摘要：噴涂工藝在化工、汽車、船舶、家具等行業(yè)廣泛應(yīng)用，在噴漆過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣對(duì)環(huán)境和人類健康帶來(lái)不利影響。本文介紹了噴漆廢氣的主要成分及其危害，綜述了處理噴漆廢氣的凈化技術(shù)，分成漆霧預(yù)處理技術(shù)以及處理噴漆廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的凈化技術(shù)，其中漆霧預(yù)處理主要分成濕式處理法和干式處理法，VOCs凈化技術(shù)包括傳統(tǒng)凈化處理技術(shù)如吸附法、吸收法、燃燒法、冷凝法等，新型凈化處理技術(shù)如膜分離法、光催化法、生物法、等離子體凈化法等，以及復(fù)合型凈化處理技術(shù)。闡述了這些技術(shù)的凈化機(jī)理、工藝流程以及優(yōu)劣勢(shì)，提出了復(fù)合型凈化處理技術(shù)是處理噴漆廢氣的未來(lái)發(fā)展方向，指出了運(yùn)行成本、操作難易度、穩(wěn)定性是復(fù)合型處理技術(shù)亟待解決的問(wèn)題。

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，應(yīng)用噴漆工藝的化工、房地產(chǎn)、汽車、機(jī)械、電子產(chǎn)品、船舶等行業(yè)也隨之不斷壯大。噴涂過(guò)程中排放的有機(jī)廢氣對(duì)周圍環(huán)境甚至人類健康帶來(lái)危害，噴漆廢氣主要以三苯(苯、甲苯、二甲苯)為主，有些還兼具酯類、醚類、酮類等組分。這些揮發(fā)性有機(jī)物輕則使人頭痛惡心，重則抽搐昏迷，傷害人體免疫系統(tǒng)。為有效解決這些問(wèn)題，國(guó)家及部分省市已頒布一系列法律法規(guī)和大氣環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)限制和治理廢氣產(chǎn)生的危害。針對(duì)噴涂工藝中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，本文將介紹不同處理技術(shù)，分析其優(yōu)勢(shì)以及存在問(wèn)題，并從中尋找規(guī)律，找出最優(yōu)的處理凈化工藝方法。

1噴漆廢氣的成分及危害

在噴漆涂裝過(guò)程中高壓空氣噴射的油漆絕大部分停留在工件上，其他未到達(dá)噴涂表面的噴霧微粒與溶解噴漆微粒的水珠懸浮在空氣中，以及噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物形成噴漆廢氣污染環(huán)境。由于不同油漆涂料所用溶劑不同，因而在噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣組分也不同。以汽車噴涂為例檢測(cè)出15種VOCs，包括苯系物(甲苯、二甲苯等)、酯類(乙酸乙酯、乙酸丁酯等)、酮類(甲基異丁基酮)和醚類(乙二醇丁醚)等。北京、上海、廣東、江蘇等地針對(duì)涂裝行業(yè)VOCs排放制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。

不同油漆以及采用不同工藝生產(chǎn)的涂料其VOCs成分及比例也大不相同。曾培源等在調(diào)查廣州市某規(guī)模較大汽車涂料企業(yè)中發(fā)現(xiàn)VOCs主要成分為乙酸仲丁酯、甲基異丁酮、甲苯、乙酸丁酯、乙苯和二甲苯，且二甲苯和乙酸丁酯所占比例接近50%。譚強(qiáng)等在調(diào)查佛山某工業(yè)園有關(guān)涂料的眾多企業(yè)時(shí)檢測(cè)出苯、甲苯、二甲苯和正乙烷為VOCs主要成分。余宇帆[5]研究珠三角地區(qū)涂裝排放VOCs特征譜后得出其主要VOCs依次為乙酸乙酯、乙苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和乙酸丁酯等。潘潔晨等對(duì)室內(nèi)裝修的乳膠漆和硝基木器漆的揮發(fā)狀況進(jìn)行模擬，得出乳膠漆產(chǎn)生的主要VOC為1,2-丙二醇，硝基漆含有的主要VOC為苯系物。因此噴漆廢氣處理要根據(jù)產(chǎn)生的VOCs種類不同選擇適宜的凈化技術(shù)。

噴漆廢氣對(duì)人類危害不容忽視，散發(fā)在空氣中的漆霧經(jīng)呼吸道吸入后會(huì)引發(fā)急慢性中毒，損害人體的神經(jīng)和造血系統(tǒng)。吸入高濃度的苯、甲苯、乙酸乙酯等廢氣短時(shí)間內(nèi)會(huì)抑制人的記憶力、注意力和感覺(jué)運(yùn)動(dòng)速度，長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)對(duì)肝臟造成毒性反應(yīng)，甚至對(duì)中樞神經(jīng)造成破壞。表2為全國(guó)職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)提出的《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2—2002)，規(guī)定了三苯等有機(jī)化合物容許接觸濃度。

