陶美

（中藍(lán)連海設(shè)計研究院有限公司，江蘇連云港 222000）

0.引言

縱觀現(xiàn)階段涂料行業(yè)發(fā)展，零排放、零污染已然成為涂料企業(yè)的發(fā)展核心目標(biāo)。作為我國重點發(fā)展行業(yè)之一，控制涂料行業(yè)有機(jī)廢氣的排放愈發(fā)受到人們的重視。而要想維持涂料行業(yè)的穩(wěn)定、長久發(fā)展，需在嚴(yán)格遵循新的排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，充分利用先進(jìn)技術(shù)來強(qiáng)化有機(jī)廢氣處理，通過綠色生產(chǎn)來助力我國環(huán)境友好型社會建設(shè)。因此，探討相關(guān)治理技術(shù)在涂料行業(yè)有機(jī)廢氣處理中的應(yīng)用，對助力涂料行業(yè)的綠色化、健康化發(fā)展有著重要影響。

1.涂料行業(yè)有機(jī)廢氣污染情況

現(xiàn)階段我國涂料行業(yè)溶劑型涂料產(chǎn)量在總產(chǎn)量中占比超過52%，而因有機(jī)溶劑的大量應(yīng)用，使得涂料行業(yè)有機(jī)廢氣排放呈現(xiàn)出逐年提升的態(tài)勢，并成為大氣VOCs的主要污染源之一[1]。相關(guān)研究表明，2020年我國涂料產(chǎn)量超過1300萬t，經(jīng)計算得知有機(jī)溶劑使用量超過700萬t，相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計顯示，我國VOCs排放中涂料行業(yè)排放量占比超過13%，由此可見涂料行業(yè)有機(jī)廢氣排放亟需得到有效控制。涂料行業(yè)有機(jī)廢氣中有害物質(zhì)組分包括二甲苯、丁醇、甲苯、乙酸丁酯等，且涂料生產(chǎn)期間研磨、混合等工序成為細(xì)微粉塵的主要產(chǎn)生途徑，經(jīng)監(jiān)測得知有機(jī)廢氣中粉塵濃度為200mg/m3～680mg/m3，VOCs濃度處于100mg/m3～600mg/m3范圍內(nèi)，流量則處于5000m3/h～10000m3/h，整體特點表現(xiàn)為濃度低、分量大[2]。

2.涂料行業(yè)有機(jī)廢氣治理技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 直接焚燒法

當(dāng)前有機(jī)廢氣處理中直接焚燒法的應(yīng)用較為常見，主要是通過高溫環(huán)境來直接處理廢氣，經(jīng)高溫焚燒后將有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)化為水與二氧化碳，在一定程度上降低有機(jī)廢氣排放對大氣環(huán)境造成的危害和影響。相較于其他處理技術(shù)，直接焚燒法在成本控制、操作便捷性等方面存在顯著優(yōu)勢，可在短時間內(nèi)進(jìn)行有機(jī)廢氣的靈活、簡單處理。而該方法應(yīng)用的劣勢則是氮氧化物在長時間高溫條件下大量產(chǎn)生，極易在廢氣排放后對大氣環(huán)境造成二次污染。同時，直接焚燒工藝應(yīng)用效果受到有機(jī)廢氣濃度的影響，若有機(jī)廢氣處于較低濃度狀態(tài)，極易因燃燒不充分而影響到廢氣治理效果[3]。

2.2 催化燃燒法

該方法主要是將催化劑合理添加至廢氣反應(yīng)體系中，廢氣在催化劑的作用下逐漸生成水與二氧化碳。通過使用催化劑可促進(jìn)有機(jī)廢氣的充分燃燒，并在反應(yīng)過程中抑制副產(chǎn)物生成[4]。該方法應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)為二次污染抑制、燃燒溫度要求低等。但在使用期間催化劑極易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，甚至?xí)诹?、硫、硒的作用下?dǎo)致催化劑性活性破壞，不僅導(dǎo)致有機(jī)廢氣處理成本增大，同時因催化劑活性喪失而影響到最終處理效果。

