钢桶涂装生产中废气污染的治理
在我国，自从出现钢桶包装以来，其涂料及涂装技术一直伴随着钢桶的发展而不断发展。多年来，涂料已从植物油和以天然树脂为原料演变为现代的以高分子合成树脂、改性油或合成油、有机或无机化工颜料、有机溶剂等混炼而成的材料了，这些材料绝大多数是有毒的。人们不断地把先进的科学技术用于改善涂料及涂装对生产环境的污染和对生产者的健康危害，几十年来也取得了一些卓有成效的技术成果，如一大批低污染的置换型涂料、高固体分涂料、原浆涂料、非水分散型涂料、水乳胶涂料、水溶性涂料、无溶剂涂料、无溶剂粉末涂料、辐射固化涂料和塑胶涂料等，以及随着涂料生产技术的发展而发展起来的高压无气喷涂法及设备、电泳喷涂法及设备、静电喷涂法及设备、粉末涂装法及设备等多种技术，从各方面改善了对环境的污染和对健康的危害，初步实现了高效、低耗、节能的发展目标。可是，纵观现代涂料的生产结构，依然是有机溶剂型涂料的生产与使用占主导地位，钢桶涂装生产过程产生的环境污染中，废气是最为严重的污染。在全球环保呼声日益高涨的今天，钢桶涂装中的废气污染问题也日显严重，应该引起广泛的重视，并积极地采取措施。
一、钢桶涂装生产中废气的产生
钢桶涂装生产中产生的废气，主要是大量的有机溶剂挥发气体和飞散的漆雾；涂装前表面处理的酸气和三氯乙烯挥发气体等。
钢桶涂装中使用的不同类型和品种的涂料稀释剂有着各自的涂装特点及涂装方法，造成污染的废气也大不相同。如喷涂方法中使用的硝基类涂料、过氯乙烯类涂料、品种不同的底层涂料及其它一些合成膜固体分低的溶剂型涂料等，都有大量有机溶剂和漆雾飞散在空气中，危害性大。一般溶剂型涂料除静电喷涂方法污染较小外，所有喷涂方法产生的废气污染都是十分严重的。虽然有的钢桶厂采取了良好的通风装置等设备，如喷涂室或水帘式喷涂室等许多有效的排放和回收处理措施，但是，有机溶剂和过喷漆雾因排放回收处理效果欠佳等原因，仍有相当程度的有机溶剂和飞散漆雾等废气污染环境和危害操作者的健康。更何况有些钢桶生产厂家条件差，涂装方法、设备工具、涂装环境及操作水平不高，采取的环保措施与效果不好等，将造成严重的环境污染和危害。
在钢桶涂装干燥过程中，由于使用涂料不同，干燥设备不同，干燥时挥发出性质不同的废气。涂装及干燥过程中进入空气的挥发性有机溶剂主要有甲苯、二甲苯、脂、酮、醇类、少量的醛类及胺类等有害有毒性气体。
涂装前表面处理液需要在一定温度下才能与钢桶表面的油污、锈蚀、污垢等发生作用，完成处理要求。磷化膜、钝化膜及氧化膜等处理过程中也都需要在一定的温度下进行。高、中、低温下的处理反应和作用，都将有无机废气排出，并伴随着处理液的蒸发气体排出，污染环境和危害健康。
二、钢桶涂装生产中的废气治理
钢桶涂装中的废气有涂装前表面处理过程中产生的废气和涂装过程中产生的废气，但主要是涂料涂装过程中的废气。而涂装过程中的废气又主要是干燥过程和喷涂过程中大量挥发或蒸发的有机溶剂。
1．吸附治理法
吸附治理法适合于喷涂过程中产生的废气的治理。
由于固体表面上存在着未平衡和未饱和的分子引力或化学键力，因此当其与气体接触时，就能吸引气体分子，使其浓集在固体表面并保持其上，这种现象称为吸附。吸附法就是利用固体表面的这种性质，使废气与大表面多孔性固体物质相接触，将废气中的有害组分吸附在固体表面上，使其与气体分离，达到净化目的的一种方法。具有吸附作用的固体物质称为吸附剂，被吸附的气体组分称为吸附质。
吸附过程是可逆过程，在吸附质被吸附的同时，部分已被吸附的吸附质分子还可因分子的热运动而脱离固体表面回到气相中去，这种现象叫做脱附。当吸附速度与脱附速度相等时，就达到了吸附平衡，吸附的表现过程停止，吸附剂就丧失了吸附能力。因此，当吸附进行到一定程度时，为了回收吸附质以及恢复吸附剂的吸附能力，需要采用一定的方法使吸附质从吸附剂上解脱下来，称为吸附剂的再生。吸附法治理废气应包括吸附及吸附剂再生的全部过程。
