工業(yè)涂裝車間是工業(yè)產(chǎn)品制造業(yè)的耗能大戶和污染源。以汽車制造業(yè)為例，涂裝生產(chǎn)過程中的能耗占汽車生產(chǎn)總能耗的70%左右，同時涂裝車間生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的三廢也占到汽車生產(chǎn)過程中的85%以上，這里邊包含VOC（揮發(fā)性有機化合物），生產(chǎn)廢水，固體廢棄物等。這些物質(zhì)若不進行必要的無害化處理，而肆意排放，將必然對環(huán)境帶來嚴重的污染。在涂裝的三廢中以VOC的排量最大，最難處理，對環(huán)境的污染最為嚴重，越來越受到人們的重視。近年來伴隨著國家及地方性法規(guī)的不斷升級，各個科研機構(gòu)及企業(yè)針對涂裝行業(yè)的VOC治理方案也在不斷的進步與完善，通過設(shè)備及工藝的提升，處理效果取得了長足的發(fā)展，使得VOC對環(huán)境的危害在逐步減少。
1、涂裝有機廢氣的來源
目前，汽車涂裝所用的涂料主要由樹脂、助劑、顏填料、溶劑組成，其中成膜物質(zhì)主要包含樹脂、顏填料，溶劑主要起稀釋、混合、分散樹脂、顏填料的作用，使樹脂與顏填料充分混合、不凝聚，降低沉降速率。目前汽車涂料所使用溶劑的主要成份為苯、甲苯、乙苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。涂料在噴涂、揮發(fā)、烘干過程中溶劑、助劑會逐漸揮發(fā)出來，形成有機廢氣（VOC）。在汽車涂裝過程中產(chǎn)生的有機廢氣主要有噴漆廢氣和烘干廢氣，隨著涂料的種類及涂裝方法的不同，揮發(fā)到空氣中的溶劑占涂料總用量的20%～80%。通過對汽車涂裝生產(chǎn)車間進行檢測發(fā)現(xiàn)，在涂裝車間內(nèi)可檢測出15種有機物。這些有機廢氣排放到大氣中，在一定條件下通過光化學反應(yīng)，對臭氧層造成嚴重破壞，影響大氣質(zhì)量，同時若長期在含有高濃幅度有機廢氣環(huán)境中工作，會損害人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)嚴重影響作業(yè)人員的健康。
2、有機廢氣目前的主要處理方法
近幾年，從國家到地方，均越來越重視環(huán)境污染問題，各個地方在依照國家標準的基礎(chǔ)上均不同程度的頒布了針對涂裝行業(yè)的揮發(fā)性有機物排放控制標準，在標準內(nèi)部對VOC最高允許排放濃度及排放總量均作出嚴格要求。通過標準的嚴格實施，促使相關(guān)企業(yè)對環(huán)保設(shè)施進行改造及技術(shù)升級，并促進行業(yè)的技術(shù)進步。目前涂裝行業(yè)針對有機廢氣比較常用的處理方式有以下幾種。
2.1、活性炭吸附
活性炭吸附主要針對噴漆廢氣，利用活性炭比表面積（500～1700 m2/g）大，孔隙發(fā)達、表面官能團豐富和活性高、具有優(yōu)異的吸附性能等特點，能夠?qū)⒂袡C溶劑蒸汽分子吸附在其表面，從而達到降低有機廢氣濃度的目的，是廢氣治理中應(yīng)用最廣泛的方式。
