源和環(huán)保與您分享活性炭處理汽修噴烤漆廢氣工藝優(yōu)化研究
汽修噴烤漆廢氣中的揮發(fā)性有機物污染問題日益突出.以目前常用的活性炭吸附凈化法為研究對象,結(jié)合行業(yè)特征,系統(tǒng)分析了活性炭種類、活性炭裝填量、廢氣停留時間、廢氣成分、廢氣溫度、廢氣濕度等因素對揮發(fā)性有機廢氣凈化效果的影響,并根據(jù)各因素的影響規(guī)律提出了優(yōu)化措施。
2013年,國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》,將可吸入顆粒物(PM10)、細(xì)顆粒物(PM2.5)作為污染防治的重點污染物。揮發(fā)性有機物(VOCs)是指常溫常壓下具有較高蒸汽壓、較強揮發(fā)性的有機化合物的統(tǒng)稱,它在環(huán)境中能夠通過化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生PM2.5、O3等二次污染物,是影響大氣環(huán)境的主要污染物之一。
汽修過程多為小面積噴涂,一般采用空氣噴涂工藝,噴烤漆廢氣普遍采用活性炭吸附法處理,VOCs處理效果不理想。同時,汽修企業(yè)規(guī)模相對小、數(shù)量多、分布分散,多位于城市人口密集區(qū),且多為低空排放,對環(huán)境和人體健康的影響尤為顯著。
近年來隨著環(huán)保執(zhí)法日趨嚴(yán)格,汽車維修企業(yè)噴烤漆廢氣治理亟待加強,不少采用活性炭吸附法處理噴涂廢氣的企業(yè)面臨超標(biāo)的問題。據(jù)北京市環(huán)境保護(hù)局網(wǎng)站公開的行政處罰信息,2015—2016年北京市共計有37家汽修企業(yè)受到市環(huán)保局處罰,占全部受罰企業(yè)數(shù)量的14.5%,其中31家受罰原因是噴烤漆廢氣治理設(shè)施不正常運行。
1汽車維修行業(yè)揮發(fā)性有機污染物來源
調(diào)漆、噴涂、烤漆、清洗噴槍等多個環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生揮發(fā)性有機污染物,尤其是在噴涂烘烤過程,涂料中含有的VOCs幾乎全部揮發(fā)到噴烤漆房空氣中,是汽修企業(yè)主要的有組織排放源;調(diào)漆、清洗噴槍等環(huán)節(jié)普遍管理薄弱,有些甚至在開放區(qū)域操作,產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物難以有效收集處理,是重要的無組織排放源(圖1)。目前噴烤漆房的額定風(fēng)量在10000~20000in3/h,烤漆房內(nèi)風(fēng)速0.2~0.3m/s,排氣管道風(fēng)速為5~7m/s,廢氣中VOCs初始濃度一般為100~200mg/m3。
2汽車維修行業(yè)常見揮發(fā)性有機物污染治理技術(shù)
有機廢氣的處理方式主要有吸附法、催化燃燒法、熱力燃燒法、冷凝法等,這些方法在適用對象、處理效果、設(shè)備成本、運行成本方面具有不同的特點。
汽車維修企業(yè)的噴涂廢氣主要成分為苯系物、醇醚類、酯類有機溶劑,汽車維修噴涂量小、噴漆室排風(fēng)量大,屬于低濃度有機廢氣。汽車維修企業(yè)普遍采用一體化噴烤漆房,配備過濾地棉+活性炭吸附的方法處理噴漆廢氣,其中地棉主要用于捕集漆霧顆粒,活性炭主要用以吸附VOCs。
3活性炭吸附法優(yōu)化途徑
目前,GB20101—2006《涂裝作業(yè)安全規(guī)程有機廢氣凈化裝置安全技術(shù)規(guī)定》、GB/T7701.1—2008《煤質(zhì)顆粒活性炭氣相用煤質(zhì)顆?;钚蕴俊?、DB/111228--2015《汽車維修業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)對揮發(fā)性有機廢氣活性炭吸附裝置提出了一些技術(shù)要求,包括風(fēng)道壓差、活性炭粒徑、活性炭用量、更換周期等。在實際運行中,除了符合以上要求之外,還可以從以下方面進(jìn)行考慮和優(yōu)化。
