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铸造有机废气的成因及治理技术方案(上)
所属栏目:企业新闻  日期:2021-07-28  点击次数:
铸造有机废气的成因及治理技术方案
    于玲 朱文英 
(苏州兴业材料科技股份有限公司,苏州215151)

我国是铸造大国,目前拥有铸造企业工2万余家,随着我国资源与环境压力的日益增大,政府部门提出了“实现可持续发展、建设资源节约型、环境友好型社会”与“要确保实现十一五规划中确定的能耗降低20%、主要污染物排放总量减少10%”的目标。在机械制造业中, 铸造是基础产业,也是对环境有污染的行业, 铸造厂产生的粉尘、废气、废渣、噪音等, 早已引起人们的高度关注。据报道:2013年铸造行业排放约废气450至900亿m3,[1]分析其产生的过程, 找到产生的影响因素, 进而采取治理措施,以保证铸造行业的可持续发展。

1. 铸造有机废气的成因

近年来的研究发现,铸造厂排放的废气中除含有人们熟知的CO、CO2等温室气体外,还含有大量对环境和人体健康有危害的多种挥发性有机物(Volatile Organic Compound,VOC) 和危险性空气污染物(Hazardous Air Pollutant,HAP)。在美国环保局列出的总共188种HAP中,砂型铸造厂废气中已经检测出的多达40余种[2]。

铸造车间造型及制芯过程中,会释放出难闻的气味,这种刺激性气味主要来源于树脂中的游离甲醛、游离苯酚和游离糠醇,以游离甲醛和游离苯酚对人体的危害相对较大。铸造合成树脂在使用过程中,从制芯、存放、浇注到冷却都会散发出不同数量的甲醛、苯酚、三乙胺、a-苯并芘、二恶英等。其中甲醛、苯酚、三乙胺呈刺鼻、恶臭和刺激性气味,而二恶英和呋喃蒸气则没有气味,甚至微带芳香,很容易被大家所忽视,它们主要来源于三个方面:

一是甲醛和苯酚是呋喃、酚醛类树脂的重要生产原材料,由于工艺条件和技术水平的限制,有时也为满足某种功能需要,有部分甲醛和苯酚沒有参与反应,以游离状态出现在树脂中,例如JB/T7526-2008《铸造用自硬呋喃树脂》行业标准中规定:一级品甲醛≤0.1%,二级品甲醛≤0.3%,无氮树脂游离苯酚≤0.5%,有氮树脂游离苯酚≤0.3%。又GB/T24413-2009《铸造用三乙胺法冷芯盒树脂(酚脲烷树脂)(含酚脲烷自硬树脂》国标中限定:一级品甲醛≤0.3%,二级品甲醛≤0.5%,目前市场上销售的铸造树脂中有部分,特别是低价树脂中含有的游离甲醛、苯酚都远高于行标或国标规定的限值。

二是铸造合成树脂在反应固化过程中产生甲醛,例如碱性酚醛树脂分子末端羟甲基(-CH2OH)与有机酯固化剂反应的时候,会析出甲醛蒸气(CH2O)。

三是在浇注过程中,由于高温金属液的热作用和处于缺氧状态,羟甲基(-CH2OH)基团缩聚交联成亚甲基(-CH2-),放出的甲醛不能完全燃烧,会挥发到大气中。呋喃还会产生二恶英和呋喃蒸汽,污染环境。

三乙胺是冷芯盒两组份树脂快速反应的催化剂,它本身并不参与反应,加之渗透性強又比空气重,如芯盒和三乙胺加热和输送管路密封稍有不慎,生产现场胺味就会很重。对操作员工身心健康的造成较为严重的影响。

2.铸造有机废气的治理技术方案

对于铸造车间产生废气的治理,源头上是采用环保型造型材料,尽量减少有毒废气的排放。挥发性有机物(volatile organic compound,简称VOC)是一类有机化合物的统称,在常温下它们的蒸发速率大,易挥发。有些VOC是无毒无害的,有些则是有毒有害的。治理有毒有害废气的根本技术方案是的采用环保型造型材料:

