1.1.1揮發(fā)性有機物（VOCs）的分類

揮發(fā)性有機物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是對一大類物質(zhì)的統(tǒng)稱，通常是指沸點在50℃至260℃之間、室溫下飽和蒸汽壓超過71Pa的有機物，由于VOCs種類繁多，導(dǎo)致?lián)]發(fā)性有機廢氣的類型也多種多樣，組成復(fù)雜。有機廢氣中經(jīng)常碰到的VOCs有烴類（烷烴、烯烴和芳烴）、酮類、酯類、醇類、酚類、胺類、氰類等。其中工業(yè)配方量最大的物質(zhì)為三苯類（苯、甲苯、二甲苯）和鹵代烴類，三苯物質(zhì)和鹵代烴同時也是高毒性物質(zhì)。

常見VOCs污染物分類

1.1.2揮發(fā)性有機物（VOCs）的危害

   （1）大多數(shù)VOCs有毒、有惡臭，一部分有致癌性，如氯乙烯、苯、多環(huán)芳烴、甲醛等；

    (2)多數(shù)VOCs易燃易爆，對生產(chǎn)企業(yè)存在不安全性；

  (3)在陽光照射下，大氣中的氮氧化合物、碳氫化合物與氧化劑發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧，產(chǎn)生的二次污染對人類健康造成更大的危害；

 （4）鹵烴類VOCs可破壞臭氧層，如氯氟碳化物（CFCs）；

(5)揮發(fā)性有機化合物中的芳香烴（如：二甲苯、甲苯等）及含氧碳氫化合物（如：乙醇、酮、酯等）由于揮發(fā)性較大，易擴散在大氣中，嚴重污染環(huán)境和影響人體健康。

此外，VOCs的污染范圍不僅僅局限在一個城市或國家內(nèi)，隨著它的擴散和遷移，可引起包括酸雨、臭氧層破壞、大氣變暖等全球環(huán)境問題，具有跨國性和全球性。因此，VOCs被視為繼粉塵之后的第二大類量大面廣的大氣污染物，VOCs的凈化治理也逐漸成為了大氣污染治理中非常重要的一部分。

1.1.3揮發(fā)性有機物（VOCs）的來源

大氣中的VOCs分為天然源和人為源。通常人們關(guān)注的大氣中VOCs主要來自人為污染源：即生產(chǎn)過程的排放。這些生產(chǎn)過程包括石化廠、煉油廠及生產(chǎn)過程中大量使用有機溶劑的相關(guān)行業(yè)，如涂料生產(chǎn)、涂裝、印刷、制藥、皮革加工、樹脂加工、電器外殼噴涂等。VOCs主要來源見表2所示。

1.2項目簡介

惠州商祺科技有限公司位于廣東省惠州市惠城區(qū)水口街道辦通城大道洛塘2區(qū)，現(xiàn)有噴涂烤漆生產(chǎn)線6條，有機廢氣排放總量為143550M³/H,在噴涂作業(yè)中產(chǎn)生的廢氣主要為有機廢氣，污染因子為：苯、甲苯、二苯類等有機廢氣。

第二章  設(shè)計依據(jù)、原則及范圍

2.1設(shè)計依據(jù)

DB44/27-2001《大氣污染排放限值》

GB16297《大氣污染物綜合排放標準》

GB14554《惡臭污染物排放標準》

GB20101<<涂裝作業(yè)安全規(guī)程有機廢氣凈化裝置安全技術(shù)規(guī)定>>

GB3095《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》

GB50019-2003《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》

GB700《普通碳素結(jié)構(gòu)鋼》

JB/TQ《焊接通用技術(shù)條件》

GB50052《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》

GB50069《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》

GB50231《機械設(shè)備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》

GBJ87《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲控制設(shè)計規(guī)范》

GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》

GB50212-91《建筑防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范》

HGJ229-91《工業(yè)設(shè)備、管道防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范》

GB50168-92《電器裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范規(guī)范》

GB50169-92《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》

GB50170-92《電氣裝置安裝工程旋轉(zhuǎn)電機施工及驗收規(guī)范》

GB50171-92《電器安裝工程盤、柜及二次回路結(jié)線施工及驗收規(guī)范》

GB50257-96《電器裝置安裝工程爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電氣裝置施工及驗收規(guī)范》

