鋼桶涂裝生產(chǎn)中廢氣污染的治理
在我國，自從出現(xiàn)鋼桶包裝以來，其涂料及涂裝技術一直伴隨著鋼桶的發(fā)展而不斷發(fā)展。多年來，涂料已從植物油和以天然樹脂為原料演變?yōu)楝F(xiàn)代的以高分子合成樹脂、改性油或合成油、有機或無機化工顏料、有機溶劑等混煉而成的材料了，這些材料絕大多數(shù)是有毒的。人們不斷地把先進的科學技術用于改善涂料及涂裝對生產(chǎn)環(huán)境的污染和對生產(chǎn)者的健康危害，幾十年來也取得了一些卓有成效的技術成果，如一大批低污染的置換型涂料、高固體分涂料、原漿涂料、非水分散型涂料、水乳膠涂料、水溶性涂料、無溶劑涂料、無溶劑粉末涂料、輻射固化涂料和塑膠涂料等，以及隨著涂料生產(chǎn)技術的發(fā)展而發(fā)展起來的高壓無氣噴涂法及設備、電泳噴涂法及設備、靜電噴涂法及設備、粉末涂裝法及設備等多種技術，從各方面改善了對環(huán)境的污染和對健康的危害，初步實現(xiàn)了高效、低耗、節(jié)能的發(fā)展目標？墒，縱觀現(xiàn)代涂料的生產(chǎn)結(jié)構，依然是有機溶劑型涂料的生產(chǎn)與使用占主導地位，鋼桶涂裝生產(chǎn)過程產(chǎn)生的環(huán)境污染中，廢氣是最為嚴重的污染。在全球環(huán)保呼聲日益高漲的今天，鋼桶涂裝中的廢氣污染問題也日顯嚴重，應該引起廣泛的重視，并積極地采取措施。
一、鋼桶涂裝生產(chǎn)中廢氣的產(chǎn)生
鋼桶涂裝生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣，主要是大量的有機溶劑揮發(fā)氣體和飛散的漆霧；涂裝前表面處理的酸氣和三氯乙烯揮發(fā)氣體等。
鋼桶涂裝中使用的不同類型和品種的涂料稀釋劑有著各自的涂裝特點及涂裝方法，造成污染的廢氣也大不相同。如噴涂方法中使用的硝基類涂料、過氯乙烯類涂料、品種不同的底層涂料及其它一些合成膜固體分低的溶劑型涂料等，都有大量有機溶劑和漆霧飛散在空氣中，危害性大。一般溶劑型涂料除靜電噴涂方法污染較小外，所有噴涂方法產(chǎn)生的廢氣污染都是十分嚴重的。雖然有的鋼桶廠采取了良好的通風裝置等設備，如噴涂室或水簾式噴涂室等許多有效的排放和回收處理措施，但是，有機溶劑和過噴漆霧因排放回收處理效果欠佳等原因，仍有相當程度的有機溶劑和飛散漆霧等廢氣污染環(huán)境和危害操作者的健康。更何況有些鋼桶生產(chǎn)廠家條件差，涂裝方法、設備工具、涂裝環(huán)境及操作水平不高，采取的環(huán)保措施與效果不好等，將造成嚴重的環(huán)境污染和危害。
在鋼桶涂裝干燥過程中，由于使用涂料不同，干燥設備不同，干燥時揮發(fā)出性質(zhì)不同的廢氣。涂裝及干燥過程中進入空氣的揮發(fā)性有機溶劑主要有甲苯、二甲苯、脂、酮、醇類、少量的醛類及胺類等有害有毒性氣體。
涂裝前表面處理液需要在一定溫度下才能與鋼桶表面的油污、銹蝕、污垢等發(fā)生作用，完成處理要求。磷化膜、鈍化膜及氧化膜等處理過程中也都需要在一定的溫度下進行。高、中、低溫下的處理反應和作用，都將有無機廢氣排出，并伴隨著處理液的蒸發(fā)氣體排出，污染環(huán)境和危害健康。
二、鋼桶涂裝生產(chǎn)中的廢氣治理