封蔚瑩等對(duì)連續(xù)從事裝修作業(yè)油漆工人健康調(diào)查得出，作業(yè)環(huán)境中苯及其苯系物明顯超標(biāo)，油漆污染對(duì)工人的免疫功能和造血功能都有一定影響。在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，工人接觸的是多種化學(xué)有害物質(zhì)的混合物，這些污染物的獨(dú)立、協(xié)同、拮抗、加和的聯(lián)合毒性作用是難以想象。因此，含有多種成分揮發(fā)性有機(jī)化合物的噴漆廢氣凈化處理就顯得尤為重要。

2噴漆廢氣預(yù)處理技術(shù)

噴涂廢氣不僅含有揮發(fā)性有機(jī)物，還包含噴涂過(guò)程中懸浮在空氣中的漆霧，漆霧會(huì)影響后續(xù)有機(jī)廢氣處理，所以噴漆廢氣凈化前需要去除其中的漆霧，以便下一步對(duì)其中揮發(fā)性有機(jī)物凈化治理。

2.1濕式凈化法

濕式凈化法是依據(jù)相似相溶原理，通過(guò)溶劑吸收(或者化學(xué)吸收)噴漆廢氣中的漆霧，常用的濕式凈化法有水簾式、無(wú)泵水幕式、文丘里式、水旋式等處理凈化法。

2.1.1水簾式凈化法

水簾式凈化法是經(jīng)過(guò)水泵循環(huán)噴淋產(chǎn)生流動(dòng)的簾狀水層，水幕捕集飛散的漆霧，工藝流程如圖1所示。一般大型水簾式噴漆室將水簾斜坡放置在室底，通過(guò)專用循環(huán)水泵調(diào)節(jié)水簾形狀，當(dāng)噴漆氣流通過(guò)水簾時(shí)，漆霧被附著留下。工業(yè)上常見(jiàn)的水簾式噴漆室設(shè)備主要由噴漆室室體、漆霧凈化器、水氣分離器、水過(guò)濾器、水循環(huán)管、照明裝置、風(fēng)機(jī)、水泵及電器控制系統(tǒng)等部分組成。

水簾式凈化法可有效降低噴漆廢氣中漆霧的排放量，操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但水幕凈化產(chǎn)生含有漆霧的廢水，需廢水處理防止二次污染;對(duì)于大型水簾噴漆室，大面積水簾會(huì)增大室內(nèi)空氣濕度，影響工人工作環(huán)境和涂層質(zhì)量。

2.1.2無(wú)泵水幕式凈化法

無(wú)泵水幕式凈化法是利用空氣誘導(dǎo)提水形成水幕，當(dāng)噴漆廢氣與水幕碰撞后，水幕截留霧狀微粒及其攜帶油漆的水珠;然后廢氣穿過(guò)水簾進(jìn)入氣水?dāng)嚢柰ǖ?，在通道中與水混合;進(jìn)入集氣箱后由于氣速降低發(fā)生氣液分離，凈化后的氣體排放到大氣中，被分離的水在集氣箱中匯集流向溢水槽，再通過(guò)泛水板形成水幕，循環(huán)重復(fù)凈化噴漆廢氣，工藝流程如圖2所示。相對(duì)于水簾式凈化法，無(wú)泵式凈化法去除了水泵設(shè)備，優(yōu)化了凈化流程，節(jié)約成本和占地面積，同時(shí)克服了漆霧黏附管道內(nèi)壁導(dǎo)致水泵阻塞的現(xiàn)象。

2.1.3文丘里水幕式凈化法

完整的文丘里水幕式噴漆凈化室由室體、送風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、水密封系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等組成。處理流程主要是運(yùn)用文丘里效應(yīng)的氣相負(fù)壓，氣流在文丘里喉口部位急劇加速，通過(guò)風(fēng)口的均勻水流被充分霧化，利用霧化的水汽捕集廢氣中漆霧;最后在離心分離器中將含有油漆的水渣從氣流中分離以達(dá)到凈化效果，工藝流程見(jiàn)圖3。文丘里水幕式凈化可有效提高漆霧的捕集效率，同時(shí)能夠減少設(shè)備能耗，但是對(duì)于懸浮在噴漆室中漆霧處理效果并不好，漆霧容易黏附在噴漆室的壁板上。

2.1.4水旋式凈化法

水旋式處理系統(tǒng)一般由室體、照明系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、抽風(fēng)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、水槽以及防火系統(tǒng)構(gòu)成?；驹硎菍娖釓U氣經(jīng)過(guò)水幕預(yù)清洗后通往水旋器，利用旋壓器內(nèi)的高速氣流的沖擊力將水卷起，從而達(dá)到捕集漆霧目的，工藝流程如圖4所示。