3.1活性炭種類
活性炭從原料分為煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、殼活性炭、纖維活性炭等;從形態(tài)分為粉末活性炭、顆?;钚蕴?、蜂窩活性炭、纖維活性炭等;根據(jù)吸附對象可以分為氣相用活性炭和液相活性炭?;钚蕴课⒂^結(jié)構(gòu)中有大孔(>50nm)、過渡孔(2~50nm)和微孔(<2nm),構(gòu)成活性炭比表面積的主要是微孔(表2)。
當(dāng)吸附質(zhì)直徑大于孔道直徑1/3以上時,吸附質(zhì)運動就受阻,吸附量下降。汽修噴烤漆廢氣的VOCs主要成分為苯系物、醇醚類、酯類,分子直徑在0.3~1nm,活性炭吸附VOCs主要在微孔中進(jìn)行,因此微孑L的比例越高越好,同時需要一定量的中孔,便于有機廢氣分子進(jìn)入活性炭內(nèi)部。結(jié)合汽修噴烤漆廢氣成分及各種活性炭的特征(表3),優(yōu)先選擇高比表面積和高四氯化碳(CTC)吸附率的活性炭品種。
3.2活性炭裝填量
目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計規(guī)范中對活性炭的裝填量尚未明確規(guī)定,常見噴烤漆廢氣凈化設(shè)備采用多層活性炭板進(jìn)行吸附,一共使用4塊左右,重量總計約50kg,采用水平或M型放置?;钚蕴康难b填量決定了吸附有機廢氣總量以及更換頻次,按照四氯化碳吸附率來計算,可以根據(jù)使用原料中VOCs含量推算活性炭最低裝填量。
3.3廢氣停留時間
廢氣的流速對其在吸附劑中的停留時間影響較大,活性炭吸附有機廢氣需要一定的時間。孫一堅等提出噴漆廢氣活性炭處理裝置要求廢氣在吸附層內(nèi)停留時間為0.2~2.0S。廢氣停留時間與活性炭裝填量密切相關(guān),與吸附層的截面積和厚度無直接關(guān)系。
2015年北京市發(fā)布的《汽車維修業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:“每萬m3/h設(shè)計風(fēng)量的吸附劑使用量不應(yīng)小于1m3’’,裝填密度一般為450kg/m3,通過式(3)計算停留時間為0.36s,滿足“0.2—2.0s”的要求。在實際應(yīng)用中,保證通暢排風(fēng)的前提下,降低廢氣流速,提高廢氣停留時間,可提升廢氣凈化效果。
3.4廢氣成分
活性炭的四氯化碳吸附值、甲苯吸附值是單一組分條件下測試得到的數(shù)據(jù),在實際應(yīng)用中,噴烤漆廢氣成分復(fù)雜,涵蓋酮類、酯類、醇類、醇醚類、苯類等,對某單一物質(zhì)的吸附能力必然小于測試數(shù)據(jù)。因此,設(shè)計有機廢氣吸附裝置時,應(yīng)綜合考慮總揮發(fā)性有機物的量。
活性炭是非極性分子,易于吸附非極性或極性較低的吸附質(zhì),對不同的有機物吸附能力也不同,存在競爭吸附或置換吸附的情況。陳良杰研究發(fā)現(xiàn)6種揮發(fā)性有機物在二元混合吸附體系中,吸附質(zhì)強弱順序為對二甲苯、甲苯、正丙醇、乙酸乙酯,吸附性能最弱的是乙醇和乙酸乙酯,該結(jié)果與物質(zhì)極性順序相一致。目前汽車水性漆的應(yīng)用比例越來越高,除罩光清漆之外,均能夠?qū)崿F(xiàn)水性化,噴烤漆廢氣的VOCs主要成分也從原來的苯系物向醇類、酯類轉(zhuǎn)化,相應(yīng)的分子極性也有所增加,若仍然采用非極性的活性炭作為吸附劑,其凈化效果會下降。因此,通過在凈化裝置中增加沸石、改性分子篩、氧化鋁等極性吸附劑,可提高對廢氣中醇類、酯類組分的凈化效果。
3.5廢氣溫度