鋼桶涂裝中的廢氣有涂裝前表面處理過程中產(chǎn)生的廢氣和涂裝過程中產(chǎn)生的廢氣，但主要是涂料涂裝過程中的廢氣。而涂裝過程中的廢氣又主要是干燥過程和噴涂過程中大量揮發(fā)或蒸發(fā)的有機溶劑。
1．吸附治理法
吸附治理法適合于噴涂過程中產(chǎn)生的廢氣的治理。
由于固體表面上存在著未平衡和未飽和的分子引力或化學鍵力，因此當其與氣體接觸時，就能吸引氣體分子，使其濃集在固體表面并保持其上，這種現(xiàn)象稱為吸附。吸附法就是利用固體表面的這種性質(zhì)，使廢氣與大表面多孔性固體物質(zhì)相接觸，將廢氣中的有害組分吸附在固體表面上，使其與氣體分離，達到凈化目的的一種方法。具有吸附作用的固體物質(zhì)稱為吸附劑，被吸附的氣體組分稱為吸附質(zhì)。
吸附過程是可逆過程，在吸附質(zhì)被吸附的同時，部分已被吸附的吸附質(zhì)分子還可因分子的熱運動而脫離固體表面回到氣相中去，這種現(xiàn)象叫做脫附。當吸附速度與脫附速度相等時，就達到了吸附平衡，吸附的表現(xiàn)過程停止，吸附劑就喪失了吸附能力。因此，當吸附進行到一定程度時，為了回收吸附質(zhì)以及恢復吸附劑的吸附能力，需要采用一定的方法使吸附質(zhì)從吸附劑上解脫下來，稱為吸附劑的再生。吸附法治理廢氣應包括吸附及吸附劑再生的全部過程。
根據(jù)吸附作用力的不同，吸附可分為物理吸附與化學吸附。前者是分子間力作用的結(jié)果，后者則是固體表面分子與氣體分子間形成了化學鍵的結(jié)果。當前的吸附治理大多應用的是物理吸附。
吸附凈化法的凈化效率高，特別是對低濃度氣體仍具有很強的凈化能力。若單純就凈化程度說，只要吸附劑用量足夠，那么可以達到任何要求的凈化程度。但是由于吸附劑需要重復再生利用，以及吸附劑的吸附容量的限制，使得吸附方法的應用受到一定限制。對于鋼桶涂裝中的廢氣治理，使用吸附法較為適合，因為其濃度不很高，吸附劑使用壽命較長，操作費用也不高，程序也較為簡單。
如何合理選擇與利用高效吸附劑，對提高吸附法的效果起著關鍵作用。通常，吸附法中所使用的吸附劑應具有以下一些特點：
●大的比表面和孔隙率；
●良好的選擇性；
●吸附能力強，吸附容量大；
●易于再生；
●機械強度大，化學穩(wěn)定性強，熱穩(wěn)定性好，耐磨損，壽命長；
●廉價易得。
吸附法中所使用的一些吸附效率高的吸附劑如活性炭、分子篩等，價格一般都比較昂貴，因此必須對失效吸附劑進行再生而重復使用，以降低吸附法的費用。常用的再生方法有熱再生（或升溫脫附）、降壓再生（或減壓脫附）、吹掃再生、化學再生等。再生的操作比較麻煩，且必須專門供應蒸汽或熱空氣等滿足吸附再生的需要，使設備費用和操作費用增加，限制了吸附法的廣泛應用。
2．吸收治理法
吸收法適合治理鋼桶噴涂過程中產(chǎn)生的廢氣。
當氣體和液體相接觸時，利用氣體中的不同組分在同一液體中的溶解度不同，可使氣體中的一種或數(shù)種溶解度大的組分進入到液相中，使氣相中各種組分相對濃度改變，氣體即可得到分離凈化，這個過程稱為吸收。吸收法就是根據(jù)這一原理，采用適當?shù)囊后w做為吸收劑，使含有有害物質(zhì)的廢氣與其接觸，從而廢氣中的有害物質(zhì)被吸收于吸收劑中，氣體得以凈化而設計的凈化方法。在吸收法中，吸收了吸收質(zhì)后的液體叫吸收液。
