美式家具噴涂廢氣治理

摘要：針對美式家具在噴涂過程中產(chǎn)生的粉塵與低濃度揮發(fā)性有機(jī)物特性，采用初效過濾棉＋濾筒除塵器＋吸附脫附催化燃燒進(jìn)行治理。揮發(fā)性有機(jī)物去除效率達(dá)97.9%，粉去除效率達(dá)99.6%，其排放濃度遠(yuǎn)低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。該套工藝減排*，無有害副產(chǎn)物產(chǎn)生，安全環(huán)保，在美式家具行業(yè)有極大的推廣價(jià)值。

前言

我國VOCs高排放量地區(qū)主要集中于珠三角、長三角、京津冀工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，典型行業(yè)包括石化、家具制造、汽車制造、包裝印刷、橡膠制品等。

噴涂是家具制造行業(yè)重要的工藝之一，在很大程度上決定了家具制品的外觀、色彩、質(zhì)量、檔次與價(jià)值。噴涂過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，家具制造企業(yè)的傳統(tǒng)做法是，用初效過濾棉過濾后直排，將粉塵和廢氣直接排放到廠房外，對周邊環(huán)境造成污染，對附近居民的健康造成不利影響。涂料粉塵排到廠房外，沉積在廠房頂部，容易引發(fā)火災(zāi)事故。目前國內(nèi)大型家具企業(yè)大都采用噴涂流水生產(chǎn)線，涂料主要采用溶劑型快干漆，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的漆塵和有機(jī)廢氣，因此家具生產(chǎn)企業(yè)均有環(huán)保治理的迫切需求。

1VOCs來源與排放特征

1.1VOCs來源

當(dāng)前國內(nèi)外常用的木器涂料各具不同的涂裝質(zhì)感。常用的涂料種類有硝基涂料、聚氨酯涂料、不飽和聚酯涂料、光敏涂料等。現(xiàn)在使用較為廣泛的環(huán)境友好型涂料為聚氨酯涂料，但是美國人喜愛硝基涂料的質(zhì)感，至今大部分美式家具仍用硝基涂料，故近年出口美國的家具幾乎底面漆多用硝基。而日本的手工制作家具與中國臺灣的家具涂裝其硝基涂料也仍占很大比例。硝基涂料也稱硝酸纖維素涂料、蠟克漆，其主要成膜物質(zhì)為xiao化棉，它多由棉花用硝酸硝化制成，化學(xué)上稱“硝酸纖維素酯”。將xiao化棉與其他合成樹脂(如醇酸樹脂、松香樹脂等)溶于酯、酮、醇、苯等混合溶劑中即成硝基涂料，將其涂于木材表面，待溶劑揮發(fā)便可成膜。由于木材纖維中含纖維素，與xiao化棉結(jié)構(gòu)類似，故硝基涂料與木材的兼容性優(yōu)良，即使涂飾多遍仍能顯現(xiàn)素材的木質(zhì)感。

木家具制造過程中使用的硝基類涂料是典型的溶劑揮發(fā)型涂料，具有快干性能，依靠溶劑揮發(fā)形成連續(xù)涂膜，涂料中的溶劑在調(diào)漆、噴涂、干燥及設(shè)備清洗4個(gè)階段已基本揮發(fā)完畢，因此，木家具硝基涂料涂飾車間VOCs主要源于涂料中有機(jī)成分的揮發(fā)。

1.2排放特征

硝基涂料在實(shí)際應(yīng)用中會有不同的品種和品牌,加入不同輔劑，成分較為復(fù)雜，但一般均加入天拿水、松香水，形成的混合涂料主要組分為醋酸丁酯(乙酯、戊酯)、丙酮、丁酮、乙醇、丁醇、二丙酮醇、甲苯、苯，其排放VOCs主要為乙酸仲丁酯、甲苯、二甲苯?？偱欧艥舛?TVOCs)一般均屬于中低水平。

在鋸切、刨削、噴涂生產(chǎn)工序中，都會產(chǎn)生的粉塵，噴涂產(chǎn)生的主要粉塵為漆塵。由于硝基涂料固體成分偏少，其粉塵含量較低，粒徑較小。

2廢氣治理技術(shù)的選擇

末端治理技術(shù)是控制VOCs污染的重要途徑之一，可分為回收利用技術(shù)與銷毀技術(shù)及組合技術(shù)，分別適用于不同的工況。對于濃度較高(>4000mg/m3)或價(jià)格昂貴的有機(jī)溶劑，可采用吸附法、吸收法、冷凝法、膜技術(shù)進(jìn)行回收利用;對于低濃度(<1000mg/m3)，大風(fēng)量的廢氣可采用蓄熱燃燒法、催化燃燒技術(shù)、光催化法、低溫等離子法、生物降解法。由于一些廢氣濃度過低無法正常使用蓄熱燃燒法、催化燃燒技術(shù)，由此產(chǎn)生了組合技術(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)條件，外界影響因素多，VOCs成分復(fù)雜，排放濃度波動大，單一的治理技術(shù)存在一定的局限性，通常需要幾種工藝進(jìn)行組合。常用的組合技術(shù)有：沸石轉(zhuǎn)輪+熱力焚燒技術(shù)、沸石轉(zhuǎn)輪+蓄熱燃燒法、洗滌+氧化技術(shù)、濾筒除塵器+催化燃燒燃燒技術(shù)等。

