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喷漆废气处理工程技术规范
1 适用范围
本标准规定了机械、电气设备、家电、汽车、船舶、家具等行业喷漆废气处理工程的设计、施工、验收以及运行管理的技术要求，可作为环境影响评价、可行性研究、设计施工、环境保护验收及建成后运行与管理的技术依据。
2 规范性引用文件
(1)环境保护有关法律法规
(2)《大气污染物综合排放标准》GB162971996
3 总体设计
3.1 一般规定
3.1.1 酸洗废水处理工程的设计建设，除应遵守本技术规范外，还应符合国家现行的相关强制性标准的规定。
3.1.2 应根据工业企业酸洗废水的水质、水量、处理要求、处理目的等条件确定酸洗废水处理工程的处理规模和处理工艺，做到保护环境、经济合理、技术可靠。
3.1.3 处理工程技术方案的选择应符合环境影响评价报告书批复文件的要求，渗滤液处理后出水应稳定达到GB8978 1996和有关地方排放标准的规定。
4 工艺技术要求
喷涂工序包括喷涂、流平和烘干，每个工序均有VOC排放。某汽车喷涂金属车间底色漆，在喷漆室、流平室及烘干室的VOC产生量分别为60% 、35%、5%，罩光漆在3个工序的产生量分别为50%、20%和30% 。喷漆室或喷涂工序主要污染物为VOC和漆雾(颗粒物)，流平和烘干工序主要污染物为VOC。漆雾颗粒微小(绝大部分在10μm以下)、黏度大、易黏附在物质表面，净化有机废气之前必须去除漆雾，然后再进一步去除废气中的甲苯、二甲苯、非甲烷总烃等挥发性有机物。
目前国内外漆雾处理方法包括：过滤法、低温冷凝法、油吸收法、水吸收法等，较多采用的是过滤法和水吸收法。经过除雾处理后的喷涂废气和流平、烘干废气主要含有挥发性有机物，还需经一步净化治理。
净化处理方法, 目前比较广泛使用的有液体吸收法、直接燃烧法、催化燃烧法和活性炭吸附等四种不同的方法。活性炭吸附法净化率可达95%以上, 若无再生装置, 则运行费用太高;液体吸收法净化率只有60%-80%, 这种方法实际应用存在吸收效率不高、油雾夹带现象, 一般难以达到国家排放标准, 而且存在着二次污染问题; 催化燃烧法净化率也可达95%, 但适合于处理高浓度、小风量且废气温度较高的有机废气, 而喷漆废气中的“ 三苯”浓度一般低于300mgm3, 因此采用催化燃烧法处理也不合适。
目前大部分工厂在处理喷漆废气时采用水帘洗涤装置或颗粒炭吸附法, 水帘洗涤法处理后的喷漆废气一般达不到《大气污染物排放标准》GB16297- 96中的标准。颗粒炭吸附法一般未采取再生措施, 设施运行一定时间后需更换新炭。
各种废气处理装置适用范围见图
5 工艺流程及参数
5.1 吸附法
吸附法是利用活性炭对有机成分的吸附作用,使有害成分从气体中分离出来。在处理有机废气的方法中,吸附法应用极为广泛,与其他方法相比具有去除效率高、净化彻底、能耗低、工艺成熟等优点;缺点主要是当废气中有胶粒物质或其它杂质时,吸附剂容易失效。吸附法主要适用于低浓度的有机废气净化。决定吸附法处理效率的关键是吸附剂。对吸附剂的要求一般是具有密集的细孔结构,内表面大,吸附性能好,化学性质稳定,耐酸碱、耐水、耐高温高压,对空气阻力小等特点,常用的吸附剂有活性炭、活性氧化铝、人工氟石、炉灰渣等。在目前应用的吸附剂中活性炭性能最好,应用最广泛。
活性炭又分颗粒状和纤维状两类,相比较而言,颗粒状活性炭气孔均匀,除小孔外,还有0.5-5μm的大孔,比表面积一般为600～1600m2g,被处理气体要从外向内扩散,通过距离较长,所以吸附解吸均较慢,经过氧化处理过的颗粒状活性炭具有更强的亲和力,一般用于固定床式活性炭吸附法。而纤维状活性炭气孔均较小,比表面积大,它是靠分子间相互引力发生吸附,相互不发生化学反应,是物理吸附过程,小孔直接开口向外,气体扩散距离短,吸附解吸均较快,一般用于吸附浓缩法。固定床式活性炭吸附法适用于排放的有机废气浓度为0-0.1mgm3,风量为0-48000m3h 的工程;吸附浓缩法适用于有机废气浓度为0-0.6mgm3,风量为0-600000m3h的工程。
