王前進，劉楠楠

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

眾所周知，環(huán)境污染和環(huán)保問題一直是鑄造行業(yè)面臨的難題，在鑄造車間的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都伴隨著污染物的產(chǎn)生，主要的大氣污染物包括以下幾大類：粉塵、VOCs、NH3、三乙胺等。對于使用覆膜砂的熱芯盒、殼型等含有有機粘結(jié)劑的鑄造生產(chǎn)工藝，在制芯、制殼及后續(xù)的澆注過程中，會揮發(fā)和裂解大量的NH3和VOCs（包括甲醛、酚類等）。氨氣對人類的呼吸道黏膜有比較強的刺激作用，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致各種呼吸道疾病。甲醛對人類的呼吸道黏膜也有較強的刺激作用，長期吸入也會誘發(fā)呼吸道炎癥[1]。由此可見，采用覆膜砂鑄造工藝的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣不僅是污染環(huán)境的問題，也嚴(yán)重損害人的身體健康。同時，不友好的作業(yè)環(huán)境也會進一步導(dǎo)致車間現(xiàn)場操作工人的大量流失，降低生產(chǎn)效率，大大提高了企業(yè)的運行成本。

1 廢氣來源

覆膜砂主要由以下成分組成：熱塑性酚醛樹脂、原砂、固化劑和添加劑等。覆膜砂加熱后固化成型的基本原理為：覆膜砂受熱后，高溫使砂粒表面包覆的樹脂膜熔融，覆膜砂表層的熱塑性樹脂在由線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型時，需要補充分子之間的聯(lián)結(jié)基團，通常情況下需加入固化劑烏洛托品，在固化劑分解出的亞甲基作用下，熔融樹脂的分子結(jié)構(gòu)由線性結(jié)構(gòu)快速轉(zhuǎn)化為不熔融的體型結(jié)構(gòu)，進而使覆膜砂固化成型。

目前鑄造行業(yè)內(nèi)使用較為廣泛的覆膜砂固化劑為烏洛托品（六亞甲基四氨）。烏洛托品是由甲醛和氨在堿性溶液中反應(yīng)進行制備的。反應(yīng)式如下：

6CH2O＋4NH3→（CH2）6N4＋6H2O

烏洛托品在空氣中貯存性質(zhì)安定，加熱到100℃以上時，有少量的分解，長時間的加熱之后（40小時之內(nèi)）可以揮發(fā)分解約五分之一，當(dāng)溫度達到230℃以上時，開始加速升華，并大量分解。所以，覆膜砂在加熱固化和澆注的過程中，會向作業(yè)環(huán)境中揮發(fā)出大量的氨和甲醛等有害物質(zhì)。

2 面臨現(xiàn)狀

2017年之前，多數(shù)中小型鑄造企業(yè)因為迫于成本壓力或者總體環(huán)境下的環(huán)保意識淡薄，對這部分的廢氣處理不夠重視，往往不經(jīng)過任何措施，直接排放于室外，對環(huán)境造成了一定的影響。2017年以來，國內(nèi)環(huán)保政策趨嚴(yán)，中央環(huán)保督察持續(xù)發(fā)力，目前已經(jīng)實現(xiàn)對全國31個省份的全覆蓋，兩年來已有逾萬人被問責(zé)，而鑄造企業(yè)作為高污染企業(yè)，是環(huán)保整治的重點關(guān)注對象。

2017年，中國鑄造協(xié)會最新發(fā)布了關(guān)于廢氣排放的協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)：《鑄造行業(yè)大氣污染物排放限值(T/CFA030802-2--2017)》，其中也規(guī)定了鑄造車間各工部的VOCs的排放限值不能超過50mg/m3。

因此，做好廢氣治理的工作對企業(yè)來說是非常重要的工作，如何做好環(huán)保工作對企業(yè)來說無疑是巨大的挑戰(zhàn)，同時也是企業(yè)發(fā)展的巨大機遇。