GB50212-91《建筑防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范》

GB50231-98《機械設(shè)備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》

GB50235-97《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》

GB50171-92《現(xiàn)場設(shè)備工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》

GB50254-96《電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范》

GB50275-98《壓縮機、風(fēng)機、泵安裝工程施工及驗收規(guī)范》

HGJ209-83《鋼結(jié)構(gòu)、管道涂裝技術(shù)規(guī)范》

JG81-91《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊機規(guī)程》

上述標準有矛盾時，按照高標準執(zhí)行。

2.2設(shè)計原則

用最節(jié)能、最高效、最低運行成本、最簡單的工藝和維護作為設(shè)計理念。

1）針對6個排氣口的特點，選用技術(shù)先進可靠、工藝成熟穩(wěn)妥、處理效率高、運行成本低、操作管理方便的處理工藝。

2）采用當(dāng)前國內(nèi)外行之有效的先進技術(shù)工藝和設(shè)備，避免采用高能耗的工藝和設(shè)施，設(shè)施耐沖擊力較強，并考慮適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地。

3）在進行綜合考慮的前提下，根據(jù)業(yè)主提供的數(shù)據(jù)確定最優(yōu)化的工藝路線，執(zhí)行國家關(guān)于環(huán)保的政策，符合國家有關(guān)法規(guī)、規(guī)范和標準；

4）在確保工藝達標的前提下，盡量減少工程投資費用和運行費用。

5）為了便于檢修和管理，設(shè)計大部分管道采用明管安裝。

6）在各功能模塊完成任務(wù)的前提下盡量美觀大方。

2.3設(shè)計范圍

本技術(shù)方案為4條噴涂線的145000m³/H和兩條UV自動線28000m³/H的除臭處理工程，內(nèi)容包括工藝設(shè)計、配套設(shè)備選型、機電安裝工程、調(diào)試、給排水及一些必要的輔助工程設(shè)施。

① 從5條線引風(fēng)口到處理設(shè)備范圍內(nèi)工藝、機電安裝設(shè)計、管網(wǎng)、設(shè)備安裝等。

② 兩條自動UV線已經(jīng)在樓頂噴淋完成，只處理臭味即只處理有機廢氣。

③ 處理后的廢氣接通排氣煙囪。

④ 我公司負責(zé)廢氣處理站站內(nèi)管網(wǎng)，進風(fēng)口從一樓4條線排氣出口，和樓頂?shù)膬蓷lUV自動線有機廢氣出風(fēng)口止煙囪。

⑤ 進線電纜應(yīng)由業(yè)主完成，接至廢氣站操作管理房內(nèi)配電柜。

⑥ 從5條線出風(fēng)口開始，經(jīng)除塵設(shè)備處理、高效光觸媒后，排放至煙囪。其中包括：廢氣管道、凈化除塵設(shè)備、高效光觸媒設(shè)備、煙囪以及其電控系統(tǒng)等設(shè)計。

第三章  設(shè)計處理的污染物濃度、廢氣量

3.1污染物濃度

根據(jù)同行業(yè)產(chǎn)生該類廢氣的情況，及昱和采樣實際測試的數(shù)據(jù)。污染物濃度參數(shù)如下：

因無煙囪或煙囪高度不能達到國家標準或地方標準折算后標準要求嚴格。

別 名          苯   分子式C6H6

外觀與性狀     無色有甜味的透明易揮發(fā)液體，高毒性、高致癌物、可燃

閃點：-10。11℃     熔 點 5.5℃      沸點：80。1℃

水溶性      1.8g/L 15℃  

密 度         相對密度(水=1)0.8765； 相對密度(空氣=1)3.66

穩(wěn)定性        穩(wěn)定

別 名         甲苯 分子式 C7H8

外觀與性狀     無色液體、強折光性、易燃、低毒有麻醉性 分子量 92.14

閃點：   4.4℃    凝固點 -95℃      沸點：110.6℃

溶解性        極微溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸等。

密 度         相對密度0.866

穩(wěn)定性        穩(wěn)定

別 名          二甲苯 分子式 C8H10；C6H4(CH3)2

外觀與性狀     無色透明液體，有類似甲苯的氣味分子量 106.17

蒸汽壓         1.33kPa/32℃      閃點：30℃     熔 點 -25.5℃      沸點：144.4℃

溶解性        不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、氯仿等多數(shù)有機溶劑

密 度         相對密度(水=1)0.88； 相對密度(空氣=1)3.66

穩(wěn)定性        穩(wěn)定

3.2廢氣量

總排風(fēng)量見下表:

