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摘 要
以某中小型涂裝企業(yè)為例,分析其現(xiàn)有VOCs(揮發(fā)性有機物)廢氣收集處理存在的問題,針對VOCs廢氣產(chǎn)生源收集不全面,漆霧回收率低,VOCs廢氣收集系統(tǒng)混亂,VOCs廢氣處理工藝不適當(dāng),VOCs廢氣處理設(shè)備能力偏小等問題導(dǎo)致的VOCs超標排放,從源頭、過程和末端全過程進行整改,整改后企業(yè)產(chǎn)生的VOCs廢氣能達標排放。
工業(yè)涂裝行業(yè)排放大量含VOCs(揮發(fā)性有機物)的廢氣,占整個工業(yè)源VOCs排放量的20%以上。工業(yè)涂裝等溶劑使用行業(yè)對VOCs的貢獻受到了越來越多的關(guān)注。VOCs組分繁多,對公眾健康會產(chǎn)生直接或間接的不良影響,部分VOCs對人體具有致癌作用。VOCs已成為導(dǎo)致環(huán)境空氣質(zhì)量惡化的核心污染物之一。目前VOCs減排的研究主要集中在末端治理技術(shù)上。VOCs的減排應(yīng)從源頭、過程和末端的全過程進行控制。
現(xiàn)場調(diào)查瀘州市10家中小型涂裝企業(yè)的VOCs廢氣治理現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn):這些企業(yè)全部使用低VOCs含量的涂料,VOCs產(chǎn)生量較少;其中30%的企業(yè)采用高壓噴槍,油漆浪費較多;只有30%的企業(yè)對漆霧進行了回收利用;普遍VOCs廢氣收集不完善,雖然所有企業(yè)都集中收集處理了噴漆房的VOCs廢氣,但調(diào)漆間、流平室、固化區(qū)、危廢暫存間的VOCs廢氣未進行有效的收集和處理;80%的企業(yè)的廢氣治理工藝不合理,如某使用紫外光(UV)固化油性漆的企業(yè)中的VOCs廢氣主要采用噴淋、UV光解和活性炭吸附的方式來處理,難以使廢氣中的VOCs達標排放。
另外,從VOCs廢氣治理設(shè)備分析,這10家企業(yè)還存在以下問題:UV光解設(shè)備的處理能力都偏?。?8%的企業(yè)中,活性炭吸附箱處理能力偏小;80%的企業(yè)廢氣收集管的管徑不適當(dāng),風(fēng)速不適宜;所有企業(yè)皆存在管線偏長,管道壓力損失大,各并聯(lián)管網(wǎng)壓力損失不匹配,且未設(shè)置調(diào)壓裝置,風(fēng)機風(fēng)壓不足以克服壓力損失,VOCs廢氣收集系統(tǒng)難以正常運行。本文以瀘州市某中小型涂裝企業(yè)為例,講述如何從源頭、過程和末端全過程整改其VOCs廢氣收集處理系統(tǒng),確保達標排放。
該企業(yè)使用的底漆和面漆屬于紫外光固化油性涂料。紫外光固化溶劑型涂料屬于《“十三五”揮發(fā)性有機物的污染防治工作方案》(環(huán)大氣[2017]121號)中鼓勵使用的涂料類型之一,因此原輔材料無需整改。
使用傳遞效率優(yōu)良的涂裝技術(shù)和設(shè)備,如空氣輔助噴涂、無氣噴涂、靜電噴涂等,可減少涂料使用量,可以減少VOCs排放量。該企業(yè)采用靜電噴涂工藝,所以不需要整改。底漆房和面漆房分別配置7支高壓噴槍,工作壓力0.4 MPa。高壓噴槍的噴涂霧化能力強,噴漆效率高,但油漆浪費較多,因此需要將高壓噴槍整改為低壓噴槍。
回收漆霧有利用企業(yè)節(jié)約油漆使用量,同時減少對廢氣收集管網(wǎng)和后續(xù)廢氣處理設(shè)備的不利影響。該企業(yè)只采用旋風(fēng)裝置回收底漆房漆霧,面漆房未回收,故需增加漆霧回收設(shè)備。
收集是廢氣有效處理的前提。涂裝企業(yè)生產(chǎn)主要經(jīng)歷待加工件除塵、噴底漆、流平、固化、噴面漆、流平、固化等工序。VOCs產(chǎn)生源主要來自油漆調(diào)配、噴漆、流平、固化等環(huán)節(jié)以及危廢暫存。該企業(yè)僅對噴漆房廢氣進行了密閉收集處理,其余VOCs廢氣未收集,處于無組織排放狀態(tài)。由于VOCs廢氣收集不全面,因此需要整改。
以長3.0 m、寬3.5 m、高2.2 m的面漆房為例,對現(xiàn)有引風(fēng)機的風(fēng)量符合性進行分析。風(fēng)機型號為4-72-NO8C,風(fēng)量范圍12 224 ~ 15 705 m3/h。利用風(fēng)機風(fēng)量與通風(fēng)面積(即長乘高)的比值計算出*小風(fēng)速0.51 m/s和*大風(fēng)速0.66 m/s,它們在《涂裝作業(yè)安全規(guī)程噴漆室安全技術(shù)規(guī)定》(GB 14444–2006)要求的控制風(fēng)速0.38 ~ 0.67 m/s范圍之內(nèi),故不需要整改。
VOCs治理技術(shù)主要有:直接燃燒法、蓄熱燃燒法、催化燃燒法、低溫等離子體法、臭氧法、冷凝法、膜分離法、吸附法、吸收法、生物降解法、光解法、光催化法等。
