喷漆工艺有机废气治理方法浅析

王蓓蕾，张艳茹

（陕西陆环环保工程有限公司，陕西 西安 710000）

随着国内经济的迅速发展，人民生活水平的不断提高，日常生活中对汽车制造、机械制造、家具制造等行业的需求越来越大，其制造过程中通常采用喷漆工艺对表面进行涂装，以增加其耐磨性、耐腐蚀性及装饰性。喷漆过程中产生的挥发性有机废气进入大气环境后，不仅会直接形成大气污染，同时在紫外线的作用下，还会与其他污染物结合，产生二次污染，从而对大气环境产生非常大的影响。另外采用油性涂料作为原料时，喷漆时产生的有机废气中苯、二甲苯等的毒性较大，对人体健康也会造成威胁，因此，采取有效的治理方法对喷漆时产生的有机废气进行处理，不但可以减少大气污染，同时也可以降低人体暴露的危险，从环境保护角度看，其意义十分重大。

1 喷漆工艺有机废气概述

喷漆工艺通常采用高压方式在加工对象表面形成一层漆膜，该工艺中产生的有机废气主要来源于原料中的有机溶剂在喷漆及烘干工序中的挥发。目前，喷漆使用的原料通常分为溶剂型涂料和水性涂料，溶剂型涂料在使用时需要加入固化剂和稀释剂，形成的挥发性有机废气主要包括甲苯、二甲苯、乙苯、非甲烷总烃（包括醇类、醛类）等。水性涂料以水为溶剂，形成的挥发性有机废气主要为非甲烷总烃（包括醇类、醛类）。由于挥发性有机物本身具有较易挥发的特性，经常参与到大气环境中O3以及二次气溶胶的形成过程中[1]，造成二次污染。因此，从环境保护的角度，对喷漆工艺产生的挥发性有机废气进行治理，可以减少对大气环境的污染，同时降低对人体的危害。

2 常用的有机废气处理技术

按照使用原料的不同以及废气产生浓度的不同，目前国内比较常用的有机废气治理方法主要有吸附法、冷凝回收法、燃烧法、生物法等，在此基础上，对于一些低浓度挥发性有机物的处理上，还会采取两种方法联合处理的方式。

2.1 吸附法

吸附法主要利用具有吸附功能的吸附剂对挥发性有机废气进行吸附，目前最为常用的吸附剂主要为活性炭和沸石分子筛。活性炭具有丰富的微孔、介孔结构，具有表面积大、吸附容量高的优点，按其形态又分为颗粒活性炭、蜂窝活性炭和纤维活性炭等，既可单独进行吸附处理，也可以用于吸附浓缩，后续与燃烧法配合处理挥发性有机废气；缺点主要有占地面积大、不耐高温、再生次数有限、形成危险废物造成二次污染等[2]。沸石分子筛具有较高的选择性吸附作用，且耐高温，同样也可与燃烧法配合处理挥发性有机废气。

2.2 冷凝回收法

冷凝回收法是利用有机废气的化学性质，采取加压冷却的方式通过降低其温度促使挥发性有机化合物气体量达到饱和，使其转化为液态从而从空气中分离出来，达到有机物回收二次利用。冷凝回收技术的核心流程为预处理、吸附、脱附、冷凝回收，预处理主要进行温湿度条件和除尘工作，降低对后续吸附的冲击；吸附、脱附通常采用活性炭作为介质，活性炭吸附饱和后，有机废气通过脱附进入冷凝系统中，经冷却液冷凝后得到冷凝回收液[3]。

