行業(yè)簡(jiǎn)介

為了貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院 《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，2015 年環(huán)保部制定并會(huì)同國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā)布了 GB31570《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 31571《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 31572 《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[1]等國(guó)家大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。 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(gè)重點(diǎn)行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行， 老企業(yè)應(yīng)該抓緊生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)保設(shè)備改造，因?yàn)?2017 年老企業(yè)也必須執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)。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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

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(xué)反應(yīng)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?yàn)槊鎻V、量大、濃度低，是本文討論的對(duì)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(shí)行精細(xì)管理才能使廢氣排放達(dá)標(biāo)。具體就是要做到以下幾點(diǎn)。

密閉生產(chǎn)

料企業(yè)現(xiàn)在正逐步實(shí)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(jī)可以徹底封閉， 但經(jīng)常與移動(dòng)容器配套使用，移動(dòng)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(duì)工人的健康也造成很大威脅。

了實(shí)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(cāng)或投粉裝置連接，在微負(fù)壓下加入，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng) VOCs 的零排放。 給砂磨機(jī)、攪拌機(jī)配套的移動(dòng)容器加蓋，在蓋上接抽氣管道， 也可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的零排放； 或給攪拌機(jī)、籃式砂磨機(jī)等安裝帶抽氣口的升降蓋，可以達(dá)到同樣的目的。在勞動(dòng)力成本高昂、自動(dòng)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(dòng)灌裝機(jī)，其溶劑揮發(fā)問題也可以解決了?，F(xiàn)在又有了自動(dòng)清洗機(jī)（洗桶機(jī)），代替人工清洗移動(dòng)容器，這樣可以實(shí)現(xiàn)涂料生產(chǎn)全過程現(xiàn)場(chǎng)廢氣的零排放。

科學(xué)處理

實(shí)現(xiàn)密閉生產(chǎn)、尾氣收集以后，廢氣的處理仍是一大難點(diǎn)。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(jìn)行詳細(xì)闡述。

精細(xì)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(jì)人員十分強(qiáng)調(diào)廢氣的濃縮。在設(shè)計(jì)中力爭(zhēng)良好密封，這樣微微抽氣就可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的零排放，并且后期的廢氣處理量也不大。但正因?yàn)槿绱嗽O(shè)計(jì)建造， 新建項(xiàng)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(hù)跟不上，縫隙不堵，漏洞不補(bǔ)，也造成漏氣。因此有人建議風(fēng)管閥門與設(shè)備聯(lián)動(dòng)，容器蓋與攪拌馬達(dá)連鎖等。方案雖好，但投資太大。 為什么不堅(jiān)持精細(xì)管理呢？ 要像杜絕長(zhǎng)明燈、 長(zhǎng)流水那樣， 隨時(shí)隨地關(guān)閉無物料設(shè)備的抽風(fēng)，有料設(shè)備在投料調(diào)節(jié)、檢測(cè)取樣時(shí)加大抽風(fēng)，過后立即關(guān)小風(fēng)量?；顒?dòng)軟管容易破裂，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)修補(bǔ)或更換。只有實(shí)現(xiàn)這樣的精細(xì)管理，才能盡可能降低廢氣收集量又實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)有機(jī)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(jī)廢氣處理工藝的選擇，需要結(jié)合有機(jī)溶劑的物理化學(xué)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(jià)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?。ㄎ眨?分餾法。為了獲得較為純凈的溶劑以便作為原料重復(fù)使用，有時(shí)還需要對(duì)回收的廢溶劑進(jìn)行提純。但在涂料制造企業(yè)，因?yàn)閺U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(jiǎn)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(huì)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(jìn)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(shí)際應(yīng)用還有一段時(shí)間。 吸附法和蓄熱式焚燒法已經(jīng)在涂料行業(yè)得到應(yīng)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?yàn)楹?jiǎn)單有效費(fèi)用低， 容易通過環(huán)保審查。 其實(shí)這是權(quán)宜之計(jì)，吸附劑很快就飽和了，不及時(shí)更換吸附劑環(huán)保設(shè)備形同虛設(shè)， 及時(shí)更換費(fèi)用太大， 因此企業(yè)對(duì)于吸附劑的更換能拖則拖，有應(yīng)付審查之嫌。 相信在政府的嚴(yán)格管控下企業(yè)將不得不花更多的錢及時(shí)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(dú)一種技術(shù)往往不能完美解決涂料生產(chǎn)尾氣。 吸附法簡(jiǎn)單，投資低， 但吸附劑更換或再生費(fèi)用大。 焚燒法處理徹底，但面對(duì)低濃度大風(fēng)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(diǎn)， 該技術(shù)其實(shí)就是通過吸附、 脫吸把原來低濃度大風(fēng)量的尾氣轉(zhuǎn)變?yōu)楦邼舛刃★L(fēng)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(diǎn)，一是它的集成化，一個(gè)轉(zhuǎn)輪同時(shí)完成吸附、脫吸、冷卻幾個(gè)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(gè)底座上進(jìn)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(gè)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(dá)到飽和，否則尾氣排放就會(huì)超標(biāo)；轉(zhuǎn)輪動(dòng)密封性成問題（所以只能在負(fù)壓狀態(tài)下工作）；尾氣處理前必須嚴(yán)格過濾除塵，否則會(huì)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(jìn)，另一邊出，當(dāng)進(jìn)口處沸石吸附飽和而出口處沸石尚未吸附飽和時(shí)就要中止吸附進(jìn)入脫吸過程， 否則出口尾氣 VOCs 將超標(biāo)。 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(dòng)床濃縮+焚燒技術(shù)

