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传统中小型眼镜企业喷漆废气治理技术探讨

时间:2020-4-7 点击:309次

 传统中小型眼镜企业喷漆设备装备水平不高,喷漆废气产生量大,产生浓度低,且含有漆雾,具有一定黏性,给VOCs治理带来难度。小型眼镜企业喷漆废气治理,首先应进行车间改造和喷漆设备改造;其次对各环节废气进行分区分类收集,节约风量,减少无组织废气产生;最后,喷漆废气的治理应根据排放标准确定,优先采用“吸附濃缩+脱附/燃烧”工艺。

中国眼镜总产量占到了世界总产量的70%。中国不仅成为世界的眼镜生产大国,也成为了世界眼镜消费量最大的国家之一。2018年中国眼镜成镜产量约为66503.14万副,全国有15个省市生产眼镜成镜。眼镜生产主要集中在浙江、广东、福建、江苏、甘肃、重庆、山东、吉林、河北等省市。中小型眼镜生产企业及配套生产企业聚集在一定的区域,形成产业集群,降低生产成本,使得中国眼镜在国际上有较大的价格优势。中小型眼镜企业产业聚集园区壮大发展的同时,也存在一定的环境污染问题。眼镜制造尤其是塑料眼镜制造过程,会产生大量的喷漆废气。多数眼镜喷漆工序因其上色效果好会使用溶剂性油漆。使用溶剂型油漆的喷漆废气含有较高浓度的漆雾,容易黏附管道及处理设备,给废气处理带来一定的难度。中小型眼镜企业因产品定位为中低端客户,资金及技术水平有限,普遍存在喷漆设备较为传统,设备密闭性差的问题。这导致喷漆过程中的VOCs废气产生量较大。眼镜喷漆废气有黏性,产生风量大、浓度低,存在一定的处理难度,给中小型眼镜企业的生产和发展带来一定挑战。采用科学、合理又节约成本的治理技术,是中小型眼镜企业治理喷漆废气的重要方向。本文重点从装备升级改造、废气集约化收集处理等方面,探讨了传统中小型眼镜企业的眼镜喷漆废气的污染防治技术。
1 喷漆废气的特点
眼镜喷漆废气的成分根据原料的不同略有不同。喷漆物料通常由油漆或金油、稀释剂、固化剂等原料按一定比例混合而成。油漆或金油与稀释剂混合比例一般为1:(1~1.2),油漆或金油与固化剂的混合比例一般为1:(0~0.3)。油漆主要成分包括树脂、溶剂、助剂、填料、颜料等,涉及挥发性组分有苯类、酯类、醇类等有机化合物;稀释剂全部为有机溶剂,一般有二甲苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸甲酯等有机物质;固化剂主要由树脂及有机溶剂组成。从成分上看,喷漆废气可能含有的污染物有甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙苯、乙酸甲酯等有机污染物。喷枪清洗过程可能还使用丙酮。从表观上看,喷漆废气含有较多漆雾,具有一定的黏附性,容易堵塞设备和管道,组成包括颗粒物、VOCs等污染物。因喷漆废气喷漆台操作开口较大,喷漆废气呈现风量大、浓度低的特点。
2 废气产生工序及设备
眼镜喷漆的主要生产流程是眼镜表面进行清洗、晾干后,进入喷漆台进行喷漆上色,喷漆由1道至多道底漆、面漆组成。喷漆结束后,工件将进行流平、晾干,最后中温烘干(40~50℃)得到产品。油漆调配、工件喷漆、流平、晾干和中温烘干等过程均为挥发产生VOCs废气。喷漆设备分为大枪手喷喷漆台、小枪手喷喷漆台和机械自动喷漆台。大枪手喷喷漆台作业开口面较大,大于1.5m×1.5m,小枪手喷喷漆台作业开口面一般为0.8m×0.8m,机械自动喷漆台开口面一般为1.0m×1.5m。机械自动喷漆台,喷枪自动喷油漆,喷射速度较高。
3 废气治理措施
3.1 车间改造
中小型眼镜喷漆企业喷漆车间通常无明显分区,清洗、喷漆、调漆、晾干、烘干等区块界线不明显,这导致空间无组织废气较难收集。企业废气治理时,应对各个区域进行分区改造,设立独立的喷漆隔间、调漆间、晾干间、烘干间。各个隔间应相对密闭,有墙体分割,设置门窗。
3.2 装备提升改造
中小型眼镜企业使用的喷漆设备为传统敞口喷漆台,开口面较大。为满足不同客户的要求,眼镜企业通常会配备多台喷漆台,但是实际同时使用的台数少于装机台数。为节约废气收集风量,应在喷漆台开口面设置活动式开关门。当使用喷台时打开门,不使用喷台时关闭门,减少废气收集风量。眼镜喷漆基本都使用溶剂型油漆,喷漆过程中会飞溅产生较多漆雾。漆雾有黏性,容易黏附管道、风机、阀门、废气处理设备等部件,不利于废气收集和排放。因此,喷漆台须设置至少一道水帘,初步去除截留漆雾颗粒。
3.3 废气收集
