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噴塗有機廢氣中VOCs的處理工藝及設備

近年來,全國各地連續多日的霧靄天氣,使大氣汙染防治引起社會和政府的高度關注,相應的綜合治理措施也在公眾和媒體的關注下,以前所未有的速度和力度展開。PM2.5的來源不僅僅是顆粒物,還有化學反應生成物。因此《計劃》的發布將帶來更加嚴格的VOCs(揮發性有機化合物)的減排和防治要求。在VOCs減排方麵,中國一貫重視不夠,但其數量實際超過二氧化硫和氮氧化物,是形成PM2.5和臭氧的重要因素。VOCs排放不同於二氧化硫和氮氧化物,其排放源分散,廣泛存在於石化、噴塗、印刷、製桶、家具等行業,對於監管和治理的挑戰更大。
環保部在今年2月發布的《環境空氣細顆粒物汙染防治技術政策(試行)》征求意見稿提出,對環境汙染嚴重、汙染物排放量大的地區,應在國家排放標準中規定特別排放限值或製定實施嚴格的地方排放標準。其中,對工業汙染源治理,征求意見稿提出,將製定嚴格、完善的國家和地方工業汙染物排放標準,明確各行業排放控製要求;盡快製定工業煙(廢)氣中VOCs、氨的國家或地方排放標準等。這意味著不僅對VOCs的排放監管將加強,VOCs的排放標準也將提高。這種形勢將為所有排放VOCs的生產企業,包括噴塗行業帶來巨大的挑戰。
在噴塗行業,對VOCs的認識存在兩個誤區,一是以三苯代替VOCs,認為沒有三苯排放或三苯排放達標即可,另一個是認為采用水性塗料無VOCs排放。有關色漆和清漆通用術語的國際標準ISO4618/1-1998和德國DIN55649-2000標準對VOC的定義是,在常溫常壓下,任何能自發揮發的有機液體和/或固體。同時,德國DIN55649-2000標準在測定VOC含量時,又做了一個限定,即在通常壓力條件下,沸點或初餾點低於或等於250℃的任何有機化合物。實際上,從環保出發,VOCs的定義分為二類,一類是普通意義上的VOCs定義,隻說明什麽是揮發性有機物,或者是在什麽條件下是揮發性有機物;另一類是環保意義上的定義,也就是會產生危害的那一類揮發性有機物。在我國《大氣汙染物綜合排放標準》GB16297-1996中,雖然沒有對VOCs排放做直接規定,但實際通過對非甲烷總烴指標對VOCs的排放做了總量限製,同時又對苯、甲苯、二甲苯等做了規定。非甲烷總烴(NMHC)通常是指除甲烷以外的所有可揮發的碳氫化合物(其中主要是C2~C12)。
之所以排除甲烷,是認為除了爆炸燃燒和高濃度窒息影響外,甲烷在空氣中即使達到高濃度也不會對健康造成危害。而其他所有可揮發的碳氫化合物已經證明了的對健康的影響包括對中樞神經的麻醉作用,對皮膚的刺激,以及對造血功能的影響等。除直接對人體健康有害外,在一定條件下非甲烷總烴經日光照射還能產生光化學煙霧,形成PM2.5等,對環境和人類造成更大危害。例如,已有研究證明PM2.5超標和肺癌的高發和致死成顯著的正相關性。
因此,環保上所指VOCs和非甲烷總烴是一致的。它包含所有碳原子在2~12的碳氫化合物。噴塗企業積極采用不含三苯的溶劑型塗料,可有效降低較具有健康危害的三苯排放,但其他溶劑仍在標準限製之列,必須滿足非甲烷總烴的排放限製和排放速率要求。水性塗料目前被廣泛視為環保產品,但實際上由於塗料性能的要求,水性塗料不可避免含有VOCs,如成膜助劑、抗凍劑、乳液的殘留單體等。在水性塗料的噴塗中,仍需考慮非甲烷總烴的排放超標問題。
另外,值得注意的是VOCs排放附帶的氣味問題。由於大量的噴塗企業和生活區混雜,氣味影響成為針對噴塗企業的環保投訴的重要原因。無論是為了滿足排放標準要求,還是為了避免氣味投訴,從保護職工和人民群眾的健康出發、從保護環境角度出發,噴塗企業應高度重視VOCs排放的控製和治理。
目前工程實踐和實驗中的有機廢氣處理工藝主要分為分解和回收兩類(如圖一所示)。這些處理工藝有些比較成熟,有些則存有爭議。在這些工藝中,通過燃燒將VOCs分解為H2O和CO2是比較徹底的治理工藝。燃燒法不存在選擇性,在800~1200℃高溫下,絕大部分VOCs都被分解。由於燃燒法在高溫下運行,因此投資和運行費用也是所有治理工藝中最高。在噴塗有機廢氣治理中,由於空氣中有機物熱值低,大部分的燃燒工藝均需要添加燃料助燃。