該凈化裝置存在問(wèn)題是各相鄰水旋器氣流之間相互干擾，氣流利用率低，使得水旋器霧化效果層次不齊;噴房底部漆泥不容易清除，維修清理困難。

2.1.5小結(jié)

不同濕式處理方法雖然在性能、效率、維護(hù)等方面存在一些差異，如表3所示，但總體上去除漆霧效率較高。其缺點(diǎn)是漆霧黏附在室壁、管道、水槽中，長(zhǎng)時(shí)間使用易形成較大漆團(tuán)堵塞管道，所以還需使用化學(xué)絮凝劑處理漆霧廢水，因此研制成本低、效果好的漆霧絮凝劑是油漆處理行業(yè)的一個(gè)重要課題。表4列舉了噴漆室中常用的油漆絮凝劑種類。

2.2干式凈化法

干式凈化法是將噴漆廢氣進(jìn)入過(guò)濾器，利用濾層阻留噴漆廢氣中的漆霧和顆粒物，常用玻璃纖維棉、爐渣等作為濾料。理論上過(guò)濾法可以去除大部分漆霧，并對(duì)其中的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行少量吸附。該方法無(wú)二次污染，不產(chǎn)生廢水;缺點(diǎn)是過(guò)濾不夠徹底，對(duì)設(shè)備污染嚴(yán)重，易堵塞。從表5可以看出，相對(duì)于濕式凈化法，干式凈化法在性能上不夠穩(wěn)定，但由于美國(guó)等已將濕式凈化排放的含涂料廢水視為危險(xiǎn)廢棄物，企業(yè)開(kāi)始放棄濕式凈化法，轉(zhuǎn)而使用沒(méi)有廢水排出的干式凈化法。

3有機(jī)廢氣的凈化處理

經(jīng)去除漆霧處理后的噴涂廢氣主要含有揮發(fā)性有機(jī)物，其處理技術(shù)包括傳統(tǒng)凈化技術(shù)、新型凈化技術(shù)和復(fù)合型凈化技術(shù)。傳統(tǒng)凈化技術(shù)包括吸附法、吸收法、燃燒法和冷凝法等目前應(yīng)用較廣泛，同時(shí)新型凈化技術(shù)膜分離法、光催化法、生物法和等離子體凈化法等近年來(lái)也得到快速發(fā)展和應(yīng)用;近年來(lái)一些研究者將這些凈化技術(shù)各自優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)新出復(fù)合型凈化處理技術(shù)，不斷實(shí)踐和探索最優(yōu)組合的處理效果和凈化技術(shù)。

3.1傳統(tǒng)凈化處理技術(shù)

3.1.1吸附法

吸附法是將有機(jī)廢氣通過(guò)裝滿吸附劑的填充床，吸附有機(jī)物達(dá)到減小空氣污染目的。其關(guān)鍵在于選用吸附劑的性能，高性能吸附劑應(yīng)具有較大吸附容量、均勻的吸附孔徑、易再生等特征。

常見(jiàn)工業(yè)吸附劑主要有活性炭、活性碳纖維、焦炭粉粒、分子篩沸石等?；钚蕴坑捎谄渚哂忻芗奈⒖捉Y(jié)構(gòu)、極大的內(nèi)表面積、良好的吸附性能、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，所以能夠適用于噴漆廢氣中VOCs的吸附凈化;但處理濕度大于60%的廢氣，其吸附效果將明顯降低[16];若沒(méi)有再生裝置，更換活性炭增大了運(yùn)行成本;若采用熱空氣再生容易引發(fā)著火。分子篩比活性炭具有耐高溫、不可燃、較強(qiáng)疏水性等特征，可通過(guò)熱空氣再生，對(duì)于濕度不高于90%的廢氣也表現(xiàn)出良好的吸附效果。

目前工業(yè)上常用的吸附工藝有固定床、移動(dòng)床、流化床和轉(zhuǎn)輪式吸附裝置。表6比較了不同吸附工藝優(yōu)缺點(diǎn)。如今歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍應(yīng)用轉(zhuǎn)輪吸附凈化技術(shù)，該技術(shù)主體是一個(gè)裝滿吸附劑的旋轉(zhuǎn)輪，并根據(jù)處理作用的不同劃分為吸附、脫附和冷卻3個(gè)部分。如圖5所示，含有VOCs的噴漆廢氣引入吸附區(qū)域，與吸附區(qū)中的吸附劑充分接觸吸附，待吸附劑轉(zhuǎn)入到脫附區(qū)與高溫蒸汽或熱空氣接觸，VOCs脫附并隨氣流流出，吸附劑再生;再生后的吸附劑轉(zhuǎn)移到冷卻區(qū)降溫，為下一次吸附作準(zhǔn)備。

