4S店涂装废气处理研究进展

白　瑞

(重庆工商大学环境与资源学院，重庆　400045)



4S店涂装废气处理研究进展

白瑞

(重庆工商大学环境与资源学院，重庆400045)

随着人们需求的增长，汽车在家庭中逐渐普及，而汽车4S店在喷涂环节产生的污染也日渐引起人们的重视。本文着重分析和对比了吸附、吸收、冷凝、氧化、低温等离子和生物法等汽车喷涂工艺过程中废气污染的处置方法，并在此分析基础上介绍了一种新的治理措施：土壤微生物法，本次研究成果可为4S店的喷涂废气环境治理研究提供参考。

涂装废气；生物流化床；二甲苯；土壤微生物法

当汽车在4S店维修时，往往需要对汽车进行烤漆和喷漆作业，而汽车4S店在进行烤漆喷漆作业过程会产生大量的强烈刺激性气味的气体。这些气体中含有大量的苯、甲苯、二甲苯等苯系物等VOCs气体[1-2]。该类气体一旦未经处理直接排入环境中，将会对长期暴露于这些气体中的人群产生严重危害[3-7]。

4S店的涂装废气严重地污染环境，对涂装废气的治理十分重要。本文通过对涂装废气中主要污染物质的各种处理技术的综述，以及涂装废气行业的近期国内外发展的对比，提出一些涂装废气处理技术可能的发展趋势。

1　涂装废气现有处理技术

近年来，外许多学者对汽车4S店涂装废气和含苯系物废气的治理技术进行了研究，较早的一些传统技术有吸附、吸收、冷凝等。近年出现的新技术有直接氧化、光催化氧化、低温等离子体、微生物处理等。

1.1吸附法

有机废气的吸附法主要有化学吸附法和物理吸附法。

崔庆华等[8]选择柠檬酸钠、干薄荷提取液等五种吸收剂，优化了实验条件。结果表明：相比之下，BDO的吸收效率较好，在工程应用上，其具有处理成本低、效率高等优点。陶德东等[9]对二甲苯废气进行去除实验。分别研究了添加无机盐等对柠檬酸钠吸收剂去除二甲苯效果的影响。实验结果表明当8%柠檬酸钠吸收剂分别添加1.5%Tween-80、1.5%Span-80、0.5%硅酸钠、0.5%磷酸钠对二甲苯去除效率显著提高。

物理吸收法成本低操作容易，在简易处理中被广泛使用。活性炭是吸附法常用的物质之一。颗粒状活性炭亲和力好、气孔均匀，由于气体处理时通过距离较长，去除率较低。纤维状活性炭气孔孔径小，直接向外，吸附过程较快。活性炭吸附法用于4S店废气处理，其去除效率可达90%～95%，且价格便宜，但存在以下缺点：随时间增长吸附效率降低；使用时间有限；需要定期更换；再生处理麻烦；吸附后作为危废处理需要成本。为提高活性炭的苯吸附容量，

Yao等[10]通过碱液改性活性炭，经改性后对苯吸附容量与表面积可达1210 m2/g和423 mg/g。Tham等[11]通过H3PO4溶液改性，制备了一批活性炭(DSAC)，并考察了不同活性炭对不同含量甲苯废气的去除效果，结果得到活性炭的最大BET比表面积可达1404 m2/g，最高的甲苯脱除效率为30%H3PO4时。

活性碳纤维是，用超细纤维如粘胶丝等，经高温炭化，再用水蒸气活化制成的第三代活性炭产品[11]。活性炭纤维的微孔直接通向外表面，吸附质分子内扩散距离较短，与一般活性炭吸附能力相比要高1～10倍[12]。

