行業(yè)簡介

為了貫徹落實國務(wù)院 《大氣污染防治行動計劃》，2015 年環(huán)保部制定并會同國家質(zhì)檢總局發(fā)布了 GB31570《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》、GB 31571《石油化學工業(yè)污染物排放標準》、GB 31572 《合成樹脂工業(yè)污染物排放標準》[1]等國家大氣污染物排放標準。 到目前為止，已全部完成了“大氣十條”要求制定的大氣污染物特別排放限值的 25 個重點行業(yè)排放標準。新標準的出臺給涂料生產(chǎn)企業(yè)提出了更高的環(huán)保要求，新建企業(yè)必須按新標準執(zhí)行， 老企業(yè)應該抓緊生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)保設(shè)備改造，因為 2017 年老企業(yè)也必須執(zhí)行新標準。大力研發(fā)、生產(chǎn)和使用無溶劑涂料（UV 固化涂料、水性涂料、粉末涂料等）是解決涂料 VOCs 排放的根本途徑，但是目前還不可能做到全部無溶劑化。生產(chǎn)企業(yè)必須重視生產(chǎn)過程中 VOCs 的揮發(fā)，采取有效措施，使生產(chǎn)尾氣排放符合國家標準。

優(yōu)化生產(chǎn)模式，有效治理廢氣

涂料生產(chǎn)包括涂料制造和涂料用樹脂的合成，涉及工業(yè)窯爐、 化學反應裝置、 制漆裝置 3 類廢氣排放源，后者的工業(yè)廢氣難處理， 因為面廣、量大、濃度低，是本文討論的對象。涂料企業(yè)只有拋棄粗放式生產(chǎn)模式，采用新方案、新技術(shù)、新設(shè)備，實行精細管理才能使廢氣排放達標。具體就是要做到以下幾點。

密閉生產(chǎn)

料企業(yè)現(xiàn)在正逐步實現(xiàn)密閉生產(chǎn)，但很不徹底。平蓋式配料、調(diào)漆容器縫隙較大，敞開投料，溶劑易揮發(fā)； 砂磨機可以徹底封閉， 但經(jīng)常與移動容器配套使用，移動容器成了 VOCs 的主要排放源；產(chǎn)品的人工灌裝和容器的人工清洗，其溶劑的揮發(fā)不但污染環(huán)境，對工人的健康也造成很大威脅。

了實現(xiàn)密閉式生產(chǎn)，現(xiàn)在的配料、調(diào)漆容器都采用釜式結(jié)構(gòu)，液體投料管道化，粉料通過料管與料倉或投粉裝置連接，在微負壓下加入，實現(xiàn)了現(xiàn)場 VOCs 的零排放。 給砂磨機、攪拌機配套的移動容器加蓋，在蓋上接抽氣管道， 也可以實現(xiàn)現(xiàn)場的零排放； 或給攪拌機、籃式砂磨機等安裝帶抽氣口的升降蓋，可以達到同樣的目的。在勞動力成本高昂、自動灌裝技術(shù)（清洗、換 色）有了突破的今天，涂料灌裝可以采用密閉式自動灌裝機，其溶劑揮發(fā)問題也可以解決了?，F(xiàn)在又有了自動清洗機（洗桶機），代替人工清洗移動容器，這樣可以實現(xiàn)涂料生產(chǎn)全過程現(xiàn)場廢氣的零排放。

科學處理

實現(xiàn)密閉生產(chǎn)、尾氣收集以后，廢氣的處理仍是一大難點。業(yè)主及管理者關(guān)心的是怎么處理，得花多少錢，本文在后面將進行詳細闡述。

