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美式家具噴涂廢氣治理
摘要：針對美式家具在噴涂過程中產生的粉塵與低濃度揮發性有機物特性，采用初效過濾棉＋濾筒除塵器＋吸附脫附催化燃燒進行治理。揮發性有機物去除效率達97.9%，粉去除效率達99.6%，其排放濃度遠低于國家排放標準。該套工藝減排*，無有害副產物產生，安全環保，在美式家具行業有極大的推廣價值。
前言
我國VOCs高排放量地區主要集中于珠三角、長三角、京津冀工業發達地區，典型行業包括石化、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、質量、檔次與價值。噴涂過程中產生的有機廢氣，家具制造企業的傳統做法是，用初效過濾棉過濾后直排，將粉塵和廢氣直接排放到廠房外，對周邊環境造成污染，對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，容易引發火災事故。目前國內大型家具企業大都采用噴涂流水生產線，涂料主要采用溶劑型快干漆，生產過程產生的漆塵和有機廢氣，因此家具生產企業均有環保治理的迫切需求。
1VOCs來源與排放特征
1.1VOCs來源
當前國內外常用的木器涂料各具不同的涂裝質感。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。現在使用較為廣泛的環境友好型涂料為聚氨酯涂料，但是美國人喜愛硝基涂料的質感，至今大部分美式家具仍用硝基涂料，故近年出口美國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臺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，其主要成膜物質為xiao化棉，它多由棉花用硝酸硝化制成，化學上稱“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，待溶劑揮發便可成膜。由于木材纖維中含纖維素，與xiao化棉結構類似，故硝基涂料與木材的兼容性優良，即使涂飾多遍仍能顯現素材的木質感。
木家具制造過程中使用的硝基類涂料是典型的溶劑揮發型涂料，具有快干性能，依靠溶劑揮發形成連續涂膜，涂料中的溶劑在調漆、噴涂、干燥及設備清洗4個階段已基本揮發完畢，因此，木家具硝基涂料涂飾車間VOCs主要源于涂料中有機成分的揮發。
1.2排放特征
硝基涂料在實際應用中會有不同的品種和品牌,加入不同輔劑，成分較為復雜，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、噴涂生產工序中，都會產生的粉塵，噴涂產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廢氣治理技術的選擇
末端治理技術是控制VOCs污染的重要途徑之一，可分為回收利用技術與銷毀技術及組合技術，分別適用于不同的工況。對于濃度較高(>4000mg/m3)或價格昂貴的有機溶劑，可采用吸附法、吸收法、冷凝法、膜技術進行回收利用;對于低濃度(<1000mg/m3)，大風量的廢氣可采用蓄熱燃燒法、催化燃燒技術、光催化法、低溫等離子法、生物降解法。由于一些廢氣濃度過低無法正常使用蓄熱燃燒法、催化燃燒技術，由此產生了組合技術。在實際生產條件，外界影響因素多，VOCs成分復雜，排放濃度波動大，單一的治理技術存在一定的局限性，通常需要幾種工藝進行組合。常用的組合技術有：沸石轉輪+熱力焚燒技術、沸石轉輪+蓄熱燃燒法、洗滌+氧化技術、濾筒除塵器+催化燃燒燃燒技術等。
2.1治理技術的選擇
考慮其廢氣的特點，如采用吸附法，若未經過濾處理，將很快堵塞活性炭微孔，使活性炭失效。若灰塵通過了活性炭，沉積在催化劑表面上，覆蓋催化劑表面的活性點位，會導致催化劑喪失作用，由于重金屬的作用可能導致催化劑中du。針對此種狀況，可設計采用初效過濾棉預過濾，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明
2.2.1初效過濾棉
噴涂廢氣中的液態漆霧霧滴會被攔截，并且少量的顆粒黏附在紙壁面上，不會隨氣流而帶走。而對于空氣則沒有特別的阻礙，可繼續運動。當空氣自由通過孔洞時，粒子吸附在過濾棉上，當達到過濾飽和，進行手動更換初效過濾棉。
2.2.2濾筒除塵器
濾筒除塵器能有效過濾0.1μm以上的顆粒物粉塵，效率高，能有效地攔截漆塵。采用濾筒過濾+自動反吹清灰裝置，裝置適用于粉塵量大、連續工作的流水線，每天下班操作工人將收集的粉塵清理出去進行處理，從而使粉塵不再污染周邊環境，防止火災危害。
2.2.3活性炭吸附柜
活性炭吸附柜的吸附技術是利用蜂窩狀活性炭吸附劑將廢氣中的VOCs捕獲，吸附床活性炭床達到飽和后再進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，容易產生熱力型氮氧化物，造成二次污染。催化燃燒在燃燒系統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，可以降低設備運行成本，可抑制氮氧化物的產生。VOCs氧化產生的熱量用于熱脫附活性炭吸附柜，使活性炭再生。
3實施案例及治理效果
該治理系統已于2015年在浙江省某臺資美式家具廠內第7條生產線上投產運行，設置兩套廢氣收集裝置，其排風量為24000m3/h，主要污染物為甲苯、二甲苯，進氣濃度為230mg/m3，設計廢氣處理設備采用兩用一備，每個吸附單元的設計規模為6000m3/h，其布局圖如圖2所示。整套裝置由預過濾、濾筒除塵器、吸附床、燃燒床、風機、閥門等組成。
在設計中濾筒除塵器的過濾風速取1m/min，壓差1200Pa反吹清灰。本案例中采用的某環保公司規格為100mm×100mm×100mm蜂窩狀活性炭，其燃點為160℃以上。活性炭界面流速取0.8m/s，5層活性炭疊加。綜合考慮活性炭達到飽和工作時間長、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℃，吸附時長24h，熱脫附溫度100℃，時長4h。
該系統使用5個月后的檢測結果如表1所示，其治理前后車間對比如圖3所示。經涂裝工人反饋，廢氣治理效果明顯，客戶滿意。廢氣經處理后的濃度低于浙江省地方標準規定的排放限值，廢氣達標排放;廢氣處理裝置的效率達到95%，符合國家與地方標準。
4結論與建議
利用預處理+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，通過預處理和濾筒除塵，有效地攔截漆塵;在100℃熱風的吹脫作用下，將大風量、低濃度的有機廢氣濃縮為小風量、高濃度的有機廢氣，經過催化燃燒將VOCs氧化為CO2和H2O，并保持穩定連續運行。經實際使用證明，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題，具有凈化效率高、無二次污染、運行成本低的優點。
木質家具制造行業廢氣治理應該根據涂料的種類、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，要考慮是否有粉塵，粉塵會造成活性炭堵塞失效。在使用催化燃燒技術時，選擇催化燃燒催化劑之前，應做相關的實驗，根據廢氣特征，選擇合適的催化劑，提率，降低成本。根據廢氣燃燒產生的熱量，結合活性炭的燃點，選擇合適的脫附溫度，防止火災發生，計算脫附時間，并設計安全斷開裝置。
