近年來(lái)，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(diǎn)，得到了快速發(fā)展。但目前我國(guó)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(yīng)生產(chǎn)涂裝過(guò)程帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也引起了越來(lái)越多的關(guān)注，隨著國(guó)家對(duì)大氣污染防治的要求越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)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(chǎn)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?zhàn)?、中涂漆和面漆，車輛內(nèi)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(jī)溶劑占比為40%～ 60%。在噴涂工序，車輛車體每次完成一個(gè)涂層的噴涂后，都將進(jìn)入噴漆室和烘干室，噴漆室和烘干室的VOCs產(chǎn)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(fā)出來(lái)的VOCs。為保證噴涂后工件的表面質(zhì)量，噴漆室的氣流要參考我國(guó)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，噴漆室通常采用上進(jìn)下排的氣流組織方式，噴涂作業(yè)區(qū)空載風(fēng)速不小于0.35m/s，有載時(shí)風(fēng)速不低于0.5m/s。溫度條件為18～28 ℃。因此，噴漆室廢氣的特點(diǎn)是風(fēng)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(guò)1mg /m3 ) 。

烘干室由于要保持一定的溫度，所以廢氣的風(fēng)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(duì)較高，所以溶劑會(huì)在此工序中大量揮發(fā)出來(lái)，VOCs濃度一般在2500mg /m3 左右，產(chǎn)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(chǎn)一般都是噴漆室和烘干室同時(shí)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(fēng)量較小( 約為噴漆室的1 /8～ 1 /12) ，因此車輛噴涂車間產(chǎn)生的VOCs廢氣一般采用2個(gè)工段的廢氣經(jīng)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?；谲囕v涂裝生產(chǎn)產(chǎn)生的VOCs廢氣特征和目前我國(guó)較高的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，如北京地區(qū)工業(yè)涂裝廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求非甲烷總烴≤50mg /m3，總VOCs處理效率≥90%。綜合該治理系統(tǒng)的一次性投資、長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用、環(huán)保達(dá)標(biāo)排放等性能，車輛涂裝廢氣治理較為合理的處理技術(shù)為“廢氣的吸附濃縮凈化+脫附廢氣的高溫?zé)嵫趸苯M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(fēng)量低濃度的廢氣，吸附后實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，動(dòng)態(tài)吸附飽和的區(qū)域，經(jīng)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)處理能耗合理的目標(biāo)。

表1 為分子篩和活性炭的性能對(duì)比。

活性炭的吸附能力較分子篩強(qiáng)，但隨著使用時(shí)間和再生次數(shù)的增加，活性炭設(shè)備的吸附能力會(huì)明顯下降?；钚蕴侩m然在脫附再生后處理效率可以有效提高，但是在7 d 的運(yùn)行周期內(nèi)下降較快，很可能在最后幾天出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的情況，并且即使進(jìn)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(wěn)定的吸附處理效率，噴涂行業(yè)VOCs廢氣治理常用的吸附劑以沸石分子篩為主，同時(shí)疏水性改性沸石分子篩的應(yīng)用進(jìn)一步增加了其使用價(jià)值，濃縮工藝則以轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪濃縮+催化氧化( CO) 系統(tǒng)

3. 1 廢氣的除濕、預(yù)過(guò)濾處理子系統(tǒng)

高濕度廢氣對(duì)于沸石轉(zhuǎn)輪的吸附效率有著直接的影響。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用和多次試驗(yàn)，廢氣的相對(duì)濕度低于80%時(shí)，沸石轉(zhuǎn)輪對(duì)VOCs的吸附效率可穩(wěn)定保持在90%以上，但當(dāng)廢氣相對(duì)濕度大于90%時(shí)，對(duì)于某些VOCs 組分，沸石轉(zhuǎn)輪的吸附效率下降至80%左右。

若使用水性涂料，廢氣中實(shí)際相對(duì)濕度可能過(guò)高，因此，為保證廢氣中相對(duì)濕度低于80%，可將廢氣溫度提高從而降低廢氣的相對(duì)濕度。通常車輛涂裝VOCs 廢氣處理系統(tǒng)，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(duì)濕度降低15%。因此，即使車間廢氣的相對(duì)濕度達(dá)到100%，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪時(shí)的相對(duì)濕度也可降低至85%以下，但在實(shí)際的工業(yè)化應(yīng)用中，宜將進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)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(zhì)，為避免影響轉(zhuǎn)輪的吸附效率，通常預(yù)過(guò)濾采用初、中、高效組合過(guò)濾技術(shù)用于除顆粒雜質(zhì)，但預(yù)過(guò)濾設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少中、高效過(guò)濾器的更換頻次，以降低設(shè)備的運(yùn)行成本。

