美式家具噴涂廢氣治理

摘要：針對(duì)美式家具在噴涂過(guò)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(guò)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(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。該套工藝減排*，無(wú)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(guó)VOCs高排放量地區(qū)主要集中于珠三角、長(zhǎng)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(guò)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(guò)濾棉過(guò)濾后直排，將粉塵和廢氣直接排放到廠房外，對(duì)周邊環(huán)境造成污染，對(duì)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(guó)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(guò)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(lái)源與排放特征

1.1VOCs來(lái)源

當(dāng)前國(guó)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?，F(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(guó)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(guó)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(guó)臺(tái)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(guò)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(huì)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。總排放濃度(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(huì)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(duì)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(duì)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(guò)低無(wú)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(dòng)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(guò)濾處理，將很快堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。若灰塵通過(guò)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(huì)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(duì)此種狀況，可設(shè)計(jì)采用初效過(guò)濾棉預(yù)過(guò)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(shuō)明

2.2.1初效過(guò)濾棉

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

2.2.2濾筒除塵器

濾筒除塵器能有效過(guò)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(guò)濾+自動(dòng)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(tái)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(guò)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(guò)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(zhǎng)、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(zhǎng)24h，熱脫附溫度100℃，時(shí)長(zhǎng)4h。

該系統(tǒng)使用5個(gè)月后的檢測(cè)結(jié)果如表1所示，其治理前后車間對(duì)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(guó)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(guò)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(guò)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(wèn)題，具有凈化效率高、無(wú)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(huì)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。