精細管理

眾所周知，涂料生產(chǎn)廢氣流量大、濃度低，后處理很困難。 因此環(huán)保專家和工程設(shè)計人員十分強調(diào)廢氣的濃縮。在設(shè)計中力爭良好密封，這樣微微抽氣就可以實現(xiàn)現(xiàn)場的零排放，并且后期的廢氣處理量也不大。但正因為如此設(shè)計建造， 新建項目投產(chǎn)后常出現(xiàn)一些要抽氣的地方氣抽不走，車間里氣味嗆人現(xiàn)象。問題多在于：（1）該關(guān)閉的不關(guān)閉，到處空抽；（2）設(shè)備維護跟不上，縫隙不堵，漏洞不補，也造成漏氣。因此有人建議風管閥門與設(shè)備聯(lián)動，容器蓋與攪拌馬達連鎖等。方案雖好，但投資太大。 為什么不堅持精細管理呢？ 要像杜絕長明燈、 長流水那樣， 隨時隨地關(guān)閉無物料設(shè)備的抽風，有料設(shè)備在投料調(diào)節(jié)、檢測取樣時加大抽風，過后立即關(guān)小風量?；顒榆浌苋菀灼屏?，要及時發(fā)現(xiàn)及時修補或更換。只有實現(xiàn)這樣的精細管理，才能盡可能降低廢氣收集量又實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的零排放， 也降低后續(xù)的廢氣處理成本。

常用廢氣處理方法

對有機溶劑廢氣的處理方法有多種，但每種處理方法都有其適用性和局限性，因此有機廢氣處理工藝的選擇，需要結(jié)合有機溶劑的物理化學特征。常見的處理工藝有兩類：一類是破壞性方法，如燃燒法等主要用于處理無回收價值或有一定的毒性的氣體；另一類是非破壞性的，即吸收法，吸附法、冷凝法，以及新發(fā)展的生物膜法、脈沖電暈法、臭氧分解法、等離子體分解法等。  

1.回收法

回收法有吸附-解吸-冷凝（冷凍）法、萃取（吸收）-分餾法。為了獲得較為純凈的溶劑以便作為原料重復使用，有時還需要對回收的廢溶劑進行提純。但在涂料制造企業(yè)，因為廢氣中氣態(tài)溶劑濃度太低，回收成本太高，所以一般都采用銷毀法。

2.銷毀法

簡單有效的銷毀法是焚燒法。 焚燒法的技術(shù)特性見表 1，其他處理技術(shù)特性見表 2。涂料制造企業(yè)廢氣量大，采用焚燒法來處理廢氣，設(shè)備將會很大，甚至要配置幾套。通過吸附-脫吸，將大量低濃度的廢氣轉(zhuǎn)換成少量高濃度廢氣， 既可以縮小焚燒裝置的規(guī)模，又可以進一步降低燃料消耗。另外還有微波催化氧化法等。 在這些方法中等離子法、光催化氧化等方法還有一些問題沒有解決，離實際應用還有一段時間。 吸附法和蓄熱式焚燒法已經(jīng)在涂料行業(yè)得到應用。單純的吸附法不是涂料行業(yè)的最佳選擇，但目前使用最廣泛， 因為簡單有效費用低， 容易通過環(huán)保審查。 其實這是權(quán)宜之計，吸附劑很快就飽和了，不及時更換吸附劑環(huán)保設(shè)備形同虛設(shè)， 及時更換費用太大， 因此企業(yè)對于吸附劑的更換能拖則拖，有應付審查之嫌。 相信在政府的嚴格管控下企業(yè)將不得不花更多的錢及時更換吸附劑，這將促使企業(yè)采用更好的廢氣處理方案。

涂料生產(chǎn)廢氣處理技術(shù)

以上介紹的廢氣處理技術(shù)各有利弊，單獨一種技術(shù)往往不能完美解決涂料生產(chǎn)尾氣。 吸附法簡單，投資低， 但吸附劑更換或再生費用大。 焚燒法處理徹底，但面對低濃度大風量尾氣，要消大量耗燃料。 下面系統(tǒng)地介紹了在涂料制造行業(yè)具有推廣前景的廢氣處理技術(shù)。