該企業(yè)主要采用“兩級水噴淋 + 活性炭吸附 + UV光解”處理技術(shù)。據(jù)《四川省2018年度揮發(fā)性有機物(VOCs)減排核算方法說明》,活性炭吸附技術(shù)的VOCs去除效率為30%;UV光解的VOCs去除效率為20%;水噴淋的VOCs去除效率為10%。該企業(yè)使用油性漆,從原理上講水噴淋對油性漆VOCs的去除率低,因此不考慮水噴淋對VOCs的去除效果。該企業(yè)現(xiàn)有廢氣治理工藝的VOCs去除總效率為44%,不滿足《四川省固定污染源大氣揮發(fā)性有機物排放標準》(DB 51/2377–2017)的“表3”對表面涂裝行業(yè)VOCs去除率不低于80%的要求。因此,VOCs廢氣治理工藝需要進行調(diào)整,將VOCs去除率提高至80%以上。
一級噴淋塔內(nèi)徑1.50 m,高度3.00 m;二級噴淋塔內(nèi)徑1.50 m,高度4.50 m。如前所述,水噴淋對油性漆VOCs的去除效果較差,不適用于本項目,需要整改。
該企業(yè)原有的UV光解設(shè)備的尺寸為2.7 m × 1.1 m × 1.3 m,安裝有紫外燈管60根,每根燈管電壓100 V,長度90 cm。據(jù)設(shè)備說明書所述,該設(shè)備設(shè)計處理風(fēng)量為10 000 m3/h,遠小于企業(yè)目前實際收集的底漆房和面漆房VOCs廢氣量24 448 ~ 31 410 m3/h,其處理能力不足,因此需要整改。
該企業(yè)采用固定床吸附裝置,尺寸為0.9 m × 1.0 m × 1.3 m,活性炭箱為3層,每層20 cm高。每15 d更換一次蜂窩狀活性炭。根據(jù)處理風(fēng)量與活性炭吸附箱中通風(fēng)面積計算出廢氣*小流速為6.79 m/s,不符合《吸附法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2026–2013)中小于1.2 m/s的要求。廢氣在活性炭吸附箱中停留時間較短,設(shè)備處理能力不足,需要整改。
以底漆房至風(fēng)機的通風(fēng)管(長達15 m)為例進行計算,底漆房至風(fēng)機的通風(fēng)管斷面為邊長500 mm的正方形,斷面面積為0.25 m2。根據(jù)風(fēng)量范圍12 224 ~ 15 705 m3/h可算出通風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速為13.58 ~ 17.45 m/s,不符合《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GB 50019–2015)中風(fēng)速在2 ~ 14 m/s范圍內(nèi)的要求,通風(fēng)管內(nèi)徑偏小。
通風(fēng)管阻力包括摩擦阻力和局部阻力,通風(fēng)管阻力計算參照《簡明通風(fēng)設(shè)計手冊》。由于并聯(lián)管道阻力損失相差大于10%,因此需要安裝調(diào)壓閥,但該企業(yè)現(xiàn)有廢氣收集系統(tǒng)未進行調(diào)壓處理。
該企業(yè)現(xiàn)有的廢氣收集處理系統(tǒng)是自行設(shè)計的,矩形管和圓形管混接,管徑不適當(dāng),存在管線偏長、管道壓力損失大、各并聯(lián)管網(wǎng)壓力損失不匹配、未設(shè)置調(diào)壓裝置等問題,風(fēng)機風(fēng)壓不足以克服系統(tǒng)壓力損失,廢氣收集系統(tǒng)難以正常運行,因此需要整改。
由上述分析可知,該企業(yè)現(xiàn)在的VOCs廢氣治理問題主要是:涂裝設(shè)備不合理,使油漆浪費較多;漆霧回收效率較低;廢氣收集不全面;廢氣治理工藝不適當(dāng);廢氣治理設(shè)備規(guī)模偏?。粡U氣收集管網(wǎng)不匹配。于是對存在的問題進行逐項整改。
建議改用工作壓力不超過0.3 MPa的低壓噴槍。
根據(jù)對VOCs產(chǎn)生源的分析,按表1進行有機廢氣收集系統(tǒng)風(fēng)量計算。
據(jù)《四川省2018年度揮發(fā)性有機物(VOCs)減排核算方法說明》,催化燃燒的VOCs去除效率為90%。該企業(yè)VOCs產(chǎn)生濃度經(jīng)計算約為188 mg/m3,若采用活性炭吸附濃縮后催化燃燒去除廢氣中90%的VOCs,則VOCs排放濃度為18.8 mg/m3,低于DB 51/2377–2017的VOCs排放限值60 mg/m3。
因此VOCs廢氣去除率和排放濃度可以同時達標。為保護后端處理設(shè)備和提高油漆回收利用率,擬對噴漆室進行脫脂預(yù)處理。揮發(fā)性有機廢氣主要來自噴漆房和固化室,因此這兩處采用脫脂箱(預(yù)處理)加活性炭吸附濃縮催化燃燒工藝。
為充分利用現(xiàn)有設(shè)備,底漆房的旋風(fēng)回收集漆霧設(shè)備保留,在其后端安裝脫脂箱,如圖1所示。油漆分裝間和危廢暫存間產(chǎn)生的揮發(fā)性有機廢氣少,濃度較低,并且持續(xù)產(chǎn)生,因此經(jīng)收集后利用現(xiàn)有活性炭吸附設(shè)備處理后排放。
對噴漆室進行脫脂預(yù)處理,保護了后端處理設(shè)備之余,又增大了油漆回收利用率。面漆房和底漆房分別配置一個脫脂箱,其處理能力大于收集風(fēng)量13 662 m3/h。