近幾年，國(guó)內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新，研制出可提高吸附濃縮沸石轉(zhuǎn)輪凈化效率和延長(zhǎng)沸石轉(zhuǎn)輪使用壽命的新型再生裝置;郅立鵬等公開(kāi)了一種用活性炭材料摻雜的分子篩吸附濃縮轉(zhuǎn)輪制備專利，分別利用活性炭處理高濃度物質(zhì)效果好和分子篩處理低濃度物質(zhì)效果好的特性，解決了轉(zhuǎn)輪技術(shù)耐高溫性能差的問(wèn)題。濃縮比是評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)輪性能的重要指標(biāo)，高濃度廢氣可選擇低濃縮比確保去除率，低濃度廢氣選擇高濃縮比提高凈化系統(tǒng)整體能效。濃縮后的VOCs需后續(xù)技術(shù)凈化處理，工業(yè)上常用蓄熱燃燒或催化燃燒處理，利用熱量回收達(dá)到節(jié)能目的;也可與其他傳統(tǒng)處理技術(shù)如吸收法、冷凝法或者新型凈化技術(shù)膜分離法、光催化法聯(lián)合使用達(dá)到凈化目的。

3.1.2吸收法

吸收法即利用噴漆廢氣中的VOCs氣體在某些溶劑中的高溶解性，用高沸點(diǎn)、低蒸氣壓的油溶性溶劑吸收VOCs的一種凈化方法。吸收法分為物理吸收和化學(xué)吸收，現(xiàn)實(shí)工業(yè)處理過(guò)程一般采用物理吸收，吸收劑是否廉價(jià)、易得、無(wú)害等是需考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。何璐紅等以非離子表面活性劑吐溫-20為主表面活性劑，添加助表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)以及助劑氯化鈉，形成復(fù)配水溶液吸收劑處理甲苯為主的VOCs廢氣，最優(yōu)甲苯去除率可達(dá)到77%。肖瀟等通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比二乙基羥胺、聚乙二醇400、硅油、食用油、廢機(jī)油、0#柴油等吸收劑對(duì)甲苯廢氣的吸收效果，發(fā)現(xiàn)在相同實(shí)驗(yàn)條件下二乙基羥胺對(duì)甲苯的吸收量最大。李甲亮等實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)4%的1,4丁二醇(BDO)對(duì)甲苯廢氣具有良好吸收效果，最高吸收濃度可達(dá)43.87mg/L。除物理吸收外，工業(yè)生產(chǎn)中也會(huì)采用氫氧化鈉、次氯酸鈉等堿液或酸液作為吸收劑對(duì)廢氣進(jìn)行化學(xué)吸收。表7列舉了目前國(guó)內(nèi)外采用的吸收劑類別，并分析了其特性。

通常采用的吸收設(shè)備為填料塔或噴淋塔。物理吸收一般采用填料塔設(shè)備，如圖6所示。因?yàn)樘盍纤嘟缑娲螅瑲庖航佑|時(shí)間和氣液比均可大范圍調(diào)節(jié)，在分離效率和壓降方面都較優(yōu)秀，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作彈性大，成本低，對(duì)具有腐蝕性的VOCs廢氣可采用不銹鋼或陶瓷材質(zhì)填料提高耐腐蝕性。相對(duì)于填料塔，噴淋吸收塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、投資小。在吸收過(guò)程中廢氣在塔內(nèi)下進(jìn)上出，吸收劑由耐腐泵從塔頂打入液體分布裝置，均勻向下噴淋和廢氣逆流接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[28]，洗滌后的廢氣經(jīng)噴淋層上方除霧器除去霧滴后從吸收塔頂部排出，如圖7所示。

3.1.3燃燒法

燃燒法是將噴漆廢氣中的有機(jī)物燃燒氧化，轉(zhuǎn)換成CO2和H2O無(wú)害物質(zhì)達(dá)到廢氣凈化目的。燃燒法可分為直接燃燒法、熱力燃燒法、催化燃燒法、蓄熱燃燒法等類型。

(1)直接燃燒法高濃度可燃有機(jī)廢氣宜采用直接燃燒法。直接燃燒法需要足夠高溫度，并保證燃燒空間內(nèi)擁有足夠氧氣。若氧氣量不足則燃燒不完全;若氧氣量過(guò)多，會(huì)使可燃物濃度不在著火界限范圍內(nèi)導(dǎo)致不完全燃燒。為防止氣體爆炸，一般在鍋爐或敞開(kāi)的燃燒器中燃燒廢氣，燃燒溫度大于1100℃;但當(dāng)燃燒不完全時(shí)，會(huì)導(dǎo)致一些污染物和煙塵排放到大氣中，同時(shí)燃燒的熱能無(wú)法回收，造成燃料能量損失。