目前，在常用的活性炭吸附裝置中一般會設(shè)置過濾器和冷卻器，對廢氣進行預處理，從而除去有機廢氣中的漆霧和水份，并將廢氣降低至適當?shù)臏囟?，以保證活性炭不被堵塞，確保設(shè)備的安全性。預處理后的有機廢氣經(jīng)過活性炭吸附床，廢氣中的有機物分子會填充在活性炭表面的的孔穴中被吸附在表面，從達到有機廢氣分離的目的，實現(xiàn)凈化效果。由于活性炭吸附屬于物理去除法，活性炭的吸附效率會隨著吸附量的增加進行衰減，當吸附飽和之后，活性炭的孔隙會被有機分子堵塞，從而喪失吸附作用，這時就需要對活性炭進行更換或者脫附處理，使之重新具備吸附效果。經(jīng)檢測，目前常用的活性炭的最高吸附效率為87%，經(jīng)活性炭吸附后，有機廢氣的濃度可降低30%～50%。此方法具有設(shè)備簡單、投資小、處理量大等優(yōu)點，適合應(yīng)用在噴涂量較小，濃度低，有機廢氣成分較為簡單的噴涂環(huán)境中。
2.2、UV光解
UV光解又稱光氧催化氧化法，空氣中的氧分子吸收UV紫外線光束所攜帶的高能量離子后，將氧分子分解成為游離態(tài)氧（即癢離子），因游離態(tài)氧及其不穩(wěn)定，很榮翻譯與氧分子結(jié)合后產(chǎn)生臭氧。有機廢氣中的苯類化合物在高能紫外線光束照射下，苯環(huán)分子中的C=C,C-H健在吸收能量后斷裂，與臭氧發(fā)生行反應(yīng)，生成低分子化合物，如CO2、H2O等，從而達到降低有機廢氣濃度的目的。UV光解廢氣處理方式具有投資費用低、適用范圍廣、凈化效率高、操作簡單、設(shè)備運行穩(wěn)定、運行費用低等特點，主要應(yīng)用在廢氣排放量較低、濃度較低的場合（如汽車補漆間）。
2.3、低溫等離子法
低溫等離子法是利用等離子體內(nèi)部產(chǎn)生富含極高化學活性的特點，使用高壓放電裝置在放電時產(chǎn)生高能電子和離子，將空氣中的氧分子進行分離，氧分子吸收能量后產(chǎn)生游離態(tài)的氧離子。有機廢氣中的苯，甲苯與游離氧基團發(fā)生反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等物質(zhì)，從而達到凈化廢氣的目的。此種方法具有適用范圍廣，凈化效率高，設(shè)備占地面積小的特點，適用于其他方法較難處理的有機廢氣體；但由于采用高壓放電裝置，在含水、含塵、有機廢氣濃度較高的密閉空間易發(fā)生爆炸，因而限制了其使用。
2.4、吸附濃縮+催化燃燒法
“吸附+催化燃燒法”作為有機廢氣的處理方法分為吸附、脫附和催化燃燒三部分。有機廢氣通過吸附、脫附處理后，提高了濃度，通常會達到到1000 mg/m3以上，然后在催化劑的作用下，使有機廢氣中的碳氫化合物在特定的溫度下迅速氧化成CO2和H2O等物質(zhì)，從而達到凈化空氣的目的。有機廢氣首先通過吸附床，使有機廢氣中的有害物質(zhì)被吸附床吸附，吸附凈化后的潔凈空氣高空排放。當吸附床達到飽和后，采用80～100 ℃的氣體對吸附床進行反向脫附，將有機廢氣從吸附床中脫離出來，同時使吸附床重新具有活性繼續(xù)進行再次吸附處理。被脫附出來的高濃度有機廢氣在熱交換器的作用下預熱到200～400 ℃，后通過風機將其送入燃燒室，在催化劑床的作用下有機廢氣分子和混合氣體中的氧分子催化分解，在催化劑的表面迅速分解成CO2和H2O，并放出大量的熱，從而達到凈化有機廢氣的目的。此種方法適用于涂料、橡膠、塑料、樹脂加工等大風量，低濃度行業(yè)，能滿足地方環(huán)保法規(guī)要求。
2.5、沸石轉(zhuǎn)輪濃縮加焚燒
沸石轉(zhuǎn)輪濃縮加焚燒主要分為沸石濃縮和RTO焚燒兩部分，首先是通過沸石轉(zhuǎn)輪吸附大風量噴漆室廢氣中的低濃度VOC，然后采用小風量高溫氣體將吸附在沸石轉(zhuǎn)輪上的VOC脫附出來，形成小風量高濃度的VOC氣流，然后通過引風機將脫附后的高濃度有機蒸汽送到RTO，有機蒸汽中的苯系物、烷烴類分子在RTO內(nèi)被高溫氧化成CO2和H2O，達到凈化有機蒸汽的目的。