⑴ 树脂砂工艺仍是当前主流造型工艺,想要完全不产生废气几乎是不可能的,只能做到尽量减少。可选用环保型树脂、固化剂或高效树脂固化剂降低加入量,尽量不用小企业产品,质量可信度低,游离酚、游离甲醛含量高,树脂强度低,加入量高。

⑵ 选用无机粘结剂,无机粘结剂具有不挥发VOC及有毒、有害气体等优点,在高效制芯领域,硅酸盐粘结剂具有很大发展空间。其生产工艺一般采用对模具加热,并辅以吹热空气的方法加快砂芯固化。

目前,治理有机废气的技术方案主要有:吸收法、吸附法、冷凝法、燃烧法、生物法、低温等离子法和光催化氧化法等。

⑴ 吸收法

吸收法是利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中溶解度不同,或者其中某一种或多种组分与吸收剂中活性组分发生化学反应,达到将有害物从废气中分离出来,净化废气效查的一种方法。根据吸收剂是否参与化学反应分为物理、化学吸收两类。

物理吸收过程简单,是单纯的气体物理溶解过程。吸收剂吸收限度取决于气体在液体中的气液平衡浓度;吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度。物理吸收法多数情况下采用水作为吸收剂。

化学吸收是气体中组分与吸收剂发生化学反应。吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件;吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。化学吸收法常用的吸收剂有碱液、稀酸溶液等。

⑵ 活性炭吸附法

吸附法是利用多孔性固体吸附剂将废气中一种或多种有害物质吸附于表面,达到将有害物从废气中分离出来,净化废气的目的的一种方法。活性炭吸附法是采用活性炭为吸附剂的吸附法。

活性炭吸附抛弃法:该法在活性炭吸附饱和后,更换新的活性炭,废弃的活性炭作为危险固废处理。主要优点是设备简单、投资相对较省,吸附效率高,操作方便,无再生投资。缺点是活性炭更换频繁,不适合用于处理有机物含量高的场合。

活性炭吸附回收法:活性炭吸附有机废气饱和后,采用低压蒸汽对活性炭再生,使得活性炭恢复吸附能力,重复利用。再生时经冷凝、分离等操作回收有机溶剂。采用双吸附器切换轮流吸附或脱附,使吸附系统连续运行。本法适用于组分单一且难溶于水的有机废气处理,对于多组分或水溶性有机废气,回收得到的混合溶液需要采用精馏、盐析等其它分离手段处理,回收高品质的溶剂。特别对中低浓度有机废气中的溶剂回收有很好的效果。

活性炭吸附-热脱附法:有机废气吸附-催化燃烧净化装置是有机废气浓缩吸附净化和催化燃烧净化有机组合的衍生装置。吸取了两者的优点把大风量低浓度的有机废气通过吸附浓缩后,进行彻底的氧化分解,生成无毒,无害的气体排空,达到综合治理净化。首先,采用活性炭吸附装置对大风量低浓度的有机废气进行吸附处理,净化后的气体达标排放;其次,利用热空气回流技术,用小风量热空气把吸附在活性炭上的有机废气采用脱附下来,脱附后废气被浓缩(浓缩5~10倍);然后,浓缩后的废气,采用催化燃烧装置处理,彻底氧化分解为水和二氧化碳等无毒、无害的气体,达到国家排放标准,高空排放。适用于大风量低浓度的有机废气的处理;

⑶ 燃烧法

燃烧法一般分为直接燃烧、催化燃烧和蓄热燃烧三种。

直接燃烧法:利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到一定温度(700~1000℃),驻留一定的时间,使可燃的有害气体燃烧。该法工艺简单、设备投资少,但能耗大、运行成本高。

催化燃烧法:将废气预热到200~300℃,经催化床燃烧,达到净化目的。该法能耗低、净化率高、无二次污染、工艺简单操作方便。适用于高温高浓度的有机废气治理,不适用于低浓度、大风量的有机废气治理。

蓄热燃烧法:通过将尾气的温度加热到700~850℃,实现对有机物的完全燃烧,生成二氧化碳和水,废气燃烧后,通过热交换将热量储存在蓄热体内,蓄热体在通过热交换将热量转移到低温废气,达到预热的目的。蓄热燃烧法运行低能耗,净化效率高的,但是焚烧炉和蓄热体成本较高,投资成本较高。

(未完待续)
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