2.3 吸附法

有機(jī)廢氣治理中吸附法的應(yīng)用同樣較為常見，該工藝原理主要是利用微孔結(jié)構(gòu)吸附劑對有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附處理，通過將有機(jī)物吸附于吸附劑表面來達(dá)到有機(jī)物分離的目的，以此降低有機(jī)廢氣對大氣環(huán)境造成的污染與影響（見圖1）。目前，涂料企業(yè)廢氣處理過程中吸附劑以活性炭為主，因其具備孔隙多、表面積大等特點，可實現(xiàn)對有機(jī)廢氣中有機(jī)物的有效吸附，利用吸附劑控制有機(jī)物微粒數(shù)量來實現(xiàn)廢氣有效治理。另外，沸石分子篩的應(yīng)用同樣可取得較為顯著的效果，微孔結(jié)構(gòu)存在均勻性的特點，在有機(jī)廢氣吸附處理中可取得較為顯著的成效，再加上該吸附劑存在操作便捷、能耗低等優(yōu)勢，可在涂料企業(yè)廢氣處理中進(jìn)行全面推進(jìn)應(yīng)用[5]。

圖1 有機(jī)廢氣吸附處理工藝

3.涂料行業(yè)有機(jī)廢氣治理新技術(shù)

3.1 沸石轉(zhuǎn)輪+焚燒

現(xiàn)階段廢氣治理領(lǐng)域中沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)受到企業(yè)重視，該技術(shù)應(yīng)用原理是對有機(jī)廢氣利用吸附-脫吸工藝進(jìn)行濃縮，并利用焚燒技術(shù)使高濃度有機(jī)廢氣進(jìn)行充分燃燒，實現(xiàn)對涂料企業(yè)有機(jī)廢氣的有效處理。相較于其他技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)為焚燒可輔助脫吸、無需外加燃料等，能夠以集成化的方式，使用一個轉(zhuǎn)輪設(shè)備來完成對有機(jī)廢氣的吸附與脫吸。以往有機(jī)廢氣吸附以活性炭材料為主，在高溫處理階段存在活性炭自燃的隱患，而沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)應(yīng)用，則以專用吸附劑為主，可保證高溫處理過程的穩(wěn)定進(jìn)行[6]。同時，若企業(yè)有機(jī)廢氣處理存在空間限制，則可以一個底座為載體進(jìn)行吸附、脫吸、焚燒等裝置的一同安設(shè)，可在提升設(shè)備維護(hù)效率的同時，提升廢氣處理效率。但該模式應(yīng)用同樣存在問題，包括無法做到對轉(zhuǎn)輪涉及區(qū)域的明確界定，增大出現(xiàn)串氣問題的出現(xiàn)概率；廢氣處理期間吸附劑材料選擇沸石，可能存在利用率較低的情況，且尾氣排放易超出標(biāo)準(zhǔn)要求；系統(tǒng)整體效能極易受到轉(zhuǎn)輪密封性下降的影響。若涂料企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模相對較大，則需為有機(jī)廢氣處理預(yù)留較大的空間場地。需注意，該工藝使用時存在輸入口沸石飽和、輸出口沸石未飽和現(xiàn)象，需第一時間對脫吸操作停止，以避免因尾氣排放超標(biāo)而影響到整體處理效果。

3.2 沸石濃縮+焚燒

涂料企業(yè)有機(jī)廢氣處理中沸石濃縮+焚燒工藝采用流動床技術(shù)，可在處理期間將填料吸附度控制在百分之百，并通過有效吸附來達(dá)到處理目標(biāo)。在具體操作期間，可以靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行流動床維持，無需借助額外密封技術(shù)進(jìn)行流動床處理。而沸石作為吸附介質(zhì)需在處理期間保持時刻流動的狀態(tài)，通過相互摩擦來達(dá)到表面粉塵顆粒去除的目的，且該工藝使用無需經(jīng)過過濾處理即可實現(xiàn)對有機(jī)廢氣的治理[7]。通常情況下，需將流動床的高度控制在1.2m左右，并結(jié)合有機(jī)廢氣處理要求、企業(yè)規(guī)模等方面的分析來確定流動床規(guī)模，并結(jié)合實際處理情況來選擇合適的流動床形狀。若涂料期間生產(chǎn)規(guī)模較大，且涉及對大流量有機(jī)廢氣的處理，則盡可能使用面積較大的流動床，在保持窗體恒定的前提下，通過對吸附介質(zhì)的均勻分布來達(dá)到充分吸附的目的。