吸收過程中，依據(jù)吸收質(zhì)與吸收劑是否發(fā)生化學反應，可將吸收分為物理吸收與化學吸收。前者在吸收過程中發(fā)生的是純物理過程，如用水吸收CO 2或吸收SO 2等；而后者在吸收過程中常伴隨有明顯的化學反應發(fā)生，如用堿液吸收CO 2、用酸溶液吸收氨等；瘜W反應的存在增大了傳質(zhì)系數(shù)和吸收推動力，加大了吸收速率，因此在用吸收法處理氣態(tài)污染物時，多采用化學吸收法進行。
吸收法中吸收劑的選擇直接影響著吸收的效果。一般來說，所選用的吸收劑應該具有如下特點。
●吸收容量大，即在單位體積的吸收劑中吸收有害氣體的數(shù)量要大；
●選擇性高，即對有害氣體吸收能力強；
●飽和蒸汽壓低，以減少因揮發(fā)而引起的吸收劑的損耗；
●沸點要適宜，尤其是在需要采用蒸餾法除去吸收劑中積累的雜質(zhì)時，過高的沸點將給蒸餾帶來操作困難；
●其他一些性質(zhì)。如粘度要小，熱穩(wěn)定性要高，腐蝕性要小，以及應廉價易得。
根據(jù)上述原則，吸收法中經(jīng)常使用的吸收劑包括水，適用于去除溶于水的有害氣體，如氯化氫、氨、二氧化硫、氟化氫等；堿液（如燒堿溶液、石灰乳、氨水等）適用于酸性氣體如二氧化硫、氮氧化物、硫化氫等的去除；酸液（如硫酸溶液）主要用于堿性氣體如氨的去除；以及有機溶劑，如用碳酸丙烯酯，N—甲基吡咯烷酮及冷甲醇做吸收劑可有效地去除排氣中的二氧化碳和硫化氫。利用柴油加水的混合液做吸收劑可大量治理廢氣中的二甲苯溶劑等。
吸收法一般采用逆流操作，即在吸收設備中，被吸收的氣體由下向上流動，而吸收劑則由上而下流動，在氣—液逆流接觸中完成傳質(zhì)過程。其可分為非循環(huán)過程和循環(huán)過程兩種，前者吸收劑不予以再生，后者吸收劑封閉循環(huán)使用。吸收法常用的設備包括填料塔、板式塔、噴霧塔、文丘里洗滌塔及旋轉(zhuǎn)噴霧塔等多種。
實踐證明，吸收法具有效率高、設備簡單、應用范圍廣，一次性投資低等特點，可廣泛應用于鋼桶涂裝生產(chǎn)中有害氣體的治理。但由于吸收是將氣體中的有害氣體物質(zhì)轉(zhuǎn)移到液相中，因此對吸收液必須進行處理，否則容易引起二次污染。同時，吸收法不適用于高溫下煙氣的處理，因此在處理烘干爐中有害氣體時，必須對排氣進行降溫預處理。常用的降溫手段有間接冷卻、直接冷卻、設置預洗滌器等。
3．催化燃燒治理法
治理烘干室（爐）產(chǎn)生的廢氣主要是采用催化燃燒法。催化燃燒法是催化法和燃燒法的有機結(jié)合。
催化法凈化氣體污染物是利用催化劑的催化作用，使廢氣中的有害組分發(fā)生化學反應轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)或易于處理和回收利用的物質(zhì)的一種方法。在進行化學反應時，向反應系統(tǒng)中加入少量某種物質(zhì)，可使反應進行的速度明顯加快，而在反應終了時，這些物質(zhì)的量及性質(zhì)幾乎不發(fā)生什么變化，加入的這些少量物質(zhì)被稱為催化劑，催化劑的這種作用被稱為催化作用。
催化劑一般是由多種物質(zhì)組成的復雜體系，按各成分所起作用的不同，主要分為：①活性組分，是催化劑對某一反應是否具有加速作用的關鍵組分；②載體，是分散、負載活性組分的支撐物，能加在催化劑的反應表面并改善催化劑的使用性能；③助催劑，是改善催化劑活性及熱穩(wěn)定性能的添加物。