1.2吸收法

吸收法是利用相似相容原理，用物理和化学性质相近的物质来吸收含苯系物废气。吸收法有设备结构简单、维护容易、工艺简洁、易于操作、成本低等优点，但存在以下制约因素：吸收剂的选择、吸收剂的回收、再生和二次污染的治理等，使其应用受到限制。陈伟等[13]设计了一个以废机油和铁屑做成一个循环喷淋装置(见图1)，利用相似相容原理使废气被吸收。实验得到结果显示，苯、甲苯、二甲苯的去除效率均能达到90%以上。该装置具有占地小、以废治废等优点，但也有吸收过程存在有机气体挥发等缺点。

图1　循环喷淋装置

朱勇军等[14]用柠檬酸钠水溶液、Tween-80水溶液、新型矿物油及新型矿物油-水作为研究对象，实验研究对比了几种吸收剂对二甲苯废气的吸收效果。实验结果表明：檬酸钠水体系对二甲苯废气吸收能力有限，加入盐类可小幅增强其水体系对于二甲苯废气的吸收效果，其中Tween-80水溶液吸收剂对二甲苯废气吸收率较柠檬酸钠水体系高；新型矿物油-水混合吸收剂中单位体积的吸收率较新型矿物油吸收剂提高46%，且具有再生、成本低等优点。

1.3冷凝法

冷凝法的原理是利用含苯系物废气中蒸汽压不同，通过条件物理性质使污染物凝结，使废气得到中的有用成分得到回收，使废气得到净化。李红霞[15]研究的二级冷凝工艺处理苯系物废气结果表明能够达标排放。冷凝法处理研究主要是冷凝器的设计方面，通过改变冷凝器的结构和散热等达到冷凝回收有用物质等效果[16-17]。但是由于汽车涂装废气中的污染成分复杂，有毒物质太多，此方法容易带来二次污染，所以在环境监管严格过后很少再被使用。

1.4氧化法

目前常用的汽车喷涂废气氧化处理措施有：蓄热式热力氧化技术(RTO)[18](见图2)、催化氧化等。

蓄热式热氧化器是一种处理中低浓度有机废气的装置。适用于有机废气浓度在1.0×10-4～2.0×10-2之间的废气。

光催化氧化技术已广泛应用于废水的处理，而利用用其处理VOCs废气属于新型技术。在光照环境中，TiO2等半导体材料会产生氧化能力强、直接将苯系物转化为无毒无害的无机物的自由基活性物质[19]。这种方法不仅反应速度快、处理效果好，还有易回收、不受溶剂影响等优点。

姚振华等[20]用二氧化锰/石墨烯臭氧催化氧化甲苯，实验结果表明：MnO2均匀且较为牢固地锚定于石墨烯表面，同时MnO2的沉积阻止了多层石墨烯的复合，从而使得复合物具有较大的比表面积。相同条件下，MnO2/石墨烯相较于单纯 MnO2或石墨烯具有很好的臭氧催化氧化甲苯性能。Lu SY等[21]用钨和五氧化二钒为载体催化纳米级二氧化钛，提高了含苯废气的降解效率。

1.5低温等离子体法

低温等离子体技术是通过放电的方式，在得到大量的高能电子和超氧粒子、羟基自由基粒子等活性粒子，将苯废气中的苯系物等废气转化为CO2、H2O等无害或低害物质。

施耀等[22]用纳米TiO2/SMF电极等离子体催化降解油漆废气，该研究结果表明，纳米TiO2/SMF电极比未处理的SMF 取得了更高的降解效率，二甲苯降的解效率最高可达92.1%；并且载气中的氮气可以极大地提高纳米TiO2/SMF催化电极的催化活性。梁文俊等[23]用低温等离子体协同钒钛催化剂降解甲苯，结果表明：填充钒钛系催化剂对甲苯的降解有明显的促进作用，能量密度和臭氧生成量有所降低，能量效率有明显提高。甲苯降解效率随反应时间延长而缓慢下降，最开始的100 min内甲苯降解率从87.5% 下降至83.6%，900 min内平均效率能达到83%。Jiang N等[24]用银-锶双金属等离子催化降解含苯废气，降解效率能达到96.2%。

