,占地面積小,適應性強,運行成本低,日常維護簡單方便。

 

整套裝置由ALF-PF密閉噴漆房、ALF-AH除塵過濾、ALF-UV光解、ALF-AC活性炭吸附、管路、風機組成。

四、工程案例

江蘇省張家港市某機械企業對其噴涂工藝產生的揮發性有機物進行綜合整治。通過技術交流,現場考察,確定整體治理方案,安裝調試完畢后,由第三方檢測機構現場檢測,檢測數據滿足現行的各項政策標準內的排放指標。

現對該公司的整體治理方案進行簡要說明。

4.1涂料方面

 

該機械企業原本使用溶劑型涂料進行噴涂作業(具體參見表4),在噴漆+晾干過程會產生有機廢氣,主要成分為:漆霧顆粒物、甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、環已酮及其他有機廢氣。按照《江蘇省重點行業揮發性有機物排放量計算暫行辦法》估算,揮發性有機物產生量為:底漆3*70%+面漆3*60%+稀釋劑2=5.9噸。

其使用不含苯類成分的水性涂料,從源頭控制揮發性有機物的產生量。水性涂料信息參見表5

4.2廢氣收集

綜合考慮客戶的噴涂工藝和工件大小,結合相關環保要求,選用全密閉噴漆房作為噴漆作業區,噴漆房呈微負壓狀態,密閉操作時基本無外逸有機廢氣,廢氣收集效率達90%以上。

噴漆房大小L7000*W4000*H3500mm,處理風量為30000m3/h,噴漆工段階段性作業,年作業時間約300h

4.3廢氣治理

 

采用干式漆霧過濾器+UV光氧催化+活性炭吸附聯合處理工藝,對噴涂廢氣進行處理,處理效率達95%以上。噴漆過程產生的漆霧和揮發性有機物經抽風系統送入干式漆霧過濾器除去大部分漆霧和顆粒物,剩余氣體進入UV光催化氧化設備,運用高能UV紫外線光束及臭氧對有機氣體進行協同分解氧化反應,使其降解化成低分子化合物,剩余未來得及反應的廢氣及臭氧同時進入活性炭設備,活性炭起到緩沖作用,經活性炭充分吸附凈化后經15m高排氣筒達標排放。詳細數據參見下列表格。

五、結語

 

減少揮發性有機物的排放既是企業技術發展的方向,也是企業的責任。企業應根據自身產品特點和運營狀態,選用合適的環保涂料,購置性能可靠、經濟實惠的廢氣收集處理成套設備,采用規范有效的管理監控,保障廢氣處理裝置的長效穩定運行,確保廢氣排放滿足國家和地方排放標準,保護地球環境,創建和諧社會。

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