3.3 低溫等離子處理技術(shù)

該技術(shù)應(yīng)用需要以外加電場為前提，促使有機(jī)廢氣中污染物分子與放電形成的高能粒子進(jìn)行等離子物理化學(xué)反應(yīng)，最終實現(xiàn)將有機(jī)污染物分解成無毒害物質(zhì)。目前低溫等離子處理技術(shù)的應(yīng)用，具體包括電子束照射法、電暈法、沿面放電法、介質(zhì)阻擋法等。相較于其他處理技術(shù)應(yīng)用，該工藝存在對反應(yīng)條件依賴性小、分解效果顯著等優(yōu)勢[8]。相關(guān)學(xué)者在研究中對有機(jī)污染物甲苯利用自制脈沖電暈反應(yīng)器進(jìn)行處理，并對脈沖頻率、氣體入口質(zhì)量濃度、流量等參數(shù)的統(tǒng)計，實驗結(jié)果表明脈沖頻率的高低與凈化效果之間存在直接關(guān)聯(lián)，即脈沖頻率的增高會提升凈化處理效果，且凈化效果隨著進(jìn)口質(zhì)量濃度、氣體流量的增大而持續(xù)下降。對有機(jī)廢氣中甲苯利用離子反應(yīng)器進(jìn)行處理，在保證工藝條件處于最佳狀態(tài)的前提下，可將其去除率控制在96%以上。以介質(zhì)阻擋放電為前提，對有機(jī)廢氣中甲苯利用不同填料進(jìn)行去除，在填料混合的作用下，可將甲苯的去除率控制在97%以上。利用脈沖電暈法進(jìn)行有機(jī)廢氣治理，以常壓條件為前提，可將甲苯物質(zhì)的去除率控制在99%以上。

3.4 光催化處理技術(shù)

該處理工藝應(yīng)用主要是利用光催化活性，VOCs在光催化的作用下產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，最終生成水、二氧化碳等物質(zhì)來達(dá)到廢氣處理的目的。在紫外線的充分照射下，有機(jī)廢氣中的多氯聯(lián)苯在催化作用下出現(xiàn)脫氮反應(yīng)，并依托于半導(dǎo)體材料的應(yīng)用來達(dá)到苯、甲醛分解的目的。目前該技術(shù)在發(fā)達(dá)國家廢氣治理中的應(yīng)用較為常見，而國內(nèi)受限于研究時間尚短的影響，使得該技術(shù)的應(yīng)用仍尚存一定水平差距。當(dāng)前，涂料行業(yè)對光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用仍處于研究階段，但涂料企業(yè)可結(jié)合自身性質(zhì)條件、處理要求的分析，進(jìn)行光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用與嘗試。相較于其他技術(shù)應(yīng)用，該技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)為效果顯著、不存在二次污染等。

3.5 生物降解處理技術(shù)

