喷涂废气的全过程控制

1、喷涂废气的全过程控制1 引言喷涂广泛用于家具涂装等行业。 涂料中含有一定比例的溶剂， 喷 涂作业中还要添加一些稀释剂， 因此在喷涂、 流平及干燥过程中会产 生大量的挥发性有机物， 其中含苯有机物毒性很大， 不但对操作工人 的身体造成直接危害，同时也污染了周围的大气环境。2 喷涂废气污染物的来源一般涂料的组成包括：成膜物质（基料） 、颜料、填料、溶剂、其他 助剂等，在喷涂作业时还要配上稀释剂（稀料） 。成膜物质是涂料中最重要的组成部分，成膜时随着涂料中溶剂的挥 发，黏结剂分子或者乳液中的聚合物微粒相互靠近而凝聚， 将颜料和 填料黏结起来，形成连续涂膜，并使该涂膜牢固地黏结在基层上。成 膜物质固定

2、在物体表面，很少进入喷涂废气中。颜料又称为着色颜料， 在涂料中的主要作用是使涂膜具有一定的遮盖 力和所需要的各种色彩。 颜料在涂料所占比例小， 进入废气中的更少， 但因其有很强的着色能力， 造成废气中的颗粒物带有颜色。 因此按照 大气污染物综合排放标准 （GB16297 1996），对喷涂废气中的 颗粒物进行控制时，应执行染料尘限值标准。填料又称为体质颜料， 主要起填充作用， 填料能有效改善涂料的贮存 稳定性和涂膜的相关性能。填料是构成喷涂废气中颗粒物的一部分， 一般附着在漆雾中。助剂可以改善涂料及涂膜的某些性能， 一般用量很小， 但对涂料和涂 膜的性能却有很大的影响。主要包括：成膜助剂、固化

3、剂、分散剂、消泡剂、增稠剂等，根据不同的应用领域，有很多不同的选择。 溶剂是液体涂料配方中的重要组成部分， 是成膜物质的载体， 目前主 要采用的有甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、乙二醇、 丁醚、汽油、混合溶剂等。它与涂料的制造、贮存、施工、漆膜的质 量有密切关系。其主要作用是：01溶解并稀释涂料中的成膜物质，降 低涂料的黏度，便于涂漆或喷涂等施工操作；提高涂料贮存的稳定 性，防止成膜物质凝胶，同时加入溶剂后会使桶内充满溶剂蒸汽，可 减少涂料表面结皮；O3改善涂膜的流平性，可避免涂膜太后，太薄或 涂刷性能不好而产生刷痕或起皱等弊病。 溶剂是挥发性的液体， 只起 溶解和稀释成膜物质的作用

4、，在涂膜干结时，它挥发到空气中，是喷 涂废气中的主要污染物。 涂料有水性和溶剂型 2种，溶剂型涂料采用 的溶剂包括纯苯、甲苯、二甲苯、汽油溶剂等，产生的VOC包含苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃等。水性涂料属于环保型涂料，目前因其 价格昂贵，使用受到限制，只在少量出口汽车，机电设备中应用，水 性涂料废气污染物主要包括醇类和醚类等有机物。 稀释剂是在喷涂施工过程中用于稀释涂料的溶剂， 一般和涂料中的溶 剂相同或相溶， 对涂料有良好的溶解性和分散性， 同时对涂料的性能 影响较小。各种类型的涂料都有相应的稀释剂，一般彼此不能通用。 氨基漆稀释剂由二甲苯、丁醇混合组成；硝基漆稀释剂（香蕉水）由 酯、醇、苯

5、类混合溶液组成。无苯涂料稀释剂主要由乙酸乙酯、乙酸 丁酯、溶剂油等组成， 能溶解硝基漆、 醇酸漆、氨基漆、 丙烯酸漆等。 稀释剂和溶剂一样最终挥发成为废气污染物。从涂料原料组分上看，喷涂产生的VOC主要来自于溶剂和稀释剂，颗 粒物主要来自于成膜物质和各种固态添加剂； 要从源头上消除或减轻 喷涂废气的污染， 首先要从涂料的选择上考虑， 采用挥发分含量低的 环保涂料，特别是水性涂料， 它是解决喷涂废气污染环境的有效措施。 水性涂料是采用水溶性及水分散性树脂及各种助剂制成， 不需加入含 苯稀释剂， 以水稀释即可； 污染物主要是醇类和醚类等污染相对低的 有机物，对环境影响较小。水性涂料在欧洲的使用率已

6、经达到80%，从 2004 年 4 月 1 日开始， 欧盟已禁止生产、 销售和使用溶剂型涂料； 目前溶剂型涂料的使用受到很大的限制， 世界范围内溶剂溶剂型涂料 被水性涂料取代只是时间问题。 按照 2006年 12月 1日实施的清洁 生产标准 汽车制造业(涂装)(HJ/T293 2006),清洁生产标准要 求禁止使用含苯涂料、稀释剂和溶剂；底漆、中涂和面漆均推荐使用 水性涂料和粉末涂料。3 施工工艺设备对废气污染物排放的影响喷涂工艺的差别会影响物料的利用率和污染物的排放量， 目前工 业生产中采用的喷涂工艺大致包括人工涂漆、 人工喷涂、机械喷涂等 几种方式。人工涂刷效率低、 漆膜质量不高， 主要采