(2)熱力燃燒法低濃度可燃有機(jī)廢氣可采用熱力燃燒法處理。濃度低可燃性物質(zhì)導(dǎo)致在燃燒過(guò)程中不足以釋放支持整個(gè)燃燒過(guò)程所需的能量，因此需加輔助燃料作為助燃?xì)怏w，通過(guò)燃燒助燃?xì)怏w提高熱量，使廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度并充分燃燒，如圖8所示。熱力燃燒法溫度一般在500～900℃范圍內(nèi)，低于直接燃燒法溫度。

(3)催化燃燒法催化燃燒法被視為處理VOCs的一種高效技術(shù)，在催化劑作用下VOCs可在較低溫度下(通常為200～400℃)氧化生成無(wú)污染的CO2和H2O。催化燃燒法無(wú)二次污染，工藝操作簡(jiǎn)單，安全性高，起燃溫度低;但催化劑性能優(yōu)劣決定VOCs凈化效果，因此高性能催化劑選擇和研究開(kāi)發(fā)是高效新型催化燃燒法的核心問(wèn)題，表8表述了常用的催化劑特點(diǎn)。處理高濃度、小風(fēng)量有機(jī)廢氣可采用催化燃燒法，但噴漆廢氣風(fēng)量大、VOCs濃度一般低于300mg/m3，不太適合處理噴漆廢氣。

(4)蓄熱燃燒法當(dāng)有機(jī)廢氣濃度不高時(shí)，常規(guī)的熱力燃燒和催化燃燒不足以維持自燃，需要額外補(bǔ)充大量熱能，因此宜采用蓄熱燃燒。目前應(yīng)用的蓄熱燃燒器分兩種：蓄熱式熱力燃燒反應(yīng)器(RTO)和蓄熱式催化燃燒反應(yīng)器(RCO)。對(duì)于RTO裝置，一般由蓄熱式換熱器、熱力燃燒室和切換閥門組成，常見(jiàn)的基本形式有二室、三室和多室RTO。二室RTO在進(jìn)行閥門切換過(guò)程中會(huì)發(fā)生管道殘留有機(jī)廢氣同凈化后的廢氣一同排放問(wèn)題，導(dǎo)致在凈化周期內(nèi)有一半以上時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，凈化效率低于80%;三室RTO在二室RTO的基礎(chǔ)上增加了沖洗室，解決了廢氣未處理就排出問(wèn)題，但閥門過(guò)多很難實(shí)現(xiàn)同步切換，使未處理廢氣同凈化氣體混合，無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放;對(duì)于多室RTO亦是如此。RCO裝置一般由蓄熱催化爐和旋轉(zhuǎn)換向閥組成，蓄熱催化爐內(nèi)分隔成多個(gè)蓄熱催化室，有機(jī)廢氣通過(guò)旋轉(zhuǎn)換向閥的進(jìn)氣口進(jìn)入蓄熱催化室中加熱，待氣體溫度達(dá)到200～500℃后通過(guò)另一個(gè)蓄熱催化室，在催化劑作用下得到凈化并釋放熱量，凈化后的高溫氣體被蓄熱體吸收能量并降低溫度，最后通過(guò)旋轉(zhuǎn)換向閥的排氣口排出，如圖9所示。蓄熱燃燒技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于凈化效率高、無(wú)二次污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量回收，節(jié)約燃料，具有良好應(yīng)用前景。

3.1.4冷凝法

冷凝回收法是將有機(jī)廢氣導(dǎo)入冷凝器中，利用VOCs在不同溫度下蒸氣分壓不同，使VOCs逐步冷凝成液態(tài)的回收[33]。冷凝法適用于處理高濃度、小流量有機(jī)廢氣，主要應(yīng)用于制藥、化工等行業(yè);噴涂、印染等行業(yè)若采用冷凝法，通常先對(duì)較低濃度的噴漆廢氣壓縮后再處理。其工藝是將有機(jī)廢氣通往預(yù)冷級(jí)單元預(yù)處理，一般溫度控制在5℃，去除所含水蒸氣，避免冷卻級(jí)蒸發(fā)器結(jié)霜而影響換熱[33];預(yù)冷后的有機(jī)廢氣通過(guò)冷卻級(jí)蒸發(fā)器降溫，溫度控制在–30℃左右，把VOCs冷凝成液態(tài)。冷凝回收操作簡(jiǎn)單，效果穩(wěn)定，其封閉性受外界溫度和壓力變化影響小，其工作溫度低于冷凝后液體閃燃，較安全，但過(guò)低的冷凝溫度導(dǎo)致能耗高，冷凝設(shè)備性能要求和設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用也較高[34]。其中制冷劑選擇對(duì)制冷效率以及回收效果有著不同影響。表9比較了不同類別制冷劑的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1.5小結(jié)