2.1治理技術(shù)的選擇

考慮其廢氣的特點(diǎn)，如采用吸附法，若未經(jīng)過濾處理，將很快堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。若灰塵通過了活性炭，沉積在催化劑表面上，覆蓋催化劑表面的活性點(diǎn)位，會導(dǎo)致催化劑喪失作用，由于重金屬的作用可能導(dǎo)致催化劑中du。針對此種狀況，可設(shè)計(jì)采用初效過濾棉預(yù)過濾，濾筒除塵器除塵，蜂窩狀活性炭為吸附劑，催化燃燒，即活性炭熱脫附再生原理，其流程見圖1。

2.2工藝原理及裝置析料選型說明

2.2.1初效過濾棉

噴涂廢氣中的液態(tài)漆霧霧滴會被攔截，并且少量的顆粒黏附在紙壁面上，不會隨氣流而帶走。而對于空氣則沒有特別的阻礙，可繼續(xù)運(yùn)動。當(dāng)空氣自由通過孔洞時(shí)，粒子吸附在過濾棉上，當(dāng)達(dá)到過濾飽和，進(jìn)行手動更換初效過濾棉。

2.2.2濾筒除塵器

濾筒除塵器能有效過濾0.1μm以上的顆粒物粉塵，效率高，能有效地?cái)r截漆塵。采用濾筒過濾+自動反吹清灰裝置，裝置適用于粉塵量大、連續(xù)工作的流水線，每天下班操作工人將收集的粉塵清理出去進(jìn)行處理，從而使粉塵不再污染周邊環(huán)境，防止火災(zāi)危害。

2.2.3活性炭吸附柜

活性炭吸附柜的吸附技術(shù)是利用蜂窩狀活性炭吸附劑將廢氣中的VOCs捕獲，吸附床活性炭床達(dá)到飽和后再進(jìn)行脫附使活性炭得到再生。常用的脫附方法有熱氣吹脫法、置換法、減壓法。

2.2.4催化燃燒器

直接燃燒需將廢氣加熱到800℃，使其*氧化CO2和H2O，由于燃燒溫度較高，容易產(chǎn)生熱力型氮氧化物，造成二次污染。催化燃燒在燃燒系統(tǒng)中加入貴金屬催化劑或氧化物催化劑能使VOCs氧化溫度降至400℃左右，可以降低設(shè)備運(yùn)行成本，可抑制氮氧化物的產(chǎn)生。VOCs氧化產(chǎn)生的熱量用于熱脫附活性炭吸附柜，使活性炭再生。

3實(shí)施案例及治理效果

該治理系統(tǒng)已于2015年在浙江省某臺資美式家具廠內(nèi)第7條生產(chǎn)線上投產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)置兩套廢氣收集裝置，其排風(fēng)量為24000m3/h，主要污染物為甲苯、二甲苯，進(jìn)氣濃度為230mg/m3，設(shè)計(jì)廢氣處理設(shè)備采用兩用一備，每個(gè)吸附單元的設(shè)計(jì)規(guī)模為6000m3/h，其布局圖如圖2所示。整套裝置由預(yù)過濾、濾筒除塵器、吸附床、燃燒床、風(fēng)機(jī)、閥門等組成。

在設(shè)計(jì)中濾筒除塵器的過濾風(fēng)速取1m/min，壓差1200Pa反吹清灰。本案例中采用的某環(huán)保公司規(guī)格為100mm×100mm×100mm蜂窩狀活性炭，其燃點(diǎn)為160℃以上?；钚蕴拷缑媪魉偃?.8m/s，5層活性炭疊加。綜合考慮活性炭達(dá)到飽和工作時(shí)間長、燃燒室所需溫度、廢氣爆炸極限、工人作息等因素，按照安全的原則，活性炭吸附溫度控制在35℃，吸附時(shí)長24h，熱脫附溫度100℃，時(shí)長4h。

該系統(tǒng)使用5個(gè)月后的檢測結(jié)果如表1所示，其治理前后車間對比如圖3所示。經(jīng)涂裝工人反饋，廢氣治理效果明顯，客戶滿意。廢氣經(jīng)處理后的濃度低于浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放限值，廢氣達(dá)標(biāo)排放;廢氣處理裝置的效率達(dá)到95%，符合國家與地方標(biāo)準(zhǔn)。

4結(jié)論與建議

利用預(yù)處理+濾筒除塵+活性炭吸附脫附+催化燃燒治理硝基涂料家具噴涂廢氣，通過預(yù)處理和濾筒除塵，有效地?cái)r截漆塵;在100℃熱風(fēng)的吹脫作用下，將大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣濃縮為小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣，經(jīng)過催化燃燒將VOCs氧化為CO2和H2O，并保持穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。經(jīng)實(shí)際使用證明，在美式家具噴涂廢氣治理上，該處理工藝與傳統(tǒng)工藝相比，該方法能有效地解決活性炭堵塞、催化劑重金屬中毒問題，具有凈化效率高、無二次污染、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)。

木質(zhì)家具制造行業(yè)廢氣治理應(yīng)該根據(jù)涂料的種類、使用的輔劑，充分了解VOCs排放濃度、物種特性、流量與漆塵，選擇合適的廢氣治理工藝。在使用活性炭吸附時(shí)，要考慮是否有粉塵，粉塵會造成活性炭堵塞失效。在使用催化燃燒技術(shù)時(shí)，選擇催化燃燒催化劑之前，應(yīng)做相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)廢氣特征，選擇合適的催化劑，提率，降低成本。根據(jù)廢氣燃燒產(chǎn)生的熱量，結(jié)合活性炭的燃點(diǎn)，選擇合適的脫附溫度，防止火災(zāi)發(fā)生，計(jì)算脫附時(shí)間，并設(shè)計(jì)安全斷開裝置。