7、用于小规模产品的表面 装饰，喷涂则是目前涂装行业的主流， 在自动化程度高的汽车涂装等 行业主要采用自动喷漆工艺， 而在部分机械制造业企业仍然采用人工 喷涂工艺。工艺不同， 涂料的利用率有较大的差别。 在汽车涂装企业多采用 先进的涂装工艺，中涂、面漆以静电旋杯喷涂为主，由机械人主动仿 形，出漆量及喷涂图形根据车身的位置调整到最佳状态， 可使涂料利 用率提高到 90%以上，可大大减少涂料用量，从而减少有机溶剂对环 境的污染。在进行喷涂过程中白车身涂漆面积、 涂层厚度、涂料品种、 涂装工艺等都会对排放量造成影响， 关键是涂装工艺， 直接影响涂料 利用率，影响喷涂废气污染物的排放。工业化生产中， 喷涂

8、一般在喷漆室进行，喷漆室一般由室体、土 建基础、平板车、轨道、进风过滤系统、废气处理系统等组成。喷漆 室一般采用上送风下抽风方式， 能及时排走各个方向的漆雾， 有利于 减轻漆雾对操作人员呼吸体统的影响， 并能从不同方向对工件进行喷 涂，部分汽车涂装企业采用机械手自动喷涂。 喷漆室底设有过滤系统， 初步过滤废气中的漆雾，减轻漆雾对有机废气处理系统的影响。喷漆室的设计和自动化程度对涂料的利用率有影响， 空气通过送 风系统均压后，经过滤进入喷漆室，形成均匀一致的风速。对工件而 言，为避免紊流及提高涂料的利用率，不需要太大的风速( 0.20.3 m/s); 而对操作人员与设备而言，则需要相对较大的风速

9、( 0.30.5 m/s)将漆雾迅速排除，以保障清洁的工作环境和人员的健康与安全。 因此合理的设计和分配风速， 可以提高喷涂效率， 减少过喷漆雾的排 放。目前有一些涂装设备采用分流隔板， 造成两侧区域具有较高的风 速，而中央的喷涂区有较低的风速， 一方面保障操作人员的清洁环境， 同时又能提高涂料的利用率，减少过喷漆雾的排放。喷涂的主要器具是喷枪， 喷枪喷射的漆雾一部分附着在涂装工件 上，剩余部分以射流状反弹到空气中。 喷枪技术性能的先进性是减少 空气污染的积极因素，可以大大降低涂装作业过程中环境治理的负 担。喷枪种类较多，技术差异较大，如空气喷枪、高压无气喷枪、混 合喷枪、低压大容量喷枪等。老

10、式喷枪附着率、利用率都很差，不仅 影响喷涂质量，也加重了环境污染，如普通空气喷枪，喷出的漆雾中 含有较多的压缩空气，回弹现象严重，涂料利用率低，操作环境差， 增加了喷涂废气的排放。 目前先进的喷枪包括大容量低压喷枪， 无气 喷枪等，效率达到 90%以上，物料流失率低，废气污染物的排放量减 少。工艺技术和设备先进性是涂装行业清洁生产水平的一个重要指 标，简陋的设备和落后的工艺，不但会增加资源、能源的消耗，同时 也增加了废气污染物的产生和排放量， 增大了处理设施的运行成本和 污染物的排放浓度。 新建喷漆室应禁止使用落后的、 淘汰的工艺技术 和设备，提高喷涂作业环节的清洁生产水平。4 喷涂废气污染物

11、治理措施喷涂工序包括喷涂、流平和烘干，每个工序均有 voC非放。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 别是 60%、 35%和 5%，罩光漆在三个工序的的产生量分别是 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 10um 以下）、黏度大、易黏附在物质表面，净化有机废气中的甲苯、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。过滤主要采用滤层阻留漆雾和颗粒物，滤料可以采用玻璃

12、纤维 棉、炉渣等，也可组合使用；如某抽油机厂采用的过滤系统由 3 部分 组成，分别为塑料回转球、 棕板和玻璃纤维棉 3 层，过滤材料视污染 程度定期更换或清理漆块后重复使用。过滤措施能除去大部分的漆 雾，对有机物也有少量的吸附，但不能保证废物污染物的达标排放，还需进一步处理吸收方式包括喷淋水洗、雾化洗涤、无泵水幕处理、水旋式处理 等。喷淋水洗采用喷嘴组成的喷淋室，将雾水化来冲洗漆雾，水过滤 后重复使用，该方法效果差，喷嘴易堵塞；雾化洗涤采用螺旋进气， 在高级雾化作用下，气液充分接触，废气中的细小颗粒物，未凝固的 涂料颗粒物及少量有机废气被吸收； 无泵水幕喷漆室和无泵水激喷漆 室是利用高速排水诱

