探析軌道車輛涂裝VOCs廢氣治理技術！
近年來，軌道交通由于其快速、方便，并有效緩解城市交通壓力的特點，得到了快速發展。但目前我國軌道交通車輛涂裝還是以溶劑型涂料為主，隨著需求量的不斷增加，相應生產涂裝過程帶來的環境問題也引起了越來越多的關注，隨著國家對大氣污染防治的要求越來越嚴格，對軌道車輛涂裝噴漆室、烘干室廢氣排放的治理迫在眉睫。
1軌道交通車輛制造中產生的涂裝廢氣特征
軌道交通車輛涂裝涂層包括防銹底漆、膩子、中涂漆和面漆，車輛內表面和底架下表面噴涂阻尼降噪涂料，部分列車底部噴涂防火涂料，目前涂裝主要采用的仍是溶劑型涂料。其中，涂料中的溶劑組分又以苯系物(甲苯、二甲苯較多)、酯、醇、醚、酮為主，一般的涂料中有機溶劑占比為40%～60%。在噴涂工序，車輛車體每次完成一個涂層的噴涂后，都將進入噴漆室和烘干室，噴漆室和烘干室的VOCs產生量比例大約為5∶1～6∶1。
噴漆室廢氣主要污染物為未附著至工件表面的漆霧和工件表面涂料揮發出來的VOCs。為保證噴涂后工件的表面質量，噴漆室的氣流要參考我國相關設計標準，噴漆室通常采用上進下排的氣流組織方式，噴涂作業區空載風速不小于0.35m/s，有載時風速不低于0.5m/s。溫度條件為18～28℃。因此，噴漆室廢氣的特點是風量大、VOCs濃度低(大約為100～500mg/m3)，且含一定的霧滴(其中漆霧不超過1mg/m3)。
烘干室由于要保持一定的溫度，所以廢氣的風量不大，其組分與涂料中溶劑的組分基本一致(醇類、酯類、醚類、酮類、苯系物等)，由于烘干室溫度相對較高，所以溶劑會在此工序中大量揮發出來，VOCs濃度一般在2500mg/m3左右，產生的廢氣為VOCs中等濃度、高溫型廢氣。
2軌道交通車輛噴涂VOCs廢氣治理方案的選擇
車輛噴涂車間生產一般都是噴漆室和烘干室同時工作，雖然烘干室廢氣的濃度和溫度都較高，但是由于烘干室的風量較小(約為噴漆室的1/8～1/12)，因此車輛噴涂車間產生的VOCs廢氣一般采用2個工段的廢氣經混合后集中處理，且廢氣特性基本屬于低溫、低濃度、大氣量、易吸附的VOCs廢氣。基于車輛涂裝生產產生的VOCs廢氣特征和目前我國較高的排放標準要求，如北京地區工業涂裝廢氣排放標準要求非甲烷總烴≤50mg/m3，總VOCs處理效率≥90%。綜合該治理系統的一次性投資、長期運行費用、環保達標排放等性能，車輛涂裝廢氣治理較為合理的處理技術為“廢氣的吸附濃縮凈化+脫附廢氣的高溫熱氧化”組合治理方案。
吸附濃縮使用的吸附劑一般有分子篩和活性炭2種，即將大風量低濃度的廢氣，吸附后實現達標排放，動態吸附飽和的區域，經再生氣再生，氣量降低若干倍，但再生氣中污染物濃度則增加若干倍，從而實現系統處理能耗合理的目標。
表1為分子篩和活性炭的性能對比。
活性炭的吸附能力較分子篩強，但隨著使用時間和再生次數的增加，活性炭設備的吸附能力會明顯下降。活性炭雖然在脫附再生后處理效率可以有效提高，但是在7d的運行周期內下降較快，很可能在最后幾天出現不達標的情況，并且即使進行再生脫附，吸附效率也明顯下降，一般在300d左右就必須更換。因此，為保證穩定的吸附處理效率，噴涂行業VOCs廢氣治理常用的吸附劑以沸石分子篩為主，同時疏水性改性沸石分子篩的應用進一步增加了其使用價值，濃縮工藝則以轉輪吸附濃縮工藝為主。
高濃度VOCs廢氣的治理方案通常為燃燒法或熱氧化法。目前主流燃燒方案有催化氧化(CO)、蓄熱熱氧化(RTO)和蓄熱催化氧化(RCO)
3沸石轉輪濃縮+催化氧化(CO)系統
3.1廢氣的除濕、預過濾處理子系統
高濕度廢氣對于沸石轉輪的吸附效率有著直接的影響。根據實際生產中的應用和多次試驗，廢氣的相對濕度低于80%時，沸石轉輪對VOCs的吸附效率可穩定保持在90%以上，但當廢氣相對濕度大于90%時，對于某些VOCs組分，沸石轉輪的吸附效率下降至80%左右。