冷凝回收法常用于高浓度、低温、小分量、组分单一、各组分沸点接近且有机废气中的有机物具有可回收价值的情况，不适宜处理低浓度挥发性有机废气[2]。

2.3 燃烧法

燃烧法常用的有催化燃烧法、直接燃烧法和蓄热式燃烧法。催化燃烧法是在催化剂的作用下，通过降低化学反应活性，确保其可以在250～300 ℃的起燃温度下进行无火焰燃烧，并在固体催化剂的表面与有机物质发生氧化，产生大量的水和二氧化碳，同时释放热量[4]；催化剂通常以Pd、Pt等贵金属为活性组分，以过渡金属氧化物、分子筛等为载体。直接燃烧法是利用燃气或燃油等辅助燃料与挥发性有机废气混合进行燃烧，使挥发性有机废气在高温作用下完全分解为二氧化碳和水的处理方法，通常可以采用直接燃烧法进行处理的挥发性有机废气，其组分中可燃组分占比较高，或者氧化反应可以释放的热量比较高[5]。蓄热式燃烧法在直接燃烧法的基础上增加蓄热室，以蓄热材料替代热交换器，其运行原理是利用蓄热材料在特定温度（如相变温度）下发生物相变化，并伴随着吸收或放出热量的特点，通过调节废气的进气和排气，使蓄热材料不断吸收和放出热量，从而降低辅助燃料的使用量，提高能源利用率，达到节能的效果[6]。

燃烧法主要适用于中、高浓度有机废气的处理。由于燃烧法对有机废气浓度、可燃组分占比或氧化反应释放的热量有较高要求，因此，在喷漆行业的实际应用中，多与活性炭、沸石分子筛等吸附技术进行联合处理。

2.4 生物法

生物法的处理原理主要是通过微生物的分解，将有机废气氧化分解为二氧化碳和水，该处理方法的优点是成本低、不易产生二次污染，但其对需要处理有机废气的要求较高，一方面要求处理的有机废气具有一定的水溶性和生物降解性，另一方面生物反应所需时间较长而操作维护较复杂，主要用于处理中、低浓度的有机废气[7]。

3 有机废气处理技术在喷漆行业中的应用

我国国内使用喷漆工艺的行业主要有汽车制造、家具制造、工程机械制造及其他工业涂装行业，包含了大型设备的喷漆及小型家具、机械的喷漆，其主要特点是有机废气产生浓度低，处理量大。目前，使用比较成熟且有效的方法主要为吸附法+燃烧法处理或者吸附法处理。

3.1 吸附法+烧法应用

对于吸附法+燃烧法，通常燃烧法可采取催化燃烧或直接燃烧，即吸附法+催化燃烧法或吸附法+直接燃烧法，使用中，通常利用活性炭或沸石分子筛等吸附剂的吸附作用对低浓度有机废气进行吸附，吸附剂吸附饱和后，进行脱附，此时低浓度废气经过吸附+脱附过程后浓度提高，达到燃烧法的浓度要求并进行处理后，可以转化为二氧化碳和水。

该方法结合了吸附法和燃烧法的优点，解决了吸附法活性炭更换周期短、频率高、会产生大量危险废物而导致二次污染的缺点，同时经过燃烧法处理后，处理效率大大提升。两种方法最大的区别主要在于燃烧温度，直接燃烧法是在空气中直接点燃有机废气中的可燃物或者辅以燃料，从而达到有机废气分解的目的，燃烧温度高且能源消耗大；而催化燃烧相比之下其优点是安全性高、燃烧温度要求低。不管采取哪种燃烧方法，吸附法+燃烧法对废气的处理效率都是很高的。但由于设备投资较大、运行费用较高，多用于汽车制造、工程机械制造等大型、中型规模工业的涂装行业。

3.2 吸附法应用

吸附法多采用活性炭或分子筛作为吸附剂，可设置二级吸附，一方面增加吸附效率，另一方面第二级吸附可以作为第一级吸附的一种保障措施。其相对于吸附法+燃烧法来说，具有占地面积小、操作简单的优点，常用于家具制造及其他小型涂装行业。

4 结论

随着我国生态环境保护意识的提升，各项大气治理措施技术也在不断发展，国内目前对于喷漆工艺有机废气的处理技术也比较成熟。随着对燃烧技术及吸附剂研究的不断深入，一方面不断解决燃烧技术中能源消耗及催化剂问题，逐步降低运行费用，另一方面通过使用不同形态的吸附剂在相同体积下增加吸附量、减少危险废物产生量。在大力发展有机废气治理技术的同时，从源头控制有机废气产生量，研发出更多含有机溶剂浓度低的溶剂涂料及水性涂料，同时要控制排放量、提高处理效率，才能保证涂装行业的可持续发展。