3.3排放標準

廢氣經(jīng)處理后，排放的廢氣污染物指標達到《廣東省大氣污染物排放限值（DB44/27-2001）的第二時段二級標準，其具體參數(shù)。

通過以上實際測試數(shù)據(jù)和廣東省大氣污染物排放限值的比較可得：

甲苯超標 33.1 mg/m³；，由于設(shè)置的煙囪不夠高或沒有煙囪導(dǎo)致速率均超標。

第四章  工藝分析

4.1噴涂烘干廢氣的特點

噴涂中含有一定比例的溶劑，噴涂作業(yè)中還要添加一些稀釋劑，因此在噴涂、流平及干燥過程中會產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機物，其中含有苯有機物毒性很大，不但對操作工人的身體健康造成直接危害，同事也污染了周圍的大氣環(huán)境。

4.2噴涂廢氣污染物的來源

一般噴涂的組成包括：成膜物質(zhì)（基料）、顏料、填料、助劑、溶劑等，在噴涂作業(yè)時還要配上稀釋劑（稀料）。

4.2.1成膜物質(zhì)

成膜物質(zhì)是涂料中最重要的組成部分，成膜時隨著涂料中溶劑的揮發(fā)。黏結(jié)劑分子或者乳液中的聚合物微粒相互靠近而凝聚，將顏料和填料黏結(jié)起來，形成連續(xù)涂膜，并使涂膜牢靠地黏結(jié)在基層上。成膜物質(zhì)固定在物體的表面，很少進入噴涂廢氣中。

4.2.2顏料

顏料又稱為著色顏料，在涂料中的主要作用是使涂膜具有異地等的遮蓋力和所需要的各種色彩。顏料在涂料中所占比例小，進入廢氣中的更少，但因其有很強的著色能力，造成廢氣中的顆粒物帶有顏色。因此按照《大氣污染物綜合排放標準》（GB-16297-1996），對噴涂廢氣中的顆粒物進行控制時，應(yīng)執(zhí)行染料塵限值標準。

4.2.3填料

填料又稱為體質(zhì)顏料，主要起填充作用，填料能有效改善涂料的貯存穩(wěn)定性和涂膜的相關(guān)性能。填料是構(gòu)成涂料廢氣中顆粒物的一部分，一般附著在漆霧中。

4.2.4助劑

助劑可以改善涂料及涂膜的某些性能，一般用量很小，但對涂料和涂膜的性能確有很大的影響。主要包括：成膜助劑、固化劑、分散劑、消泡劑、增稠劑等，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，有很多不同的選擇。

4.2.5溶劑

   溶劑是液體涂料配方中的重要組成部分，是成膜物質(zhì)的載體，目前主要采用的有甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、正丁醇、乙二醇、丁醚、汽油、混合溶劑等。它與涂料的制造、貯存、施工、漆膜的質(zhì)量有密切的關(guān)系。其主要作用是：

（1）  溶解并稀釋涂料中的成膜物質(zhì)，降低涂料的黏度，便于涂刷或噴涂等施工操作；

（2）  提高涂料貯存的穩(wěn)定性，防止成魔物質(zhì)凝膠，同時加入溶劑后會使桶內(nèi)充滿溶劑蒸氣，   可減少涂料表面結(jié)皮。

（3）   改善涂膜的流平性，可避免涂膜太厚，太薄或涂刷性能不好而產(chǎn)生刷痕或起皺等弊病。溶劑是揮發(fā)性的液體，只起溶解和稀釋成膜物質(zhì)的作用，在涂膜干結(jié)時，它揮發(fā)到空氣中，是噴涂廢氣中的主要污染物。

涂料有水型和溶劑型2種，溶劑型涂料采用的溶劑包括純苯、甲苯、二甲苯、汽油溶劑等。產(chǎn)生的VOC包含苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等。

水型涂料屬于環(huán)保型涂料，目前因其價格昂貴，使用受限。只在少量出口汽車、機電設(shè)備中應(yīng)用，水型涂料廢氣污染物主要包括醇類和醚類等有機物。