活性炭吸附工艺流程图
传统的吸附式废气处理设备均采用GAC ( Granular Aativated Carbon) 作为废气净化的吸附材料。它们通常采用过热蒸气解吸回收。由于吸附器和风阀需要承受过热蒸气的压力和废气废水的侵蚀,其床身通常由厚钢板焊接成圆筒形罐,设备重,体积大。再加上GAC 吸附器本身的工作阻力大，通常相当于HAC的八倍左右，GAC 喷漆废气处理系统所配排气风机的运行功率大、噪音大。HAC(蜂窝状活性碳)是由一定配比的吸附剂材料和粘接剂组成，经过一定的制备工艺形成独特的蜂窝状活性炭构造的吸附材料。它具有阻力小、结构合适、孔径分布合理、湿度影响小、吸附性能好的特点。采用HAC 作为废气净化吸附材料的喷漆废气处理系统通常采用热风解吸,催化燃烧净化有机废气。这样，吸附器和风阀承受较低的风压，没有废水的侵蚀，可以用较薄的钢板制造。因此，HAC 喷漆废气处理系统具有以下特点：(1)一次完成废气处理工作，无二次废水污染;(2)造价低, 设备投资可降低20%～30 %;(3)节省能源，运行费用可降低30 %左右;(4) 重量轻,占地面积少;(5)设备制造、安装周期短，维修方便。HAC 与GAC 相比，在大风量、低浓度的废气净化处理作业中，有明显的优势，为喷漆废气处理系统的普及推广应用提供了一条新途径。
5.2 热破坏法
热破坏法是目前工艺设备比较成熟、应用比较广泛的一种方法。有机化合物的热破坏是十分复杂的,包含一系列高分子分解、聚合及自由基反应,最重要的有机化合物破坏机理是氧化和热分解。热破坏法可分为直接火焰燃烧法、催化燃烧法和蓄热式直接火焰燃烧法等。
5.2.1 直接火焰燃烧法
直接火焰燃烧法是一种有机物在气流中直接燃烧和辅助燃料燃烧的方法。在多数情况下,有机物浓度较低,不足以在没有辅助燃料时燃烧。直接火焰燃烧和催化燃烧法适用于有机废气浓度为0.1-1.4mgm3, 发热值3345kJm3，风量在0-33000m3h的工程。对于高浓度的有机废气处理,在适当温度和停留时间条件下,可达到95%以上的处理效率。
5.2.2 催化燃烧法
催化燃烧净化是利用各种工业废气可以燃烧的特性,将废气经吸附剂浓缩后, 在催化剂和较低温度(200-400℃)下进行无火焰燃烧, 将有机废气氧化分解为二氧化碳和水的技术或者将含有卤素及其他元素的有机物转化生成卤化氢, 二氧化硫及很少的二氧化氮或其它金属氧化物, 再经过吸收等净化措施将有害气体彻底转化为无害气体的一种净化方法。
催化剂一般分为三种类型。贵金属催化剂、非贵金属催化负载型催化剂、复合氧化物催化剂与稀土(复合)氧化物催化剂。对于喷漆废气的催化燃烧, 采用非贵金属催化负载型催化剂蜂窝载体, 充分利用其高比表面, 压力降较片粒状低, 机械强度大、耐磨、而寸热冲击的优良性能。同时为防止催化剂中毒, 在废气进入反应器前预处理装置, 消除废气中的粉尘和毒物, 定期进行再生和清洗工作。
5.2.3 蓄热式直接火焰燃烧法
蓄热式直接火焰燃烧法是在2个燃烧室的下部分别放置一层蓄热材料,2个燃烧室交替工作一个燃烧室的蓄热层在废气燃烧时积蓄热量,而废气进入另一个燃烧室前经过蓄热层进行预热,预热温度为250℃,燃烧室燃烧温度为800-870℃,详见图1 。此系统热效率可达95%以上,废气处理效率可达98 %以上。该方法适用于有机废气浓度为112-910mgm3 ,风量在4200-300000m3 h的高浓度大风量的工程。
蓄热式直接火焰燃烧法示意图
5.3 生物膜法
就是将微生物固定附着在多孔性介质填料表面,并使污染空气在填料床层中进行生物处理,将污染物除去,并使之在空隙中降解成CO2、H2O和中性盐。此方法适用于低浓度的有机废气处理,是研究治理有机废气的前沿和热点技术。
5.4 组合工艺
5.4.1 吸附浓缩-催化燃烧工艺