若使用水性涂料，廢氣中實際相對濕度可能過高，因此，為保證廢氣中相對濕度低于80%，可將廢氣溫度提高從而降低廢氣的相對濕度。通常車輛涂裝VOCs廢氣處理系統，入口廢氣溫度約30℃，如果入口溫度提高約2℃，大約可使入口廢氣的相對濕度降低15%。因此，即使車間廢氣的相對濕度達到100%，進入轉輪時的相對濕度也可降低至85%以下，但在實際的工業化應用中，宜將進入沸石轉輪的廢氣入口溫度提高至較車間混合廢氣溫度高3℃以上較為安全可靠。
其次，由于車輛涂裝廢氣中含有少量漆霧等顆粒雜質，為避免影響轉輪的吸附效率，通常預過濾采用初、中、高效組合過濾技術用于除顆粒雜質，但預過濾設計應盡量減少中、高效過濾器的更換頻次，以降低設備的運行成本。
3.2沸石轉輪濃縮子系統
轉輪是沸石轉輪濃縮子系統的核心部件，也是將低濃度VOCs濃縮的關鍵設備，它通常由疏水性沸石分子篩與陶瓷纖維加工成波紋狀膜片，再卷制成蜂巢狀的輪盤結構，并在輪盤的中央安裝旋轉軸承。耐腐蝕、耐高溫的氣體密封墊安裝在轉輪的外部框架結構上。通常轉輪隔離成3個區域，即吸附區、脫附區和冷卻區，轉輪速度通常以3～6r/h持續緩慢旋轉。
沸石轉輪濃縮子系統另一核心部分為再生氣加熱及其熱交換系統，以及風機系統、自動控制系統等。目前全世界的轉輪廠家能夠提供的最大型號的單只沸石轉輪，最大可以處理200000m3/h風量的廢氣，根據處理廢氣的組分和濃度，能夠將廢氣中的VOCs濃度提高5～20倍。
沸石轉輪的目的是保證進入轉輪的超標VOCs廢氣經過轉輪吸附區吸附凈化后可直接排放至大氣中，被去除的原有VOCs成分被截留吸附在沸石分子篩內部，當轉輪上吸附有大量VOCs的片區旋轉至脫附區時，一臺小風量的脫附風機將180～240℃左右高溫氣體吹入轉輪中，并將其中吸附的VOCs脫附出來，此時便實現了廢氣的濃縮。脫附后的轉輪由于溫度較高，此時不具有較高的吸附性能，所以先進入冷卻區，經冷卻氣體吹掃降溫，使其恢復吸附能力，而后再旋轉至吸附區，重新開始下一輪的工作。每個區域都保持氣密。這樣轉輪的每個部分均可以連續地從吸附區旋轉到脫附區，然后旋轉到冷卻區，最后又旋轉回吸附區完成一圈的旋轉。
3.3催化氧化(CO)子系統
催化氧化(CO)子系統通常由燃燒器或加熱器、貴金屬催化劑、閥組及安全報警裝置組成。催化氧化(CO)為無火焰燃燒技術，涂裝廢氣處理系統常見的催化氧化溫度在300～350℃之間，也可以高達600℃，處理效率可以達到99.5%以上，且無NOx產生。
4沸石轉輪濃縮+催化氧化系統的技術特點
(1)對于大風量、低濃度的VOCs廢氣，具有較穩定的凈化效率，通常該系統VOCs的處理效率可高達95%以上。
(2)沸石轉輪由無機氧化物組成，自身不可燃，安全度高。
(3)沸石轉輪可以承受300℃以上的脫附溫度，對于高沸點的VOCs也能夠有效處理。熱穩定性極高，可以通過反復加熱脫附來實現再生，使用壽命高于40000h。
(4)整個系統每次啟動時間小于1h，對于軌道車輛噴涂行業非連續運行的工況來說，系統啟/停快，運行靈活，可節約大量運行能耗。
5結語
沸石轉輪濃縮+催化氧化(CO)處理方案，是車輛涂裝VOCs廢氣治理的合理工藝，處理工藝系統安全、去除率高、穩定性高、運行費用合理可行。因此，沸石濃縮轉輪+催化氧化(CO)技術是現有技術條件下對于非連續工況，處理大風量、低濃度VOCs廢氣的最佳選擇，在軌道車輛涂裝廢氣治理中的應用將會越來越廣泛。
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