4.2.6稀釋劑

稀釋劑是在噴漆施工過程中用于稀釋涂料的溶劑，一般和涂料中的溶劑相同或相溶，對涂料有良好的溶解性和分散性，同時對涂料的性能影響較小。各種類型的涂料都有相應(yīng)的稀釋劑，一般彼此不能通用。氨基漆稀釋劑由二甲苯、丁醇混合組成；硝基漆稀釋劑（香蕉水）由酯、醇、苯類混合溶液組成。無苯涂料稀釋劑主要由乙酸乙酯、乙酸丁酯、溶劑油等組成，能溶解硝基漆、醇酸漆、氨基漆、丙烯酸漆等。稀釋劑和溶劑一樣最終揮發(fā)成為廢氣污染物。

從涂料原料組成分上看，噴涂產(chǎn)生的VOC主要來自于溶劑和稀釋劑，顆粒物主要來自于成膜物質(zhì)和各種固態(tài)添加劑；要從源頭上消除或減輕噴涂廢氣的污染，首先要從涂料的選擇上考慮，采用揮發(fā)分含量低的環(huán)保涂料，特別是水性涂料是采用水溶性及水分散性樹脂及各種助劑制成，不需要加入含苯稀釋劑，以水稀釋即可；污染物主要是醇類和醚類等污染相對低的有機物，對環(huán)境影響較小。

水性涂料在歐洲的使用率已經(jīng)達到80%，從2004年4月1日開始，歐盟禁止生產(chǎn)、銷售和使用溶劑型涂料；目前溶劑型涂料的使用收到很大的限制，世界范圍內(nèi)溶劑型涂料被水性涂料取代

4.3有機污染物處理工藝

4.3.1吸收凈化法

吸收凈化包括噴淋水洗、霧化洗滌、無泵水幕處理、水旋式處理等。

噴淋水洗采用噴嘴組成的噴淋室，將水霧化來沖洗漆霧，水過濾后重復(fù)利用效果一般。

霧化洗滌采用螺旋進氣，在高級霧化作用下，氣液充分接觸，廢氣中的細小顆粒物、未凝固的涂料顆粒及少量有機廢氣被吸收；

無泵水幕噴漆室和無泵水激噴漆室是利用高速排風(fēng)誘導(dǎo)提水，將排風(fēng)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)合二為一，形成無泵的水循環(huán)系統(tǒng)，由于漆霧經(jīng)過水幕、水簾以及氣水通道與水幕強烈攪拌，形成多級凈化過程，提高了凈化效率。

水旋式噴漆室主要是靠在柵格上的水旋器來分離空氣中的漆霧，當(dāng)含有漆霧的空氣直接被吸收入水旋器與柵格板下的水面撞擊后，同水一起以漩渦運動流入水旋器，漆霧和空氣分離。目前廣泛采用的是水幕、水旋及水激式噴涂設(shè)備，均能取得較好的凈化效果，但因甲苯、二甲苯等有機物不溶于水，對該類有機污染物的去除效率甚微。還需要進一步處理。

4.3.2吸附凈化法

吸附法是目前廣泛使用的有機廢氣處理技術(shù)，其原理是利用吸收劑的多孔結(jié)構(gòu)，將廢氣中的VOC捕獲。吸附劑應(yīng)能滿足：比表面積和空隙率大，吸附能力強，具有一定的顆粒度，較好的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，使用壽命長，價格低廉，原料來源充足。處理噴涂廢氣選用的吸附劑有活性炭、活性炭纖維、焦炭粉粒等?；钚蕴窟^濾吸附法是一種較為經(jīng)濟的方法，與其他方法比較，具有去除效率高、能耗低、工藝成熟、易于推廣的優(yōu)點，缺點是處理設(shè)備較大?；钚蕴课斤柡秃螅鑼︼柡偷奶看策M行脫附再生。

4.3.3直接燃燒法

直接燃燒法（或為熱氧化）是通過燃燒來消除有機物廢氣污染物的方法，是使用有機廢氣在溫度600-800℃和滯留時間0.3-0.5S的條件下直接燃燒，變成二氧化碳和水，適用于濃度較高的有機廢氣。為降低燃料費用，需要回收排放氣中的熱量。