2.5.1、沸石轉(zhuǎn)輪
沸石轉(zhuǎn)輪濃縮吸附是利用沸石分子具有晶體、多孔的結(jié)構(gòu)特征，將有機廢氣分子和空氣分子選擇性吸附后達到進化空氣的目的。沸石分子表面為固體骨架，各個孔穴之間由孔道相互連接，氣體分子可由孔道穿過，由于孔穴的結(jié)晶特性，使得分子篩的孔道分布均勻，孔徑大小較為均一。氣體分子經(jīng)過孔道時，會根據(jù)晶體內(nèi)部孔徑的大小對分子進行選擇性吸附，較大的分子被吸附在晶體表面，小分子經(jīng)過孔道成為潔凈空氣，因此沸石轉(zhuǎn)輪也被稱為“分子篩”。沸石“分子篩”具有很大的比表面積，這些表面積主要在晶穴內(nèi)部，外表面積僅占總表面積的1％左右，因此具有極強的吸附功能，能夠有效吸附烴類和烷烴類等較小的極性較強的VOC類有機物分子。沸石轉(zhuǎn)輪分為吸附區(qū)、脫附區(qū)和冷卻區(qū)，大風量低濃度的有機蒸汽經(jīng)過吸附區(qū)后，有機分子被吸附在分子篩的表面，當吸附到一定程度之后，用小風量的高溫氣體進行反向吹掃，將有機分子從分子篩中脫離出來，同時用部分低濃度的有機蒸汽對分子篩進行降溫，通過以上步驟將有機蒸汽濃縮、分離，將大風量低濃度的有機蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)楦邼舛?、低風量的廢氣。沸石轉(zhuǎn)輪具有如下特點：結(jié)構(gòu)緊湊、體積??；單位體積吸附量大，系統(tǒng)總處理風量大；蜂窩結(jié)構(gòu)空氣阻力小、系統(tǒng)壓力損失低，結(jié)構(gòu)強度高、使用壽命長，能實現(xiàn)吸附，脫附的連續(xù)處理，適應(yīng)大風量，連續(xù)作業(yè)場所。
2.5.2、廢氣焚燒設(shè)備（RTO）
廢氣焚燒爐，是利用輔助燃料系統(tǒng)，把可燃的有害氣體的溫度提高到反應(yīng)溫度，從而使有害氣體分子發(fā)生氧化分解，達到氣體凈化目的的專業(yè)設(shè)備。廢氣焚燒爐按熱量回收方式的不同分直燃式廢氣焚燒爐（TNV）和蓄熱式廢氣焚燒爐（RTO），從節(jié)省能源的角度考慮，多采用蓄熱式廢氣焚燒爐。
蓄熱式廢氣焚燒爐有旋轉(zhuǎn)式和塔式之分，旋轉(zhuǎn)式RTO主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、陶瓷填料床和旋轉(zhuǎn)閥等組成，整個燃燒室被分成12個截面（5個進氣區(qū)，5個排氣區(qū)，1個反向吹掃區(qū)，1個過渡區(qū)），用1套帶有驅(qū)動裝置的旋轉(zhuǎn)閥門調(diào)節(jié)氣流方向。來自生產(chǎn)過程中或沸石轉(zhuǎn)輪濃縮后的有機廢氣經(jīng)過進氣區(qū)熱陶瓷媒介床后被加熱，到達到爐膛后燃燒分解為CO2和H2O，高溫氣體在吹掃區(qū)對媒介床進行反向吹掃，將分解后的有機廢氣從排氣管排出，同時高溫氣體將另五個排氣區(qū)熱交換媒介床加熱，使陶瓷蓄熱體及爐膛維持在750℃。在旋轉(zhuǎn)切換閥的作用下，陶瓷媒介床的各個區(qū)循環(huán)切換，以達到連續(xù)運行的目的。