对于大流量、低浓度的有机废气，燃烧或催化燃烧处理费用太高，不经济。利用炭吸附具有处理低浓度和大气量的优势，先用活性炭捕获废气中的有机物，然后用很小流量的热空气来脱附，这样可使VOC富集10-15倍，大大地减少了处理废气的体积，使后处理设备的规模也大幅度地降低。把浓缩后的气体送到催化燃烧装置中，利用催化燃烧处理较高浓度的特点来消除VOC。催化燃烧放出的热量可以通过间壁换热器来预热进入炭吸附床的脱附气，降低系统的能量需要量。该技术利用炭吸附处理低浓度和大气量的特点，又利用催化床处理适中流量、高浓度的优势，形成一非常有效的集成技术。
活性炭吸附-催化燃烧工艺流程图
5.4.2 雾化洗涤—超细过滤工艺及吸附—催化燃烧工艺
喷漆废气中漆雾颗粒微小、粘度大，易粘附物质表面，净化有机废气前必须去除漆雾。传统的漆雾去除方法一般采用水洗式喷漆室，该方法净化效率低，无法达到前处理要求。通过实验及工程实践表明，雾化洗涤—超细过滤工艺去除漆雾效果显著，效率高达90%以上。
1.工艺流程说明
喷漆废气产生于工件涂装的喷漆工作台，高压空气喷射出的油漆大部分留在工件上，其它的随着废气带出，形成漆雾粉尘。这些粉尘含量不高，粒径较小，绝大部分在10µm以下，若未经处理，将很快堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。喷漆废气经过雾化洗涤塔净化处理，由于螺旋进气及在高级雾化作用下，气液充分接触，废气中细小粉尘、未凝固的油漆颗粒及少量的有机废气被洗涤液吸收，废气由洗涤塔内丝网除沫器脱水后进入干式超细过滤器，对粉尘进行深度处理，确保废气中粉尘完全脱除。
废气进入两台JY型吸附床, 有机气体被活性炭吸附, 干净气体由排气筒外排。一台吸附床经脱附再生后处于备用状态。脱附再生时, 启动催化燃烧床电加热器, 预热空气, 并送入吸附床加热活性炭, 活性炭达到一定温度后, 吸附的有机气体解析出来, 送入催化燃烧床, 在催化作用下, 有机气体燃烧放热,燃烧尾气主要回用于活性炭加热脱附, 部分外排。通过催化燃烧床使活性炭再生, 并完全净化废气。
2.主要设备工艺有：
雾化洗涤塔。是粉尘、漆雾的预处理设备, 也可去除少量的有机气体。选用高级雾化系统, 洗涤液可雾化成微小、均匀的液滴, 使气液充分接触, 可去除细微颗粒。
干式超细过滤器。能较完全地去除粉尘、漆雾,从丝网除沫器带出的少量水汽也可截除。
JY型吸附床。净化有机废气的主要设备, 设计中应重点考虑吸附材料、停留时间、气流分布等问题。
催化燃烧床。活性炭再生的热量来源, 净化有机废气的最终设备, 是确保有机废气净化效果的关键设备。
3.工艺参数
净化设施“ 三苯”平均净化率95.9%, 粉尘净化率99%, 催化燃烧“ 三苯”转化率98.2%, 采用雾化洗涤—超细过滤工艺及吸附—催化燃烧工艺治理喷漆废气取得很好的运行效果。
从上表可知每万立方米喷漆废气运行费用仅5.4元, 运行费用中引风机的电费占76%, 催化燃烧电费占10%, 过滤材料费、水费、人工费等其它费均很低, 净化系统达到最佳效能比。
7 施工与验收
7.1 工程施工
7.2 工程验收
8 运行与维护
8.1 运行
8.2 维护
8.3 应急处理措施
9.系统的安全生产
任何可燃烧物与氧或空气的混合物都有两种临界组成, 即爆炸下限和爆炸上限。从理论上讲, 在这两个极限之间的混合气体是可燃的或爆炸性的, 因为当一定浓度范围内的氧和可燃组分混合物被点着后, 在有控制的条件下就形成火焰, 维持燃烧, 而在一个有限的空间内无控制地迅速发展则会形成爆炸。因此, 严格控制可燃浓度和氧气含量极为重要。由于各种碳氢化合物在空气中爆炸浓度下限时, 其燃烧的热值及燃烧时的升温大致相同, 因而常将可燃物浓度与热值、温升联系起来, 把可燃物浓度用爆炸浓度下限的百分数来表示, 为1%LEL(Lower Expensive Limit)。大多数碳氢化合物每1%LEL所含热值, 大约可使混合气体温升15.3℃ 。为安全计, 通常将可燃物浓度冲淡在爆炸浓度下限以下燃烧, 即将废气中可燃物浓度控制在25%LEL以下, 以防止由于混合物比例及爆炸范围的偶然变化, 可能引起的爆炸或回火。为此, 在系统中的脱附风机、补冷风机进口, 均需装有新鲜空气进口管道。