流動(dòng)床技術(shù)可以讓每一粒填料吸附有機(jī)物都達(dá)到飽和，然后再進(jìn)入脫吸過程；流動(dòng)床設(shè)備固定不動(dòng)，不存在設(shè)備動(dòng)密封問題；沸石顆粒是流動(dòng)的，流動(dòng)會(huì)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(dòng)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(dòng)床橫截面可以因地制宜做成任意形狀：圓型、方型、長(zhǎng)方型。

對(duì)于處理大流量廢氣的流動(dòng)床， 關(guān)鍵技術(shù)是吸附介質(zhì)顆粒流動(dòng)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(dòng)床的床底平面和床頂平面絕對(duì)平行（氣流阻力均等）、高度恒定，而且不依賴動(dòng) 力機(jī)械（動(dòng)力機(jī)械使顆粒摩擦過渡，損耗增加），粒子純屬自由流動(dòng)。 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(jià)值， 可以用冷凝回收裝置代替焚燒爐，經(jīng)濟(jì)效益可觀。為了節(jié)能，應(yīng)注意制冷冷量的回收。 可以用熱氮?dú)饷撐鏌峥諝饷撐?（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?dú)馐茄h(huán)使用的，只要補(bǔ)充小部分。同樣要注意熱氮?dú)鉄崃康幕厥铡?/p>

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(jī)輸送。前者的氣流最終經(jīng)旋風(fēng)分離后還有少量粉塵排放， 后者通過振動(dòng)篩可分離收集全部的粉塵和到達(dá)壽命終點(diǎn)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(dòng)床濃縮技術(shù)

3.生物法處理技術(shù)

生物法早期應(yīng)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(duì)生物法處理技術(shù)研究的不斷深入，生物法被逐步應(yīng)用于其他工業(yè)領(lǐng)域。 生物法處理工業(yè)廢氣具有運(yùn)行費(fèi)用低、 無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。生物法對(duì)有機(jī)物的降解速度較慢， 所以設(shè)備體積較大。生物菌種對(duì)有機(jī)物的生化降解具有很強(qiáng)的專一性，只有適合生物降解的有機(jī)物才可以使用生物法進(jìn)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(shí)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(yíng)養(yǎng)），有益菌種 得到繁衍壯大。微生物處理技術(shù)在運(yùn)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(gè)生態(tài)系統(tǒng)是一件麻煩的事情。 根據(jù)處理運(yùn)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(yíng)養(yǎng)元素的填料（通常是植物莖干的腐敗物）。 當(dāng)經(jīng)過除塵加濕的廢氣進(jìn)入過濾床通過生物填料層時(shí)， 填料層中的微生物將有機(jī)物捕獲并消化降解。生物過濾床可以做得很大（如羽毛球場(chǎng)那么大，甚至更大），為了不浪費(fèi)土地，可以在 上面種草綠化。 為保持床體的濕潤(rùn)，應(yīng)提供間隙噴淋。

圖 5 生物過濾床

生物洗滌床通常由 1 個(gè)洗滌塔和 1 個(gè)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(shí)現(xiàn)質(zhì)的傳遞[5]。 吸收了有機(jī)物的洗滌液流入再生池， 在那里有足夠的滯留時(shí)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(jī)物。 生物滴濾床有點(diǎn)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(shí)刻保持對(duì)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(jìn)入，回流液從上部噴淋而下，氣態(tài)有機(jī)物溶解于水中，并被附著于填料的微生物吸收分解。當(dāng)尾氣中的有機(jī)物喂不飽微生物或營(yíng)養(yǎng)不夠全面時(shí)， 應(yīng)在回流液中補(bǔ)充營(yíng)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(jī)物的微生物。廢氣鼓泡穿越池液時(shí)，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(shí)要補(bǔ)充營(yíng)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(duì)于大型涂料制造企業(yè)特別適合。因?yàn)閺U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(fēng)機(jī)、曝氣池（好氧池）、沉淀池、清水池、排污池、氣浮池、壓濾機(jī)、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(fēng)機(jī)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(jī)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(lì)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(xué)反應(yīng)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(jī)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(shì)包括：(1)廢氣通道幾乎沒有阻力， 系統(tǒng)的動(dòng)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(shí)開啟與關(guān)閉，靈活機(jī)動(dòng)；(4)裝置小巧；(5)無需除塵除水。由于目前激勵(lì)效率比較低， 廢氣凈化率＜70%，因而限制了它的實(shí)際應(yīng)用。 相信通過人們的努力會(huì)不斷改進(jìn)。

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(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用比較

表 3 為廢氣處理的設(shè)備投入及平時(shí)的運(yùn)行費(fèi)用情況（個(gè)案值僅供參考，市場(chǎng)運(yùn)作的實(shí)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(fèi)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(shí)，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(shí)間超過試用期或者中午休息時(shí)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(duì)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(dòng)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(dāng)于 0.3 mm)；(3) 涂膜外觀較好， 基本能滿足工程機(jī)械涂層外觀。

結(jié)語(yǔ)

環(huán)保型涂料是目前工程機(jī)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(shì)作為超高固體分環(huán)保涂料的一種試用于工程機(jī)械領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)表明，在合適的涂料配方、改進(jìn)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(jī)械用涂料及涂裝的要求。