傳統(tǒng)有機(jī)廢氣凈化技術(shù)應(yīng)用廣泛，已趨于成熟。在實(shí)際凈化過(guò)程中，需針對(duì)不同濃度、流量、成分的廢氣采用適宜技術(shù)。傳統(tǒng)凈化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍總結(jié)見(jiàn)表10。

3.2新型凈化處理技術(shù)

3.2.1膜分離法

膜分離技術(shù)是根據(jù)廢氣中各組分分子大小不同，利用通過(guò)膜傳遞速率、擴(kuò)散能力差異實(shí)現(xiàn)分離的技術(shù)。具有流程簡(jiǎn)單、能耗小、運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備占地面積小的優(yōu)勢(shì)，在醫(yī)療、食品等行業(yè)膜分離技術(shù)得到了充分重視。膜材料選擇是該技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題，材料結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)對(duì)于分離凈化效果具有影響，表11比較了不同類型膜材料結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)。

近年來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)中嘗試將膜分離同傳統(tǒng)氣體吸收技術(shù)結(jié)合起來(lái)，即膜氣體吸收技術(shù)，通過(guò)氣液膜接觸器將氣液兩相分離，再利用驅(qū)動(dòng)壓力將氣相組分通過(guò)分離膜擴(kuò)散到液相中并吸收;關(guān)毅鵬等采用錯(cuò)流式膜接觸器及海水基吸收液治理燃煤煙氣;姜尚等采用商業(yè)的聚酰亞胺中空纖維致密膜為接觸器，以淡水和海水作為吸收劑捕集CO2;王躍等采用中空纖維膜接觸器，以蛋氨酸合鈷溶液為吸收劑去除NO。該技術(shù)對(duì)VOC分離研究鮮見(jiàn)報(bào)道，其原因可能是膜容易堵塞。

3.2.2光催化法

光催化法是利用催化劑在光照條件下VOC發(fā)生氧化反應(yīng)分解成無(wú)污染的H2O和CO2。常用催化劑有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2、Fe2O3等，其中因TiO2催化活性好、價(jià)格低廉、無(wú)毒無(wú)害而應(yīng)用廣泛。光催化劑粒子具有能帶結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是由充滿電子的低能價(jià)帶(VB)、空的高能導(dǎo)帶(CB)和價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的禁帶構(gòu)成。當(dāng)在受到具有一定能量外界光照射情況下，價(jià)帶中的電子(e–)會(huì)躍遷至導(dǎo)帶，并在離開(kāi)的相應(yīng)位置處產(chǎn)生空穴(h+)。光生空穴(h+)具有強(qiáng)氧化性，會(huì)把吸附在催化劑表面的H2O和OH–氧化成羥基自由基(•OH)，有著強(qiáng)還原性的光致電子(e–)會(huì)將O2還原成超氧陰離子自由基(•O2–)，再通過(guò)質(zhì)子化作用生成羥基自由基(•OH);最后光生空穴(h+)和羥基自由基(•OH)將同VOCs分子進(jìn)行反應(yīng)生成無(wú)毒無(wú)害的H2O和CO2[46-49]，反應(yīng)示意見(jiàn)圖10，具體反應(yīng)方程式為式(1)～式(6)。

對(duì)于液體或粉末狀催化劑需要固定化處理。常用的固定化催化劑制備方法有溶膠-凝膠法、液相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、電沉積法、濺射法、膠黏法、離子交換法等。固定化工藝選擇應(yīng)根據(jù)處理廢氣中VOCs種類、降解效果以及操作難易程度等特點(diǎn)合理經(jīng)濟(jì)的選擇制備方法。

3.2.3生物法

生物法處理VOCs相比傳統(tǒng)物理化學(xué)方法具有成本低、無(wú)二次污染凈化徹底等優(yōu)勢(shì)，在國(guó)外已成為研究熱點(diǎn)。其機(jī)理是利用細(xì)菌和真菌等微生物將廢氣中的有機(jī)成分氧化分解成簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物。根據(jù)荷蘭學(xué)者OTTENGRAF提出的吸收-生物膜理論，廢氣中的有機(jī)物由氣相進(jìn)入到液膜中，在濃度差作用下擴(kuò)散到生物膜中，被膜中的微生物捕獲并吸收，微生物將有機(jī)物作為能源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化成CO2和H2O排出，如圖11所示。孫石等提出的吸附-生物膜新型理論認(rèn)為廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物從氣相通過(guò)氣膜到達(dá)濕潤(rùn)的生物膜表面被直接吸附，吸附后的有機(jī)物被微生物捕獲并分解反應(yīng)成CO2和H2O。