3. 2 沸石轉(zhuǎn)輪濃縮子系統(tǒng)

轉(zhuǎn)輪是沸石轉(zhuǎn)輪濃縮子系統(tǒng)的核心部件，也是將低濃度VOCs濃縮的關(guān)鍵設(shè)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(pán)結(jié)構(gòu)，并在輪盤(pán)的中央安裝旋轉(zhuǎn)軸承。耐腐蝕、耐高溫的氣體密封墊安裝在轉(zhuǎn)輪的外部框架結(jié)構(gòu)上。通常轉(zhuǎn)輪隔離成3 個(gè)區(qū)域，即吸附區(qū)、脫附區(qū)和冷卻區(qū)，轉(zhuǎn)輪速度通常以3～6r /h 持續(xù)緩慢旋轉(zhuǎn)。

沸石轉(zhuǎn)輪濃縮子系統(tǒng)另一核心部分為再生氣加熱及其熱交換系統(tǒng)，以及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。目前全世界的轉(zhuǎn)輪廠家能夠提供的最大型號(hào)的單只沸石轉(zhuǎn)輪，最大可以處理200000m3 /h風(fēng)量的廢氣，根據(jù)處理廢氣的組分和濃度，能夠?qū)U氣中的VOCs濃度提高5～20倍。

沸石轉(zhuǎn)輪的目的是保證進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的超標(biāo)VOCs廢氣經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)輪吸附區(qū)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(nèi)部，當(dāng)轉(zhuǎn)輪上吸附有大量VOCs的片區(qū)旋轉(zhuǎn)至脫附區(qū)時(shí)，一臺(tái)小風(fēng)量的脫附風(fēng)機(jī)將180～240 ℃左右高溫氣體吹入轉(zhuǎn)輪中，并將其中吸附的VOCs脫附出來(lái)，此時(shí)便實(shí)現(xiàn)了廢氣的濃縮。脫附后的轉(zhuǎn)輪由于溫度較高，此時(shí)不具有較高的吸附性能，所以先進(jìn)入冷卻區(qū)，經(jīng)冷卻氣體吹掃降溫，使其恢復(fù)吸附能力，而后再旋轉(zhuǎn)至吸附區(qū)，重新開(kāi)始下一輪的工作。每個(gè)區(qū)域都保持氣密。這樣轉(zhuǎn)輪的每個(gè)部分均可以連續(xù)地從吸附區(qū)旋轉(zhuǎn)到脫附區(qū)，然后旋轉(zhuǎn)到冷卻區(qū)，最后又旋轉(zhuǎn)回吸附區(qū)完成一圈的旋轉(zhuǎn)。

3. 3 催化氧化( CO) 子系統(tǒng)

催化氧化( CO) 子系統(tǒng)通常由燃燒器或加熱器、貴金屬催化劑、閥組及安全報(bào)警裝置組成。催化氧化( CO) 為無(wú)火焰燃燒技術(shù)，涂裝廢氣處理系統(tǒng)常見(jiàn)的催化氧化溫度在300～350 ℃之間，也可以高達(dá)600 ℃，處理效率可以達(dá)到99. 5%以上，且無(wú)NOx產(chǎn)生。

4 沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+催化氧化系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

(1) 對(duì)于大風(fēng)量、低濃度的VOCs廢氣，具有較穩(wěn)定的凈化效率，通常該系統(tǒng)VOCs的處理效率可高達(dá)95%以上。

(2) 沸石轉(zhuǎn)輪由無(wú)機(jī)氧化物組成，自身不可燃，安全度高。

(3) 沸石轉(zhuǎn)輪可以承受300 ℃以上的脫附溫度，對(duì)于高沸點(diǎn)的VOCs也能夠有效處理。熱穩(wěn)定性極高，可以通過(guò)反復(fù)加熱脫附來(lái)實(shí)現(xiàn)再生，使用壽命高于40000h。

(4) 整個(gè)系統(tǒng)每次啟動(dòng)時(shí)間小于1h，對(duì)于軌道車輛噴涂行業(yè)非連續(xù)運(yùn)行的工況來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)啟/停快，運(yùn)行靈活，可節(jié)約大量運(yùn)行能耗。

5 結(jié)語(yǔ)

沸石轉(zhuǎn)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(tǒng)安全、去除率高、穩(wěn)定性高、運(yùn)行費(fèi)用合理可行。因此，沸石濃縮轉(zhuǎn)輪+催化氧化( CO) 技術(shù)是現(xiàn)有技術(shù)條件下對(duì)于非連續(xù)工況，處理大風(fēng)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(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。