4.3.4催化燃燒法

催化燃燒法是一種類似燃燒法的方式來處理VOC，操作溫度較普通燃燒法低一半，通常為200-400℃，將有機物氧化成二氧化碳和水，同時發(fā)出燃燒熱。它凈化有機物是用鉑、鈀等貴重催化劑及過渡金屬氧化物催化劑來代替火焰，由于溫度降低，允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料，大大地降低了設(shè)備費用和操作費用。對于大流量、低濃度的有機廢氣、燃燒或催化燃燒處理費用太高，不經(jīng)濟。

4.3.5等離子電離法

等離子電離法主要是通過脈沖電暈的技術(shù)，將有機廢氣中的有機物分化成空氣中的無害物質(zhì)，適合于處理低濃度（1-1000PPM）劇毒劇臭有害氣體，操作簡單。但該技術(shù)還不夠成熟，在處理有害氣體時還是有其欠缺的地方，如不能完全徹底地把有害氣體轉(zhuǎn)化為無害氣體，副產(chǎn)品較多；且在氧等離子體下產(chǎn)生大量臭氧；能耗高；脫除效率較低等。

4.3.6臭氧氧化法

臭氧是公認的強氧化劑，能迅速氧化分解有機污染物。但價格昂貴，能耗高。

4.3.7光催化氧化（光觸媒）法

光觸媒氧化是在外界特殊光的作用下發(fā)生催化作用，光催化氧化反應(yīng)是以半導(dǎo)體及空氣為催化劑，以光為能量，將有機物降解為CO₂和H₂O。采用的半導(dǎo)體是目前反應(yīng)效率最高的納米TiO₂光催化劑，經(jīng)過特殊處理后達到理想效果。

在光催化氧化反應(yīng)中，通過紫外光照射在納米TiO₂光催化劑上產(chǎn)生電子空穴對，與表面吸附的水分和氧氣反應(yīng)生產(chǎn)氧化性很活潑的氧氫自由基（OH-）和超氧離子自由基（O₂-、O-）。能夠把各種廢臭氣體如醛類、苯類、氨類、氮氧化物、硫化物及其他VOC有機物、無機物在光催化氧化的作用下還原成二氧化碳、水、以及其他無害物質(zhì)，同時具有除臭、消毒、殺菌的功效，由于在光催化氧化反應(yīng)過程中無任何添加劑，因此不會產(chǎn)生二次污染。

（1）  光觸媒氧化適合在常溫下將廢氣中的廢臭氣體完全氧化成無害的物質(zhì)，適合處理濃度高、氣量大、穩(wěn)定性強的有機氣體。

（2）  光催化氧化利用人工特殊紫外線燈管產(chǎn)生的真空紫外光作為能源來活化光催化劑，驅(qū)動    氧化還原反應(yīng)，而且光催化劑在反應(yīng)過程中并不消耗，利用空氣中的氧作為氧化劑，有效降解有機廢臭氣體成為光催化節(jié)約能源的最大特點。

（3）  半導(dǎo)體光催化具有氧化性強的特點，對臭氧難以氧化的某些有機物如三氯甲烷、四氯化炭都能有效地加以分解，所以對難以降解的有機物具有特別意義，光催化的有效氧化劑是氧氫自由基（OH-）和超氧離子自由基（O₂、O-），其氧化性高于常見的臭氧、雙氧水、高錳酸鉀、次氯酸等。

（4）   光催化氧化對從烴到羧酸的種類眾多有機物都有效，即使對烷子有機物如鹵代烴、染   料、含氮有機物、有機磷殺蟲劑也有很好的去除效果，只要經(jīng)過一定時間的反應(yīng)可達到完全凈化。

（5）  在理論上，光催化劑的壽命是無限的，無需更換。

以下是采用不同方法處理惡臭有機氣體的技術(shù)對比。

4.4工藝路線的確定

鑒于惠州商祺科技有限公司的廢氣主要為噴涂和烘干所產(chǎn)生的，因此在對比各種處理方法和綜合考慮的前提下提出采用：螺旋噴淋去除大顆粒和部分有機廢氣，之后采用光觸媒催化氧化法。考慮6個出風(fēng)口均風(fēng)量較大，因此設(shè)計6套噴淋和光觸媒系統(tǒng)。另外兩個UV線已在樓頂完成噴淋，只做光觸媒處理有機廢氣。

4.5本方案設(shè)計工藝流程

原有排風(fēng)口--高效螺旋噴淋除塵器（霧化洗滌）--光觸媒催化氧化—引風(fēng)機—煙囪排放