1.沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+焚燒技術(shù)

近期沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)成為了熱點， 該技術(shù)其實就是通過吸附、 脫吸把原來低濃度大風量的尾氣轉(zhuǎn)變?yōu)楦邼舛刃★L量的廢氣， 然后通過蓄熱焚燒銷毀 VOCs，不需要外加燃料或僅需少量燃料， 產(chǎn)生的熱量還可以用于脫吸過程，原理見圖 1。此技術(shù)之所以成為熱點，一是它的集成化，一個轉(zhuǎn)輪同時完成吸附、脫吸、冷卻幾個過程；二是用改性沸石制成的專用填料（型材）代替容易自燃的活性炭。 小型裝置可以將焚燒器集成在一個底座上進行吊裝，安裝十分方便。但轉(zhuǎn)輪技術(shù)也有不足是處： 轉(zhuǎn)輪 3 個工作域的切分并不徹底，有串氣現(xiàn)象；沸石吸附介質(zhì)的利用率不高（見圖 3），填料吸附不能全部達到飽和，否則尾氣排放就會超標；轉(zhuǎn)輪動密封性成問題（所以只能在負壓狀態(tài)下工作）；尾氣處理前必須嚴格過濾除塵，否則會堵塞吸附介質(zhì)；大流量處理裝置的轉(zhuǎn)輪體積龐大等。如圖 3 所示，廢氣從轉(zhuǎn)輪的一邊進，另一邊出，當進口處沸石吸附飽和而出口處沸石尚未吸附飽和時就要中止吸附進入脫吸過程， 否則出口尾氣 VOCs 將超標。 受設(shè)備重量和尺寸的限制，轉(zhuǎn)輪厚度有限，所以沸石的利用率有限。

2.沸石流動床濃縮+焚燒技術(shù)

流動床技術(shù)可以讓每一粒填料吸附有機物都達到飽和，然后再進入脫吸過程；流動床設(shè)備固定不動，不存在設(shè)備動密封問題；沸石顆粒是流動的，流動會發(fā)生輕微摩擦，以除去表面粘附的粉塵，所以尾氣處理前不需要過濾除塵；流動床床高只有 0.8~1.5 m，但面積可以做得任意大，以滿足任意流量的尾氣處理；流動床橫截面可以因地制宜做成任意形狀：圓型、方型、長方型。

對于處理大流量廢氣的流動床， 關(guān)鍵技術(shù)是吸附介質(zhì)顆粒流動過程的均勻分布和均勻落料， 要確保十幾平方米甚至上百平方米流動床的床底平面和床頂平面絕對平行（氣流阻力均等）、高度恒定，而且不依賴動 力機械（動力機械使顆粒摩擦過渡，損耗增加），粒子純屬自由流動。 其工作原理見圖 4。

有些涂料涂裝大企業(yè)， 每天釋放溶劑幾百公斤甚至更多， 有回收價值， 可以用冷凝回收裝置代替焚燒爐，經(jīng)濟效益可觀。為了節(jié)能，應注意制冷冷量的回收。 可以用熱氮氣脫吸代替熱空氣脫吸 （這樣更安全），或代替水蒸氣脫吸（可省去油水分離和廢水處理），大部分氮氣是循環(huán)使用的，只要補充小部分。同樣要注意熱氮氣熱量的回收。

再生后的吸附劑顆?？梢圆捎脷饬鬏斔偷轿剿腥?，也可以采用提升機輸送。前者的氣流最終經(jīng)旋風分離后還有少量粉塵排放， 后者通過振動篩可分離收集全部的粉塵和到達壽命終點的吸附劑顆粒 （其特征是粒徑變?。?。

圖 1 沸石轉(zhuǎn)輪工藝流程圖

圖 2 沸石轉(zhuǎn)輪（左）和蓄熱焚燒爐（右）

圖 3 沸石轉(zhuǎn)輪工作狀態(tài)