1.6生物法

生物处理工艺根据系统的运转情况和微生物的存在形式可分为生物过滤塔系统[25]、生物洗涤塔系统[26]和生物滴滤塔系统(BTF)[27]。生物处理法二次污染小、运行费用低，适用于中、低浓度有机废气处理。但气体必须具备水溶性和生物可降解性，反应器启动和废气处理过程需要的时间较长，还必须提供微生物生存的必要条件。

生物法处理含苯系物废气的原理是通过控制环境条件，驯化出特定的微生物，微生物利用废气中苯系物作为碳源和能源，维持生命活动，同时将其转化为CO2、H2O等无机物，从而达到净化的目的。生物法处理废气在国外已经相当成熟，近年来逐渐有人用于含苯系物废气处理研究。

周敏等[28]用生物滴滤床处理甲苯废气，实验表明，处理效果明显，能达到93%去除率。孙珮石等[29]用生物滴滤床处理含苯废气，结果表明，去除效率可保持在90%左右。徐孟孟等[30]用滤袋式膜生物反应器净化二甲苯实验结果表明：在4～9 ℃的低温条件下，二甲苯的去除能力随着停留时间、进气负荷的增大而提高，最大去除能力可达到74.3 g/(m3·h)，去除苯系物效率能达90%，与一般生物滴滤塔的运行性能相当。在该方法中，微生物主要附着在滤袋表面，且生长良好。R.A.Pandey等[31]用生物过滤器处理含苯废气处理利率能达到97%。

2　土壤微生物处理法

土壤微生物对污染物质的降解能力好，土壤法处理废气过程中，在废气中的有机成分在被吸附的同时，微生物对其进行降解。早在1996年韩国人成日至[32]报道，韩国用土壤微生物来处理企业生产中产生的有毒气体。利用多种具有分解废气能力的微生物，去除化学工厂和食品工厂排放的废气中的重金属及煤烟的臭味，除臭率达到99.9%。其设计原理是：将废气加压后透过土层，使原有成分被粒子吸附或被土壤中的水分溶解，再被土壤中的微生物氧化分解。具体处理过程：将废气加压，按顺序通过沙子、磨砂土混合层、一般砂层和培养微生物的磨砂土层这四个土层，将重金属和有毒物质的臭气、毒气除掉，成为清洁气体排入大气。利用这种土壤微生物废气处理设备处理毒气，只需要七年更换一次微生物和土壤，即可持续使用，是一种半永久性设备。

在此设备基础上进行改进，如改变土壤成分或各层填料布局，并驯化不同种类的微生物来处理特种废气或混合废气。该类研究方向目前尚处于起步阶段。

3　结　语

随着社会发展的加快，人们对生活和工作环境要求逐渐变高，涂装废气中产生的高危害性VOCs气体产生的高危害性也越来越受到重视。中国对VOCs的治理与管理较弱薄弱，但随着大气污染的日益严重，国家对废气排放及处置管理力度日趋严格。环保部在2014年出版了《重点行业VOCs控制技术指南》，末端治理要求逐步提高。本文就含苯系物废气的治理研究进行综述，可以为含苯系物废气的治理提供参考。

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Research Progress on Coating Waste Gas Treatment in 4S Shops

BAI Rui

(College of Environment and Resources, Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400045, China)

The pollution in automobile 4S shops attracted people’s attention with people’s demand increasing and the popularization of cars upon family. The adsorption, absorption, condensation and oxidation, plasma and in car spraying processes such as biological waste gas pollution disposal methods were analyzed and compared, and a new governance measures was proposed, on the basis of analysis of soil microorganisms, 4S shop of spraying waste gas and environmental governance will provide references.

coating exhaust gas; biological fluidized bed xylene; soil microbial method

X701

A

1001-9677(2016)013-0038-03