目前常用的生物處理工藝有生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾塔。生物濾池適用于處理低濃度廢氣，對(duì)于降解難溶于水的VOCs有一定優(yōu)勢(shì)，但存在填料易老化、pH難控制等問(wèn)題;生物洗滌塔相較于生物濾池，反應(yīng)條件更易控制，反應(yīng)速度穩(wěn)定，但只適用于處理易溶于水的VOCs，投資和運(yùn)行費(fèi)用較高;生物滴濾塔克服了生物濾池存在問(wèn)題，但生物膜中的微生物容易隨液相流失。微生物是生物法處理有機(jī)廢氣的主體，常用微生物種類主要是細(xì)菌、真菌和放線菌等。表12列舉了適用于處理噴漆廢氣中VOCs的微生物種類。

生物法處理噴漆廢氣中的“三苯”存在效率低問(wèn)題，由于甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)物在水相中溶解度很低，屬于疏水性VOCs，所以采用傳統(tǒng)生物法時(shí)，VOCs從氣相到液相的傳質(zhì)過(guò)程中存在較大阻力，降低了VOCs被微生物捕獲降解的機(jī)率。因此如何減少疏水性VOCs在氣液相傳質(zhì)過(guò)程中的阻力是生物法凈化噴漆廢氣需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

3.2.4等離子體凈化法

薄拯等[62]采用滑動(dòng)弧放電等離子體技術(shù)處理正己烷，將正己烷裂解成CO2、CONO2和H2O;LIANG等研究了介質(zhì)阻擋放電凈化甲醛廢氣;施耀等采用低溫等離子體技術(shù)處理二甲苯;竹濤等為了提高低溫等離子體處理甲苯的能量利用率，通過(guò)變頻高壓交流電源改變等離子體凈化系統(tǒng)的影響因素。一般認(rèn)為，在高壓放電時(shí)電子從電場(chǎng)中獲得大量能量形成高能電子，一部分高能電子與O2、H2O等碰撞產(chǎn)生˙O和˙OH等活性自由基，另一部分高能電子則與VOCs分子進(jìn)行非彈性碰撞后將能量轉(zhuǎn)化成VOCs分子的內(nèi)能或動(dòng)能，使得VOCs分子發(fā)生電離、離解，被離解、電離或激發(fā)的VOCs分子與活性自由基接觸發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)達(dá)到降解有機(jī)廢氣目的，示意圖見(jiàn)圖12。

低溫等離子體適用于處理低濃度(1～1000μL/L)有機(jī)廢氣，與傳統(tǒng)方法相比具有處理效率高、反應(yīng)流程短等優(yōu)點(diǎn)，但由于該技術(shù)還不成熟，在等離子體降解過(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生一些有害產(chǎn)物(如O3、CO、NOx等)造成二次污染，同時(shí)還存在高壓放電使得能耗較高等問(wèn)題。

3.2.5小結(jié)

膜分離法、光催化法、生物法、等離子體凈化法等新型凈化處理技術(shù)得到足夠重視，新型凈化處理技術(shù)在擁有各自優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也存在不足之處。新型凈化處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范圍總結(jié)在表13。

綜上所述，傳統(tǒng)的凈化處理技術(shù)和新型凈化處理技術(shù)都各自存在優(yōu)缺點(diǎn)，采用何種凈化方法還需根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況合理選擇，表14列舉了工藝選擇優(yōu)化方法以及優(yōu)勢(shì)和技術(shù)水平。

3.3復(fù)合型凈化處理技術(shù)

單一有機(jī)廢氣凈化技術(shù)雖然有各自優(yōu)勢(shì)，但不可避免都有自身局限性，因此有必要探索多種凈化技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合型處理工藝。劉建偉等針對(duì)處理汽車噴漆廢氣采用生物滴濾和生物過(guò)濾組合工藝，發(fā)現(xiàn)組合式反應(yīng)器對(duì)廢氣的污染物有著較好的處理效果。預(yù)處理后的廢氣通進(jìn)生物滴濾塔中與營(yíng)養(yǎng)液充分混合微生物降解，降解后的廢氣通往生物濾塔與填料中的微生物進(jìn)行再降解，如圖13所示。