根据吸附作用力的不同，吸附可分为物理吸附与化学吸附。前者是分子间力作用的结果，后者则是固体表面分子与气体分子间形成了化学键的结果。当前的吸附治理大多应用的是物理吸附。
吸附净化法的净化效率高，特别是对低浓度气体仍具有很强的净化能力。若单纯就净化程度说，只要吸附剂用量足够，那么可以达到任何要求的净化程度。但是由于吸附剂需要重复再生利用，以及吸附剂的吸附容量的限制，使得吸附方法的应用受到一定限制。对于钢桶涂装中的废气治理，使用吸附法较为适合，因为其浓度不很高，吸附剂使用寿命较长，操作费用也不高，程序也较为简单。
如何合理选择与利用高效吸附剂，对提高吸附法的效果起着关键作用。通常，吸附法中所使用的吸附剂应具有以下一些特点：
●大的比表面和孔隙率；
●良好的选择性；
●吸附能力强，吸附容量大；
●易于再生；
●机械强度大，化学稳定性强，热稳定性好，耐磨损，寿命长；
●廉价易得。
吸附法中所使用的一些吸附效率高的吸附剂如活性炭、分子筛等，价格一般都比较昂贵，因此必须对失效吸附剂进行再生而重复使用，以降低吸附法的费用。常用的再生方法有热再生（或升温脱附）、降压再生（或减压脱附）、吹扫再生、化学再生等。再生的操作比较麻烦，且必须专门供应蒸汽或热空气等满足吸附再生的需要，使设备费用和操作费用增加，限制了吸附法的广泛应用。
2．吸收治理法
吸收法适合治理钢桶喷涂过程中产生的废气。
当气体和液体相接触时，利用气体中的不同组分在同一液体中的溶解度不同，可使气体中的一种或数种溶解度大的组分进入到液相中，使气相中各种组分相对浓度改变，气体即可得到分离净化，这个过程称为吸收。吸收法就是根据这一原理，采用适当的液体做为吸收剂，使含有有害物质的废气与其接触，从而废气中的有害物质被吸收于吸收剂中，气体得以净化而设计的净化方法。在吸收法中，吸收了吸收质后的液体叫吸收液。
吸收过程中，依据吸收质与吸收剂是否发生化学反应，可将吸收分为物理吸收与化学吸收。前者在吸收过程中发生的是纯物理过程，如用水吸收CO 2或吸收SO 2等；而后者在吸收过程中常伴随有明显的化学反应发生，如用碱液吸收CO 2、用酸溶液吸收氨等。化学反应的存在增大了传质系数和吸收推动力，加大了吸收速率，因此在用吸收法处理气态污染物时，多采用化学吸收法进行。
吸收法中吸收剂的选择直接影响着吸收的效果。一般来说，所选用的吸收剂应该具有如下特点。
●吸收容量大，即在单位体积的吸收剂中吸收有害气体的数量要大；
●选择性高，即对有害气体吸收能力强；
●饱和蒸汽压低，以减少因挥发而引起的吸收剂的损耗；
●沸点要适宜，尤其是在需要采用蒸馏法除去吸收剂中积累的杂质时，过高的沸点将给蒸馏带来操作困难；
●其他一些性质。如粘度要小，热稳定性要高，腐蚀性要小，以及应廉价易得。
根据上述原则，吸收法中经常使用的吸收剂包括水，适用于去除溶于水的有害气体，如氯化氢、氨、二氧化硫、氟化氢等；碱液（如烧碱溶液、石灰乳、氨水等）适用于酸性气体如二氧化硫、氮氧化物、硫化氢等的去除；酸液（如硫酸溶液）主要用于碱性气体如氨的去除；以及有机溶剂，如用碳酸丙烯酯，N—甲基吡咯烷酮及冷甲醇做吸收剂可有效地去除排气中的二氧化碳和硫化氢。利用柴油加水的混合液做吸收剂可大量治理废气中的二甲苯溶剂等。
吸收法一般采用逆流操作，即在吸收设备中，被吸收的气体由下向上流动，而吸收剂则由上而下流动，在气—液逆流接触中完成传质过程。其可分为非循环过程和循环过程两种，前者吸收剂不予以再生，后者吸收剂封闭循环使用。吸收法常用的设备包括填料塔、板式塔、喷雾塔、文丘里洗涤塔及旋转喷雾塔等多种。
实践证明，吸收法具有效率高、设备简单、应用范围广，一次性投资低等特点，可广泛应用于钢桶涂装生产中有害气体的治理。但由于吸收是将气体中的有害气体物质转移到液相中，因此对吸收液必须进行处理，否则容易引起二次污染。同时，吸收法不适用于高温下烟气的处理，因此在处理烘干炉中有害气体时，必须对排气进行降温预处理。常用的降温手段有间接冷却、直接冷却、设置预洗涤器等。
