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喷涂有机废气中VOCs的处理工艺及设备

发表时间:2017-09-28
近年来,全国各地连续多日的雾霭天气,使大气污染防治引起社会和政府的高度关注,相应的综合治理措施也在公众和媒体的关注下,以前所未有的速度和力度展开。PM2.5的来源不仅仅是颗粒物,还有化学反应生成物。因此《计划》的发布将带来更加严格的VOCs(挥发性有机化合物)的减排和防治要求。在VOCs减排方面,中国一贯重视不够,但其数量实际超过二氧化硫和氮氧化物,是形成PM2.5和臭氧的重要因素。VOCs排放不同于二氧化硫和氮氧化物,其排放源分散,广泛存在于石化、喷涂、印刷、制桶、家具等行业,对于监管和治理的挑战更大。
环保部在今年2月发布的《环境空气细颗粒物污染防治技术政策(试行)》征求意见稿提出,对环境污染严重、污染物排放量大的地区,应在国家排放标准中规定特别排放限值或制定实施严格的地方排放标准。其中,对工业污染源治理,征求意见稿提出,将制定严格、完善的国家和地方工业污染物排放标准,明确各行业排放控制要求;尽快制定工业烟(废)气中VOCs、氨的国家或地方排放标准等。这意味着不仅对VOCs的排放监管将加强,VOCs的排放标准也将提高。这种形势将为所有排放VOCs的生产企业,包括喷涂行业带来巨大的挑战。
在喷涂行业,对VOCs的认识存在两个误区,一是以三苯代替VOCs,认为没有三苯排放或三苯排放达标即可,另一个是认为采用水性涂料无VOCs排放。有关色漆和清漆通用术语的国际标准ISO4618/1-1998和德国DIN55649-2000标准对VOC的定义是,在常温常压下,任何能自发挥发的有机液体和/或固体。同时,德国DIN55649-2000标准在测定VOC含量时,又做了一个限定,即在通常压力条件下,沸点或初馏点低于或等于250℃的任何有机化合物。实际上,从环保出发,VOCs的定义分为二类,一类是普通意义上的VOCs定义,只说明什么是挥发性有机物,或者是在什么条件下是挥发性有机物;另一类是环保意义上的定义,也就是会产生危害的那一类挥发性有机物。在我国《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996中,虽然没有对VOCs排放做直接规定,但实际通过对非甲烷总烃指标对VOCs的排放做了总量限制,同时又对苯、甲苯、二甲苯等做了规定。非甲烷总烃(NMHC)通常是指除甲烷以外的所有可挥发的碳氢化合物(其中主要是C2~C12)。
之所以排除甲烷,是认为除了爆炸燃烧和高浓度窒息影响外,甲烷在空气中即使达到高浓度也不会对健康造成危害。而其他所有可挥发的碳氢化合物已经证明了的对健康的影响包括对中枢神经的麻醉作用,对皮肤的刺激,以及对造血功能的影响等。除直接对人体健康有害外,在一定条件下非甲烷总烃经日光照射还能产生光化学烟雾,形成PM2.5等,对环境和人类造成更大危害。例如,已有研究证明PM2.5超标和肺癌的高发和致死成显著的正相关性。
因此,环保上所指VOCs和非甲烷总烃是一致的。它包含所有碳原子在2~12的碳氢化合物。喷涂企业积极采用不含三苯的溶剂型涂料,可有效降低较具有健康危害的三苯排放,但其他溶剂仍在标准限制之列,必须满足非甲烷总烃的排放限制和排放速率要求。水性涂料目前被广泛视为环保产品,但实际上由于涂料性能的要求,水性涂料不可避免含有VOCs,如成膜助剂、抗冻剂、乳液的残留单体等。在水性涂料的喷涂中,仍需考虑非甲烷总烃的排放超标问题。
另外,值得注意的是VOCs排放附带的气味问题。由于大量的喷涂企业和生活区混杂,气味影响成为针对喷涂企业的环保投诉的重要原因。无论是为了满足排放标准要求,还是为了避免气味投诉,从保护职工和人民群众的健康出发、从保护环境角度出发,喷涂企业应高度重视VOCs排放的控制和治理。
目前工程实践和实验中的有机废气处理工艺主要分为分解和回收两类(如图一所示)。这些处理工艺有些比较成熟,有些则存有争议。在这些工艺中,通过燃烧将VOCs分解为H2O和CO2是比较彻底的治理工艺。燃烧法不存在选择性,在800~1200℃高温下,绝大部分VOCs都被分解。由于燃烧法在高温下运行,因此投资和运行费用也是所有治理工艺中最高。在喷涂有机废气治理中,由于空气中有机物热值低,大部分的燃烧工艺均需要添加燃料助燃。
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