圖 4 流動床濃縮技術(shù)

3.生物法處理技術(shù)

生物法早期應用于飼料加工、 牲畜糞便處理和生活污水處理的尾氣脫臭。 隨著對生物法處理技術(shù)研究的不斷深入，生物法被逐步應用于其他工業(yè)領(lǐng)域。 生物法處理工業(yè)廢氣具有運行費用低、 無二次污染等優(yōu)點。生物法對有機物的降解速度較慢， 所以設(shè)備體積較大。生物菌種對有機物的生化降解具有很強的專一性，只有適合生物降解的有機物才可以使用生物法進行凈化，好在制漆行業(yè)揮發(fā)的不同溶劑現(xiàn)在都有適合的菌種。這些菌種一般來自化工廠下水道污泥中，這種污泥經(jīng)過一段時間的馴養(yǎng)（吸附于載體，置于化工廢氣的氛圍中，調(diào)節(jié)溫濕度和 pH 值，給予必要的營養(yǎng)），有益菌種 得到繁衍壯大。微生物處理技術(shù)在運用中必須很好地保持生化環(huán)境，確保菌種生命力旺盛，不要衰落。一旦衰敗，重新建立一個生態(tài)系統(tǒng)是一件麻煩的事情。 根據(jù)處理運行方式不同， 生物處理工藝主要分為生物過濾床、生物洗滌床和生物滴濾床、曝氣池等形式。生物過濾床是一種在地上或地下建造的池子，在其中填入含有微生物、 能吸附水分、 營養(yǎng)元素的填料（通常是植物莖干的腐敗物）。 當經(jīng)過除塵加濕的廢氣進入過濾床通過生物填料層時， 填料層中的微生物將有機物捕獲并消化降解。生物過濾床可以做得很大（如羽毛球場那么大，甚至更大），為了不浪費土地，可以在 上面種草綠化。 為保持床體的濕潤，應提供間隙噴淋。

圖 5 生物過濾床

生物洗滌床通常由 1 個洗滌塔和 1 個再生池組成，在洗滌塔中，循環(huán)液通過噴淋形式將廢氣中的污染物和氧氣轉(zhuǎn)入液相，實現(xiàn)質(zhì)的傳遞[5]。 吸收了有機物的洗滌液流入再生池， 在那里有足夠的滯留時間和合適的生化環(huán)境讓液相中的微生物分解所吸收的有機物。 生物滴濾床有點類似生物過濾床，不同的是：(1)滴濾床不采用植物莖干的腐敗物做填料， 而是采用人造填料；(2) 時刻保持對床體的噴淋。 滴濾床的人造填料表面或多空填料的孔洞中附著有微生物， 廢氣由床底部進入，回流液從上部噴淋而下，氣態(tài)有機物溶解于水中，并被附著于填料的微生物吸收分解。當尾氣中的有機物喂不飽微生物或營養(yǎng)不夠全面時， 應在回流液中補充營養(yǎng)物質(zhì)，并且節(jié)假日不能停止噴淋，以防止微生物干涸死亡。

曝氣池的結(jié)構(gòu)和配套設(shè)施類似于廢水處理的曝氣池，池液中有活性污泥，活性污泥中含有降解有機物的微生物。廢氣鼓泡穿越池液時，VOCs 溶解于池液，并被微生物降解。 廢氣不需要除塵加濕， 池液要調(diào)整 pH 值、污泥濃度，必要時要補充營養(yǎng)。 值得大力提倡的是： 將廢水處理和廢氣處理合二為一，這對于大型涂料制造企業(yè)特別適合。因為廢水處理系統(tǒng)包含了曝氣法處理廢氣所需的一整套設(shè)施—高壓風機、曝氣池（好氧池）、沉淀池、清水池、排污池、氣浮池、壓濾機、污泥泵等。所不同的是，僅需將曝氣池的尺寸和結(jié)構(gòu)略作修改，增加風機數(shù)量，改并聯(lián)鼓新鮮空氣為串聯(lián)鼓廢氣。 處理廢水有機物的微生物正好能夠處理廢氣中的 VOCs。