眼镜企业喷漆工序产生的废气有喷漆废气、调漆废气、流平废气、晾干废气、烘干废气。喷漆废气夹带漆雾,产生点位为喷漆台;调漆废气、流平废气、晾干废气为常温废气,基本不含颗粒物,分别产生于调漆、流平和晾干工位。烘干为低温(40~50℃)烘干,废气产生浓度略高,温度略高于常温。总体上各股废气浓度均不是很高,除了烘干、调漆废气,其余废气的收集风量均较大。废气呈现大风量、低浓度的特点。各类废气的收集要求如下:
(1)喷漆台为三侧围挡喷台,上方有出气口,出气口应与风管连接,喷台开口面控制气速应至少1m/s,才能保证废气有效收集。(2)调漆间设置单独的调漆台,调漆台三侧围挡,上方设废气收集风管。调漆间废气收集按空间换气次数至少10次/h计。(3)流平区设置在喷漆台附近,不单独引风。流平废气通过喷漆台引风,达到车间总体换风的目的,可收集流平废气。(4)晾干间设置单独的废气收集罩和风管,要求空间换气次数至少8次/h。(5)烘干工序在烘箱或烘干室内完成。为保持烘箱内温度,烘干室和烘箱为密闭的。在烘干室内顶部设置废气收集风管,空间换气次数建议至少3次/h。
各股废气按照要求进行收集后,应合理布置风管走向,合理选择管径,做到风量、风压平衡。一般要求主干管的气速在10~15m/s,支管气速在5~8m/s。各风管支管与支管之间,干管与干管之间的风阻应小于±15%。
3.4 废气处理
喷漆废气的处理方法的选择应根据当地的废气排放标准,经济承受能力,技术成熟度等方面进行确定。以浙江省地区为例,喷漆废气排放应执行《工业涂装工序大气污染物排放标准》(DB33/2146-2018)新改扩标准。喷漆废气处理的一般原则是“漆雾预处理+进一步处理”。
3.4.1 漆雾预处理工艺
前面讲到,喷漆废气含有漆雾,会黏附设备,因此必须进行预处理。漆雾的预处理可以采用湿式喷淋洗涤、干式过滤棉过滤的一种或两种组合方法进行处理。要求处理后废气的颗粒物含量低于1mg/m3。为保证漆雾预处理效果,建议采用多级喷淋+过滤棉、多级过滤等组合处理方法,强化预处理效果。
3.4.2 直接低浓氧化或吸附工艺
喷漆废气的主要污染成分为有机溶剂,热值较高,易于氧化,但产生污染物浓度较低。废气处理方法有直接低浓度氧化处理、直接吸附处理、吸附浓缩后脱附焚烧处理三种。从处理效果看,吸附浓缩后脱附焚烧处理效果较前两种处理效果好,废气净化效率高,净化彻底,处理效率可达到90%以上,但运行成本和一次性投资成本较高。直接氧化处理的方法有光催化氧化、低温等离子等方法[1,2],但处理效果不稳定,适合处理低浓有机废气,处理效率低于60%。直接吸附处理就是采用活性炭等吸附介质对废气污染物进行吸附,待介质吸附饱和后,就需要抛弃更换吸附介质,会产生二次固废污染。若采用直接氧化处理法,可考虑将光催化氧化、低温等离子等设备后接活性碳吸附,设置两级及以上的组合系统,强化处理效果[3]。
3.4.3 吸附浓缩-脱附焚烧
吸附浓缩后脱附焚烧处理工艺是首先对低浓有机废气采用吸附介质进行吸附浓缩,待吸附介质吸附到一定程度后,再采用热气流或改变压力等方法进行脱附。脱附出来的高浓有机废气进行焚烧。
常用的吸附介质有颗粒活性炭、蜂窝活性炭、活性炭纤维毡、沸石分子筛等[4,5]。为保证吸附效率,各吸附剂的吸附气速建议为:采用颗粒活性炭时,吸附设备内气速应控制在0.6m/s以下;采用活性炭纤维毡时,气速控制在0.15m/s以下;采用蜂窝活性炭和沸石分子筛时,气速控制在1.2m/s以下。
吸附床层的再热有热气流再生、降压加热再生等方法。热气流再生可采用空气或惰性气体作为热媒,直接接触换热再生。活性炭和活性炭纤维毡吸附床层脱附时,热气流温度应为90~120℃;沸石分子筛吸附床层脱附时,热气流温度宜低于200℃。脱附后热气流中有机物浓度应严格控制在爆炸极限下限的25%以下。應合理选择脱附压力和温度,在保证安全的前提下,提高脱附效率。
脱附废气须采用燃烧进行彻底氧化处理,燃烧效率应达到95%以上。燃烧分为催化燃烧和直接热力燃烧。考虑油漆废气的特点及经济可行性,建议采用催化燃烧方法进行处理。选用催化剂的工作温度应低于700℃,并能承受900℃短时间高温冲击。为保证处理效率,催化燃烧装置的工作温度应高于300℃。催化燃烧装置的设计空速宜大于10000h-1,但不应高于40000h-1。
4 总结与展望
中小型眼镜企业普遍存在装备水平不高,经济可承受能力差的问题。这类企业眼镜喷漆废气的治理要考虑加强车间、设备改造的基础,对废气进行强化收集处理。废气处理优先考虑使用“吸附浓缩+脱附/焚烧”处理工艺,该工艺处理效率可达90%。但从长远发展角度考虑,中小型眼镜企业解决环保问题的关键是产品和生产工艺的转型升级。生产高端、高附加值的眼镜产品,采用自动化程度高、密闭化程度高的喷漆设备,可减少后端废气处理的成本,并且提高废气收集处理的效果。
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