催化劑的活性表現(xiàn)為對反應速度具有明顯的改變外，還具有如下特點。
①催化劑只能縮短反應到達平衡的時間，而不能使平衡移動，更不可能使熱力學上不可發(fā)生的反應進行。
②催化劑性能具有選擇性，即特定的催化劑只能催化特定的反應。
③每一種催化劑都有它的特定活性溫度范圍，低于活性溫度下限的，反應速度很慢，或不能發(fā)揮作用。
每一種催化劑都有中毒、衰老的特性，通常由于某種少量雜質(zhì)的強有力吸附鍵優(yōu)先吸附在活性表面上，而且這種過程常常是不可逆的，導致中毒。衰老主要是由于低熔量活性組分的流失表面燒結(jié)及機械性破壞等。
因此，篩選合適的催化劑是催化法的關鍵，一般要求選用的催化劑具有很好的活性和選擇性、足夠的機械強度、良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性。采用催化法治理鋼桶烘干室廢氣，一般使用的催化劑有P t、Pd、R h、CuO、C r 2 O 3、M n 2 O 3、稀土金屬氧化物等。
催化法包括催化氧化和催化還原法兩種。該方法凈化效率高，凈化效率受廢氣中污染物濃度影響較小。而且在治理過程中，無需將污染物與主氣流分離，可直接將主氣流中的有害物轉(zhuǎn)化為無害物。避免了二次污染。但所用催化劑價格往往比較昂貴，操作上要求較高，廢氣中的有害物質(zhì)很難做為有用物質(zhì)進行回收等是該法存在的缺點。
燃燒法是伴隨有光和熱的激烈化學反應過程，在有氧存在的條件下，當混合氣體中可燃組分濃度在燃燒極限范圍內(nèi)時，一經(jīng)明火點燃，可燃組分即可進行燃燒。燃燒法即是對含有可燃有害組分的混合氣體加熱到一定溫度后，組分與氧反應進行燃燒，或在高溫下氧化分解，從而使這些有害組分轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的方法。該方法主要應用于碳氫化合物、一氧化碳等有害物質(zhì)的凈化處理。
催化燃燒法是在催化劑的存在下，廢氣中可燃組分能在較低的溫度下進行燃燒反應，這種方法能節(jié)約燃料的預熱，提高反應速度，減少反應器的容積，提高一種或幾種反應物與另一種或幾種反應物的相對轉(zhuǎn)化率。
催化燃燒的主要優(yōu)點是操作溫度低、燃料耗量低、保溫要求不嚴格、能減少回火及火災危險。但催化劑較貴，需要再生，基建投資高。
總之，催化燃燒法工藝比較簡單，操作方便，可回收燃燒后的熱量，但不能回收有用物質(zhì)，并容易造成二次污染。
鋼桶涂裝生產(chǎn)中廢氣對環(huán)境的污染是嚴重的，對操作者有很大危害。我們必須采取各種有效的措施，遵守國家有關環(huán)境保護、工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生法和勞動安全衛(wèi)生法等法律規(guī)定，進行全面治理。把涂裝廢氣對環(huán)境的污染和對人類健康的危害，降到最低限度或從根本上消除。這不僅是我國包裝業(yè)走向綠色化的必經(jīng)之路，而且是關系到國民經(jīng)濟和現(xiàn)代化建設以及人類生存的大事，也是保證鋼桶涂裝生產(chǎn)的順利進行和不斷向前發(fā)展的重要保證條件之一。
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