1.低溫等離子體技術(shù)[5]和光降解技術(shù)

這是 2 種采用不同的激勵方法同樣得到高活性的粒子， 再通過高活性粒子之間的化學反應使有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物的方法。一種是通過高壓放電，一種是通過紫外光照射（輔以催化技術(shù)，如納米 TiO2 催化）， 也可以將這 2 種方法結(jié)合在一起。 產(chǎn)生的高活性粒子是氧、水、氣態(tài)有機物的離子、自由基、裂解物等，尤其是活性氧原子、氧離子、氧自由基、氫氧自由基，據(jù)說它們具有類似 1 300 ℃火焰的氧化能力， 能有效地降解VOCs。

低溫等離子體技術(shù)和光降解技術(shù)處理廢氣的優(yōu)勢包括：(1)廢氣通道幾乎沒有阻力， 系統(tǒng)的動力消耗非常低；(2)裝置為模塊結(jié)構(gòu)，容易安裝和維修；(3)裝置可以隨時開啟與關(guān)閉，靈活機動；(4)裝置小巧；(5)無需除塵除水。由于目前激勵效率比較低， 廢氣凈化率＜70%，因而限制了它的實際應用。 相信通過人們的努力會不斷改進。

圖 6 生物洗滌塔

圖 7 生物曝氣池

幾種主要廢氣治理技術(shù)投資及運轉(zhuǎn)費用比較

表 3 為廢氣處理的設(shè)備投入及平時的運行費用情況（個案值僅供參考，市場運作的實際結(jié)果變化極大）。不同濃度的廢氣采用不同的處理方式， 其綜合費用比例見圖 8。圖 8 沒有考慮處理量，圖 9 給出了不同處理量、不同濃度比較合適的處理方法。 其中，“轉(zhuǎn)輪濃縮+”表示時，涂料管道需要 15 m 左右，為保障噴涂質(zhì)量及減少清洗距離，將混合模塊移至離噴槍 3 m 處，A、B 組分在混合模塊處混合，縮短了混合距離，提高了噴涂質(zhì)量， 減少了清洗工作量；清洗裝置：外接了清洗裝置，若發(fā)生意外，噴涂間隔時間超過試用期或者中午休息時間均可用此清洗裝置清洗混合模塊至噴槍處的混合部分。

圖 4 雙組分無氣噴涂設(shè)備圖

圖 8 不同方法處理不同濃度廢氣的相對成本

圖 9 各種處理方法的適用范圍

轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)后面可以加焚燒、可以加冷凝回收、可以加冷凍回收，+焚燒主要用在涂料制造業(yè)，+回收主要用在溶劑揮發(fā)量特別大的企業(yè)。 “轉(zhuǎn)輪濃縮+” 也可以用“流動床濃縮+”代替。

噴涂過程及噴涂效果

（1）可噴涂， 霧化效果可通過泵壓力及氣壓力調(diào)節(jié)；(2)噴涂泵壓力 5 MPa、氣壓力 4 MPa，噴嘴口徑 0.6 ( 相當于 0.3 mm)；(3) 涂膜外觀較好， 基本能滿足工程機械涂層外觀。

結(jié)語

環(huán)保型涂料是目前工程機械用涂料的發(fā)展方向， 聚天門冬氨酸酯涂料以其“ 低 VOC、低能耗、低成本” 的優(yōu)勢作為超高固體分環(huán)保涂料的一種試用于工程機械領(lǐng)域，實驗表明，在合適的涂料配方、改進的施工工藝及優(yōu)化的涂裝設(shè)備下，聚天門冬氨酸酯涂料可滿足工程機械用涂料及涂裝的要求。