3 治理方案

采用覆膜砂制芯、制殼模等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣濃度較低、產(chǎn)氣量大、不連續(xù)，這些特點導(dǎo)致煙氣的治理工作比較困難。為了能夠?qū)U氣進行有效的集中收集、處理以及排放，我們可以根據(jù)車間內(nèi)不同排廢區(qū)域的具體情況，有針對性的設(shè)置全封閉的室體或者半封閉+軟擋簾的室體，將排廢區(qū)域與車間其他區(qū)域分離，并配備相應(yīng)的排風(fēng)系統(tǒng)，室體上方設(shè)置頂吸式抽風(fēng)罩，發(fā)氣量較大的部位可以單獨設(shè)置側(cè)吸式抽風(fēng)罩，同時在各操作工位設(shè)置送新風(fēng)系統(tǒng)以改善操作工人的工作環(huán)境。廢氣經(jīng)過集中收集、處理及排放后將大大改善車間內(nèi)整體環(huán)境。

經(jīng)過集中收集后的廢氣，需要進一步處理后才能完成達標(biāo)排放。目前行業(yè)內(nèi)采用較多的處理方案主要有以下幾種。

3.1 吸附法

吸附法是目前處理VOCs廢氣的常見方法之一，比較適用于處理低濃度的VOCs廢氣。吸附法是利用具有多孔性的吸附材料對周圍有機廢氣的各種組份進行吸附從而達到使廢氣成分與排放氣體分離的目的，相對于其他方法，吸附法具有以下優(yōu)點：吸附效率高、無二次污染、能耗小、操作簡單等。吸附介質(zhì)是吸附法發(fā)揮作用的關(guān)鍵，通常需要具備以下特點：微孔結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、吸附容量大、易脫附再生、耐酸堿冷熱及高壓等。常用的吸附劑包括以下幾種：活性炭、活性炭纖維、沸石分子篩和氧化鋁等?；钚蕴渴且环N炭質(zhì)的多孔性吸附材料，相對其他吸附劑來說，活性炭基本具備以上所有吸附介質(zhì)的特點，對VOCs類的吸附非常有效。且活性炭原料來源廣泛，制備工藝簡單、成本較低，易脫附再生，因此，活性炭是在VOCs廢氣治理中應(yīng)用比較廣泛的吸附介質(zhì)[2]。活性炭應(yīng)用的缺點是：活性炭會隨著吸附過程的進行慢慢飽和，同時其吸附能力也會隨著已吸附有機廢氣的增多而下降，且其吸附飽和后需要更換以進行脫附再生；同時，活性炭對于NH3的吸附能力有限，因為普通的活性炭只容易吸附非極性物質(zhì)，而NH3極性較強，比較難以吸附。活性炭纖維是在活性炭基礎(chǔ)之上研發(fā)，與傳統(tǒng)的活性炭相比，具有獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，含碳量較高、比表面積更大、微孔分布更多、吸附容量也較普通活性炭更大，平均每一克的活性炭纖維在常溫下可以吸附0.2g～0.25g的有機物[3]，活性炭纖維在實際應(yīng)用中也日益廣泛。

3.2 低溫等離子技術(shù)

低溫等離子技術(shù)是基于物理、電子學(xué)和化學(xué)等多學(xué)科的新興技術(shù)，其基本原理是通過等離子反應(yīng)器中的導(dǎo)電介質(zhì)在電極周圍形成一個高濃度聚集的等離子體區(qū)，其中包含了大量的高度離子化的粒子，這些粒子具有粉碎VOCs組織內(nèi)的有機分子鏈的能量，裂解有害氣體的化學(xué)鍵能，破壞廢氣分子結(jié)構(gòu)，使其在短時間之內(nèi)進行分解并后續(xù)產(chǎn)生各種連鎖反應(yīng)，以達到去除廢氣的目的[4]。低溫等離子體技術(shù)對VOCs等廢氣的治理效果較好，對NH3也可以有效降解[5]，處理效率較高、工藝操作簡單且產(chǎn)生的二次污染少，同時該技術(shù)也有部分制約因素：易產(chǎn)生火花放電，存在危險性；對設(shè)備的架構(gòu)設(shè)計和制造精度要求比較高等。

3.3 光氧催化技術(shù)