目前,活性炭產(chǎn)品的吸附容量是在25℃條件下進(jìn)行測定的。李學(xué)佳等H1發(fā)現(xiàn),當(dāng)氣體溫度升高時,活性炭吸附量下降。采用有機溶劑型涂料的汽車維修烤漆房通常的工作溫度為60℃,在該溫度下,活性炭對有機廢氣的吸附能力較弱,已經(jīng)吸附的揮發(fā)性有機物易被吹脫下來,不利于污染物去除。水性漆的烘干溫度要高于傳統(tǒng)的油性漆,因此水性漆噴涂的烘干廢氣的溫度一般在80℃。噴烤漆房結(jié)構(gòu)緊湊,從噴漆室至活性炭過濾裝置的距離一般為1~2m,且風(fēng)速高達(dá)5~7m/s,溫降很小。因此,需對烤漆廢氣進(jìn)行降溫處理,可以考慮增加氣一氣換熱器,將廢氣中的熱量回收用于預(yù)熱烤漆房新風(fēng)。
3.6廢氣濕度
近年來,水性漆的應(yīng)用比例越來越高,除罩光清漆之外,均可以實現(xiàn)水性化。水性涂料主要以水為分散劑,含有少量醇醚"J,GB24409--2009《汽車涂料中有害物質(zhì)限量》、HG/T4570一2013《汽車用水性涂料》對涂料中的揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的含量進(jìn)行了規(guī)定。經(jīng)過對比可發(fā)現(xiàn):水性漆中的水分含量達(dá)60%以上,原料成分的變化,導(dǎo)致廢氣的濕度有所升高,水分會占據(jù)活性炭的活性中心,使吸附效率下降。
此外,在噴涂過程中會通過灑水降塵,部分噴烤漆房配備水簾去除漆霧,同時進(jìn)一步增加噴漆廢氣濕度。在實際操作中,油性漆噴漆室的相對濕度為50%~80%,水性漆噴漆室相對濕度為(60±5)%。高華生。列等研究空氣濕度對低濃度有機蒸汽在活性炭上吸附平衡的影響,發(fā)現(xiàn)水蒸氣對VOCs在活性炭上的吸附平衡具有明顯的抑制作用,為保持活性炭的吸附性能,活性炭的含水率應(yīng)保持在5%以下。因此,應(yīng)采取冷凝器、干燥器、絲網(wǎng)除霧器¨1等設(shè)施對廢氣進(jìn)行除濕,并通過堿處理活性炭提高其疏水性,同時提高對苯系物的吸附能力。
4結(jié)論及建議
目前而言,活性炭吸附法是一種處理噴烤漆廢氣成熟有效、應(yīng)用廣泛的技術(shù),在實際運行過程凈化效果與活性炭種類、裝填量、廢氣成分等因素密切相關(guān)。通過選擇高質(zhì)量活性炭、合理核定活性炭裝填量,對廢氣進(jìn)行降溫、除濕預(yù)處理等優(yōu)化,可提高凈化效果。
當(dāng)前,光催化氧化、低溫等離子分解、沸石轉(zhuǎn)輪濃縮等VOCs治理技術(shù)在汽修行業(yè)得到了推廣應(yīng)用,這些技術(shù)工藝與活性炭吸附相結(jié)合的組合工藝將是未來的發(fā)展方向。
昆山源和環(huán)??萍加邢薰?/span>積極響應(yīng)政府號召“堅決打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”,是一家致力于環(huán)保工程規(guī)劃、環(huán)保設(shè)備設(shè)計、設(shè)備制造、工程施工、售后服務(wù)于一體的專業(yè)化環(huán)保公司,專業(yè)從事廢氣污染、粉塵污染治理的高科技企業(yè)。創(chuàng)始人20年專注廢氣處理設(shè)備制造行業(yè),具有豐富的環(huán)保治理工程的實踐經(jīng)驗,積累了強大的技術(shù)實力,根據(jù)不同行業(yè)制造商進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、定做合適的廢氣處理設(shè)備,做到一廠一方案,有效幫助企業(yè)經(jīng)濟合理地做好環(huán)保和安全防護(hù)工作。
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