13、导提水， 将排风系统和排水系统合二为一， 形成 无泵的水循环系统， 由于漆雾经过水幕、 水帘以及气水通道与水幕强 烈搅拌，形成多级净化过程，提高了净化效率；水旋式喷漆室主要是 靠在栅格板下的水面撞击后， 同水一起以漩涡运动流入水旋器， 漆雾 和空气分离。目前广泛采用的主要是水幕、水旋及水激式喷涂设备， 均能取得较好的净化效果，但因甲苯、二甲苯等有机物不溶于水，对 该类有机污染物的去除效率甚微，还需要进一步处理。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，一般还需采取吸附、燃烧或催化燃烧的方式进行处理。吸附法是目前广泛使用的有机废气处理技术， 其原理是利用吸附 剂的多孔结构

14、，将废气中的voC甫获。吸附剂应能满足：比表面积和 孔隙率大，吸附能力强，具有一定的颗粒度，较好的机械强度、化学 稳定性和热稳定性，使用寿命长，价格低廉，原料来源充足。处理喷 涂废气选用的吸附剂有活性炭、活性炭纤维、焦炭粉粒等。活性炭和 活性炭纤维具有密集的细孔结构，内表面积大，吸附性能好 化学性 质稳定，耐酸碱，耐水，耐高温，高压，不易破碎，对空气阻力小等 特点，因此被广泛采用。活性炭过滤吸附法是一种较为经济的方法， 与其他方法比较，具有去除率高、能耗低、工艺成熟、易于推广的优点，缺点是处理设备较大。将含VOC的有机废气通过活性碳床，其中 的VOC被吸附剂吸附，废气得到净化后排入大气。当碳吸

15、附达到饱和 后，需对饱和的碳床进行脱附再生；通入水蒸气加热碳层，VOC被吹托放出，并与水蒸气形成蒸气混合物，一起离开碳床，作进一步的处 理。直接燃烧法 （或称为热氧化） 是通过燃烧来消除有机物废气污染 物的方法，是使用有机废气在温度 600800C和滞留时间0.30.5s 的条件下直接燃烧， 变成二氧化碳和水， 适用于浓度较大的有机废气。 为减低染料费用，需要回收排放气中的热量。催化燃烧法是一种类似燃烧法的方式来处理 VOC操作温度较普 通燃烧法低一半，通常为200400C,将有机物氧化成二氧化碳和水， 同时发出燃烧热。 它净化有机物是用铂、 钯等贵金属催化剂及过渡金 属氧化物催化剂来代替火焰

16、， 由于温度降低， 允许使用标准材料来代 替昂贵的特殊材料， 大大降低了设备费用和操作费用。 系统采用间壁 式和蓄热式两类热量回收方式。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。利用碳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 1015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催化燃烧所放出热量可以通过间壁 换热器来预热进入碳吸附床的脱附气， 降低系统的能量需要量。 该技 术利用碳

17、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。目前该技术已用于喷涂排放大流量、低浓度的有机废气的治理从目前涂装行业的现状来看， 末端治理仍然是控制喷涂废气排放 的主要措施。 企业赢完备废气处理措施， 做到喷涂废气中的污染物全 面达标排放； 同时规范处理措施。 设备的运行操作规程和环境管理要 求，做到处理措施的持续有效，污染物持续达标排放。然其导热系数减小， 保温性能好， 但在经济上可接受的范围内其 涂膜的阻热效果与普通涂料相比并无明显差别， 即该类涂料属于薄膜 层涂料，没有明显的保温性能， 只能涂装于外墙外保温或屋顶保温层 上，起到隔热和保

18、护作用， 而不能作为独立的建筑节能涂料来代替目 前广泛使用的膨胀聚苯板和聚苯颗粒保温浆料等外保温系统。 笔者在 实际中曾遇到提倡该类涂料作为独立节能材料使用的情况。4.2.2 应注意保证反射型建筑绝热涂料的质量反射型建筑绝热涂料的反射性能主要由反射填料所提供， 而目前 这类材料价格都很高， 因而不能因为市场的价格竞争而降低反射填料 的用量。否则，一种好的涂料最后可能会因市场的恶性竞争而得不到 好的应用效果。4.2.3 应制定涂膜对光和热反射性能的测试方法目前关于涂膜反射光和热的性能还没有达到标准的测试方法， 这 给不同填料之间的性能优劣的比较带来了困难， 因而应制定涂膜反射 光和热的性能测试方法的标准，以利于该类产品的推广使用。4.2.4 应注意解决反射型建筑绝热涂料生产与应用中的实际问题这一点是很重要的。 反射型建筑绝热材料作为一种新型功能性建 筑涂料，其使用才刚刚开始，随着