光催化氧化技術(shù)在環(huán)境治理領(lǐng)域，包括污水處理、空氣治理和保潔除菌等多方面都有大量的應(yīng)用，其基本原理是：催化劑在一定波長的光照條件下，可以激活催化劑的光催化活性，使吸附在其表面的VOCs和氨發(fā)生氧化反應(yīng)，最終將其氧化為二氧化碳和水及其他無機小分子。目前應(yīng)用的光催化劑大多數(shù)為半導(dǎo)體材料，常見的有TiO2、ZnO等十余種，其中的TiO2相較其他幾種光催化劑，具有更好的光穩(wěn)定性，使用壽命長，價格比較合理，應(yīng)用較為廣泛。同時，TiO2負載到活性炭、有機纖維、硅藻土等復(fù)合光催化材料的催化性能也被廣泛研究[5][7]。光催化氧化技術(shù)的降解過程中沒有二次污染且反應(yīng)過程比較容易控制，相信隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸成熟，光催化氧化技術(shù)會在治理廢氣的應(yīng)用中越來越廣泛。

3.4 植物提取液霧化處理技術(shù)

天然植物提取液是從特定的植物根莖葉中萃取的汁液，經(jīng)過專業(yè)的配方制備而成的植物除臭劑，其物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無危害，可被自然界中生物完全降解，與廢氣分子反應(yīng)以后不會產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物，無二次污染。植物提取液與廢氣污染物成分的反應(yīng)原理主要包括[8]：催化氧化反應(yīng)、酸堿反應(yīng)、吸附與溶解、脂化反應(yīng)等，可有效對各種污染氣體同時進行治理。

在實際應(yīng)用當(dāng)中，天然植物提取原液通過專用設(shè)備按實際需求稀釋到一定比例后，利用專用的霧化設(shè)備將稀釋后的提取液進行霧化，用適當(dāng)數(shù)量的噴嘴將其噴灑于需要處理廢氣的位置，使之與廢氣的進行中和分解反應(yīng)。使用過程中，可以根據(jù)實際廢氣排放量和濃度，適當(dāng)調(diào)節(jié)原液的稀釋比例以及噴頭的數(shù)量及位置，有針對性的對VOCs和氨氣進行治理。目前利用天然植物提取液的廢氣治理技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用也日益廣泛。

4 展望

在當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)保形勢下，國內(nèi)的環(huán)保法規(guī)日漸嚴(yán)格，人們的環(huán)保意識不斷增強，廢氣的治理工作更是刻不容緩。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，廢氣治理技術(shù)水平也會隨之不斷的提高，相對于單一的處理方式，多種廢氣治理技術(shù)的并聯(lián)應(yīng)用，也可以進一步提高廢氣治理的凈化效果。同時，從源頭上減少廢氣的排放，開發(fā)及使用環(huán)保型低氨覆膜砂和無機砂也是我們探索的方向。

“綠水青山就是金山銀山”，生態(tài)環(huán)境的保護需要我們將其擺放在更重要的位置，建設(shè)美麗中國，實現(xiàn)綠色鑄造，不僅需要黨和政府的領(lǐng)導(dǎo)，更需要我們行業(yè)共同的努力。

[1] 宋東方，張大偉，王文富，等.探討有機廢氣的處理［J］.科技世界，2012，9（25）：305-306.

[2] 許偉，劉軍利，孫康.活性炭吸附法在揮發(fā)性有機物治理中的應(yīng)用研究進展［J］.化工進展，2017，35（4）：1223-1229.

[3] 劉松華，周靜.光氧催化+活性炭吸附工藝應(yīng)用于含異味有機廢氣的處理［J］.污染防治技術(shù)，2015，28（2）：37-38.

[4] 張貴劍，李凱，林強，等.低溫等離子體技術(shù)脫除大氣污染物的研究進展［J］.材料導(dǎo)報，2015，29（1）：137-142.

[5] 李國平，胡志軍，李建軍，等.低溫等離子體氧化氨氣影響因素及動力學(xué)研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2014，8（7）：2963-2968.

[6] 究湯斌，張慶慶.一種新的二氧化鈦負載膜的制備及其光催化特性研[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報，2005，2(20)：1-3.

[7] 王娟，魯立強，沈翔，等.硫摻雜二氧化鈦負載硅藻土復(fù)合光催化劑光降解苯酚的研究[J].材料導(dǎo)報，2011，5(25)：110-114.

[8] 袁為嶺，黃傳榮.植物提取液處理惡臭氣體的研究進展［J］.化工環(huán)保，2005，25（6）：441-445.