3．催化燃烧治理法
治理烘干室（炉）产生的废气主要是采用催化燃烧法。催化燃烧法是催化法和燃烧法的有机结合。
催化法净化气体污染物是利用催化剂的催化作用，使废气中的有害组分发生化学反应转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质的一种方法。在进行化学反应时，向反应系统中加入少量某种物质，可使反应进行的速度明显加快，而在反应终了时，这些物质的量及性质几乎不发生什么变化，加入的这些少量物质被称为催化剂，催化剂的这种作用被称为催化作用。
催化剂一般是由多种物质组成的复杂体系，按各成分所起作用的不同，主要分为：①活性组分，是催化剂对某一反应是否具有加速作用的关键组分；②载体，是分散、负载活性组分的支撑物，能加在催化剂的反应表面并改善催化剂的使用性能；③助催剂，是改善催化剂活性及热稳定性能的添加物。
催化剂的活性表现为对反应速度具有明显的改变外，还具有如下特点。
①催化剂只能缩短反应到达平衡的时间，而不能使平衡移动，更不可能使热力学上不可发生的反应进行。
②催化剂性能具有选择性，即特定的催化剂只能催化特定的反应。
③每一种催化剂都有它的特定活性温度范围，低于活性温度下限的，反应速度很慢，或不能发挥作用。
每一种催化剂都有中毒、衰老的特性，通常由于某种少量杂质的强有力吸附键优先吸附在活性表面上，而且这种过程常常是不可逆的，导致中毒。衰老主要是由于低熔量活性组分的流失表面烧结及机械性破坏等。
因此，筛选合适的催化剂是催化法的关键，一般要求选用的催化剂具有很好的活性和选择性、足够的机械强度、良好的热稳定性和化学稳定性以及经济性。采用催化法治理钢桶烘干室废气，一般使用的催化剂有P t、Pd、R h、CuO、C r 2 O 3、M n 2 O 3、稀土金属氧化物等。
催化法包括催化氧化和催化还原法两种。该方法净化效率高，净化效率受废气中污染物浓度影响较小。而且在治理过程中，无需将污染物与主气流分离，可直接将主气流中的有害物转化为无害物。避免了二次污染。但所用催化剂价格往往比较昂贵，操作上要求较高，废气中的有害物质很难做为有用物质进行回收等是该法存在的缺点。
燃烧法是伴随有光和热的激烈化学反应过程，在有氧存在的条件下，当混合气体中可燃组分浓度在燃烧极限范围内时，一经明火点燃，可燃组分即可进行燃烧。燃烧法即是对含有可燃有害组分的混合气体加热到一定温度后，组分与氧反应进行燃烧，或在高温下氧化分解，从而使这些有害组分转化为无害物质的方法。该方法主要应用于碳氢化合物、一氧化碳等有害物质的净化处理。
催化燃烧法是在催化剂的存在下，废气中可燃组分能在较低的温度下进行燃烧反应，这种方法能节约燃料的预热，提高反应速度，减少反应器的容积，提高一种或几种反应物与另一种或几种反应物的相对转化率。
催化燃烧的主要优点是操作温度低、燃料耗量低、保温要求不严格、能减少回火及火灾危险。但催化剂较贵，需要再生，基建投资高。
总之，催化燃烧法工艺比较简单，操作方便，可回收燃烧后的热量，但不能回收有用物质，并容易造成二次污染。
钢桶涂装生产中废气对环境的污染是严重的，对操作者有很大危害。我们必须采取各种有效的措施，遵守国家有关环境保护、工业企业卫生法和劳动安全卫生法等法律规定，进行全面治理。把涂装废气对环境的污染和对人类健康的危害，降到最低限度或从根本上消除。这不仅是我国包装业走向绿色化的必经之路，而且是关系到国民经济和现代化建设以及人类生存的大事，也是保证钢桶涂装生产的顺利进行和不断向前发展的重要保证条件之一。
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