塔式RTO分為兩塔式和三塔式，三塔式RTO采用三個獨立的燃燒室，低溫有機廢氣在引風機的作用下進入蓄熱室1的陶瓷介質(zhì)層，陶瓷釋放熱量后溫度降低，而有機廢氣吸收熱量后升至較高溫度，之后進入燃燒室，在燃燒室中被高溫分解，被分解凈化后的高溫氣體離開燃燒室，進入蓄熱室2，釋放熱量溫度降低后排放，蓄熱室2的陶瓷在吸收高溫潔凈氣體釋放的熱量后，將熱量儲存起來將用于下個循環(huán)低溫有機廢氣加熱使用，蓄熱室3在這個循環(huán)中執(zhí)行吹掃功能。以上工作完成后，蓄熱室的進氣與出氣閥門進行一次切換，蓄熱室2進氣，蓄熱室3出氣，蓄熱室1吹掃，再下個循環(huán)則是蓄熱室3進氣，蓄熱室1出氣，蓄熱室2吹掃，如此不斷地交替進行，各個蓄熱室獨立運行。通過直接燃燒方式將廢氣加熱升溫至750～850℃，使其中的VOC氧化分解成為無害的CO2和H2O經(jīng)高空排放。
經(jīng)沸石轉(zhuǎn)輪濃縮、焚燒處理后，有機廢氣中的苯系物、烷烴類有機物去除率可達到99％以上，廢氣排放符合國家及地方環(huán)保標準，熱交換效率可達到95％以上，是目前涂裝行業(yè)最理想的廢氣處理方式。
3、減少有機廢氣的方案
隨著近幾年國家及各個地方對環(huán)境問題的重新認識，各個行業(yè)對揮發(fā)性有機物排放的關(guān)注上升到了新的高度，各個地方頒布新的地方標準，進一步控制VOC的排放，從而促進涂裝行業(yè)從材料及施工工藝方面進行的技術(shù)改革。
3.1、新材料的應(yīng)用
由于涂裝行業(yè)的VOC來自于涂料，采用低揮發(fā)性涂料可有效降低VOC的排放量，近幾年各個涂裝供應(yīng)商通過技術(shù)升級，逐步開發(fā)了高固含涂料（施工固體份在60%左右），將溶劑的使用量降低30%，VOC的排放量可降低35%-40%，目前已得到現(xiàn)場應(yīng)用，此種方法是節(jié)能減排的有效措施。
為了適應(yīng)排放標準的不斷升級各個涂料供應(yīng)商也在積極開發(fā)水性涂料，用水替代有機溶劑，VOC的排放濃度可降低至20 mg/m3以內(nèi)，目前涂料行業(yè)幾家實力較強的制造商PPG、巴斯夫等已成功開發(fā)出了水性涂料，并已在汽車涂裝廠成功應(yīng)用，獲得了較好的效果[3]。同時針對涂裝車間內(nèi)部所使用的焊縫膠、車底涂料、防銹蠟等材料，各個行業(yè)也在積極進行低排放研究，用無害化的水代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料中使用的DOP等有機溶劑，通過全過程的減排，實現(xiàn)真正意義上的綠色涂裝。
3.2、新工藝
在通過材料降低VOC排放的同時，各個涂裝廠也在積極的通過工藝提升降低VOC排放量，通過噴涂方式的改革，將傳統(tǒng)的手工噴涂改為機器人靜電噴涂，同時通過開門、開蓋機器人的應(yīng)用，實現(xiàn)整車機器人全自動噴涂，將油漆利用率提高由40%提高到75%-80%，有效降低單臺油漆使用量，以實現(xiàn)VOC減排60%以上。
在噴涂工藝上，將傳統(tǒng)的3C2B逐漸過渡到3C1B，再到水性漆的B1B2，通過水性漆B1B2工藝的實施，涂料用量節(jié)省約20%，設(shè)備運行能耗降低約20%，VOC排放降低15%。
4、結(jié)語
近年來，各個行業(yè)通過不斷的努力，無論是噴涂材料、工藝，還是廢氣治理設(shè)備均取得了長足的發(fā)展，對節(jié)能減排做出了突出的貢獻。涂裝車間作為有機廢氣的重點產(chǎn)生單元，越來越受到行業(yè)的重視，所以在節(jié)能減排的道路上，作為涂裝工藝技術(shù)人員應(yīng)該挖掘各方面的潛力從材料、工藝技術(shù)、設(shè)備、現(xiàn)場管理等各個方面入手，降低污染物的排放量，努力營造綠色車間。同時工廠在設(shè)計之初，就應(yīng)該充分考慮環(huán)保措施，按照綠色工廠的標準進行設(shè)計、建設(shè)，以造福后代。