有機(jī)廢氣處理中生物降解技術(shù)應(yīng)用主要是利用微生物代謝活動對VOCs氣體進(jìn)行降解，處理工藝涉及生物過濾池、生物滴濾塔、生物洗滌器、膜生物反應(yīng)器等。該技術(shù)興起于20世紀(jì)70年代，并先后在荷蘭、德國等國家得到廣泛應(yīng)用，相比之下我國對該技術(shù)的研究時間相對較短。相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)在玻璃生物膜填料塔中使用不同填料，所取得凈化效果存在一定差異，如填料采用煤渣、塑料環(huán)、瓷環(huán)、海藻石、不銹鋼換、輕質(zhì)陶塊等，其中海藻石的凈化性能最為顯著，以10d為處理期限，采用海藻石可將甲苯的凈化效率控制在99%以上，不僅可保證凈化效率符合要求，還可有效縮減有機(jī)廢氣的處理周期。吳獻(xiàn)花等人在研究中將200mg/m3～1000mg/m3的苯乙烯廢氣注入到生物滴濾塔中，當(dāng)氣體流量控制在0.2/h～0.25l/h時，其凈化效率處于90%～99%[9]。依托于動力學(xué)模型的構(gòu)建，進(jìn)行實驗值與計算值的相關(guān)性模擬，最終確定系數(shù)處于0.96～0.99。此外，相關(guān)學(xué)者在真菌生物過濾池中進(jìn)行高濃度甲苯廢氣的注入，結(jié)合對營養(yǎng)物質(zhì)的添加，最終取得的去除容量與效率較為顯著，其中去除容量可控制在75m3/h～95m3/h。相較于其他治理技術(shù)應(yīng)用，生物降解技術(shù)存在操作要求低、成本低、能耗低、常壓進(jìn)行等優(yōu)勢，在涂料有機(jī)廢氣治理領(lǐng)域中有著較為廣闊的發(fā)展前景。但需注意，生物降解技術(shù)應(yīng)用所需周期相對較長，且無法保證廢氣中生物毒性物質(zhì)的處理效果能夠達(dá)到預(yù)期要求。

3.6 超重力處理技術(shù)

該技術(shù)應(yīng)用主要是在廢氣處理期間進(jìn)行填料轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，形成的離心力可在廢氣處理時形成超重力環(huán)境，通過強(qiáng)化汽液傳質(zhì)過程，實現(xiàn)利用填料轉(zhuǎn)子進(jìn)行液體的切割，最終以液滴、液絲、液膜的形式得到有效處理。相較于傳統(tǒng)塔設(shè)備的應(yīng)用，該技術(shù)傳質(zhì)效率高出1～2數(shù)量級，且處理期間僅需更低的操作和運行成本即可實現(xiàn)有效處理。相關(guān)學(xué)者對有機(jī)廢氣利用旋轉(zhuǎn)填料床進(jìn)行治理，在超重力場的作用下氣體中EA、IPA在吸收過程中HTU值分別提升0.01m～0.02m、0.03m～0.06m，并且隨著轉(zhuǎn)速的不斷升高，HTU值呈現(xiàn)出持續(xù)增大的態(tài)勢。同時，相關(guān)VOCs廢氣處理研究中，以IPA作為處理模型，利用超重力旋轉(zhuǎn)填料床的去除率可控制在95%左右，而其HTU系數(shù)為81s-1～165s-1，氣體流量則控制在150m3/h～300m3/h。

3.7 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)在有機(jī)廢氣處理中的應(yīng)用，主要是以特定壓力條件為前提，在VOCs廢氣反應(yīng)體系中使用選擇性滲透的高分子膜，在滲透作用下實現(xiàn)毒害分子的分離。在實際處理過程中，膜分離系統(tǒng)會讓廢氣進(jìn)行選擇性通過，并對未滲透的氣體物質(zhì)進(jìn)行富集，通過分離處理來保證廢氣排放達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。相較于其他方法應(yīng)用，膜分離技術(shù)的回收率可控制在97%左右，能夠?qū)U氣中甲苯、甲醇、丙酮、乙腈等進(jìn)行有效回收，目前在食品加工、制藥、涂料、石油化工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

4.結(jié)語

有機(jī)廢氣的治理直接影響到涂料行業(yè)的綠色發(fā)展進(jìn)程，為避免因廢氣大量排放對大氣環(huán)境造成影響，涂料企業(yè)需參照排放標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合自身生產(chǎn)規(guī)劃、治理要求、資金條件等方面的實際，選擇合適的治理技術(shù)來加強(qiáng)有機(jī)廢氣處理，以此為涂料產(chǎn)品的綠色化生產(chǎn)提供保障。