對(duì)于不同處理技術(shù)的復(fù)合型工藝，黃維秋等發(fā)現(xiàn)集成冷凝和吸附回收工藝可以充分利用各自特點(diǎn)，通過(guò)吸附劑先吸附VOCs，將飽和的吸附劑送往冷凝回收裝置，利用熱蒸汽吹脫，脫附后的VOCs深度冷凝回收再利用，避免了冷凝法的經(jīng)濟(jì)成本問(wèn)題和吸附法的安全問(wèn)題。岳鑫桂等將等離子體技術(shù)同光催化技術(shù)相結(jié)合，利用等離子體作為光催化的驅(qū)動(dòng)力，處理效率高于單獨(dú)介質(zhì)阻擋放電或者光催化降解效果，如圖14。但該復(fù)合技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模應(yīng)用階段，還需研究改進(jìn)。吸收法和光催化氧化技術(shù)組合工藝處理甲苯廢氣也進(jìn)行了研究，表明在一定實(shí)驗(yàn)條件下甲苯去除率相比單個(gè)工藝有所提高。

工業(yè)有機(jī)廢氣多為復(fù)合氣體，適宜采取復(fù)合凈化技術(shù)處理。例如將吸附濃縮技術(shù)同RTO結(jié)合在一起，構(gòu)成一種熱能回收和廢氣處理的新系統(tǒng)，利用分子篩轉(zhuǎn)輪對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附脫附，脫附后的高濃度廢氣送往RTO燃燒室高溫氧化，分解成CO2和H2O。也有將濃縮后的有機(jī)廢氣通往RCO處理裝置中進(jìn)行氧化分解，由于處理系統(tǒng)溫度比RTO低，安全性更有保障[74];更成熟的凈化技術(shù)是采用“吸附-脫附-催化燃燒”復(fù)合工藝，如圖15。將噴漆廢氣通入吸附床進(jìn)行吸附后再脫附排入到催化燃燒裝備中反應(yīng)，生成CO2和H2O，催化燃燒法可利用VOCs燃燒釋放的能量減少能耗，吸附劑可重復(fù)使用降低運(yùn)行成本，兩者相結(jié)合可更大程度地提高凈化效率。

4結(jié)語(yǔ)

選擇合適工藝治理噴漆廢氣污染很有必要，干式凈化漆霧過(guò)濾效率較低，應(yīng)用范圍較窄;濕式凈化前期設(shè)備投資較高，但性能穩(wěn)定、凈化效率高、運(yùn)行成本較低，國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)選用該方法。在噴漆有機(jī)廢氣凈化方面，小型家具電子企業(yè)可單獨(dú)采用吸附法;冷凝法因其能耗高、設(shè)備性能和制冷劑要求高，一般不推薦;工業(yè)上常用的物理吸收法在對(duì)甲苯為主的噴漆廢氣VOCs去除率很難超過(guò)80%，也不推薦使用;若采用燃燒法處理有機(jī)廢氣，推薦采用蓄熱式熱力燃燒反應(yīng)器(RTO)，相較于直接燃燒法和催化燃燒法，RTO凈化效率高、無(wú)二次污染，也不存在直接燃燒不完全和催化燃燒易中毒等缺陷。新型凈化處理技術(shù)對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)用還處于起步階段，膜分離法、光催化法、生物法和等離子體凈化技術(shù)處理VOCs的裝置規(guī)模較小，大部分還處于中(小)試階段，大規(guī)模應(yīng)用還需要實(shí)踐完善。

大中型汽車、船舶、家具等企業(yè)噴漆廢氣治理可根據(jù)各自特點(diǎn)，選擇不同的復(fù)合式凈化技術(shù)。對(duì)于汽車噴漆廢氣處理可采用“轉(zhuǎn)輪吸附+催化燃燒”工藝或“活性炭吸附+脫附+催化燃燒法”工藝，該工藝技術(shù)上趨于成熟，能夠最大程度上提高凈化效率;對(duì)于船舶等噴漆量較大、廢氣濃度高的企業(yè)可采用“吸附-脫附-溶劑回收”復(fù)合凈化技術(shù)，在保證90%以上凈化率的同時(shí)，將脫附回收的溶劑二次利用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

隨著科技不斷進(jìn)步和實(shí)驗(yàn)研究的不斷深入，噴漆廢氣治理由單一凈化工藝向多種工藝結(jié)合的方向發(fā)展，在發(fā)揮不同工藝優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也規(guī)避單一工藝的不足，最大程度提高噴漆氣的處理效率。但復(fù)合型處理工藝需要解決投資運(yùn)行費(fèi)用高、穩(wěn)定性不足、操作難度高等問(wèn)題，要廣泛應(yīng)用于涂裝、化工、汽車、船舶等行業(yè)噴漆尾氣治理還需進(jìn)一步完善提高。如何以最小的經(jīng)濟(jì)成本和人力投資凈化噴漆廢氣達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，減少對(duì)環(huán)境污染同時(shí)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益還需要相關(guān)領(lǐng)域研究人員和企業(yè)不斷探索和實(shí)踐。

原標(biāo)題:噴漆廢氣處理技術(shù)研究進(jìn)展