机械加工行业的污染与处理

机械加工是一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程, 主要分为冷加工和热加工两种方式. 冷加工是指在常温下加工, 不引起工件的化学或物相变化, 常见的有切削加工和压力加工等方式; 热加工指在高于或低于常温状态的加工, 会引起工件的化学或物相变化, 常见有热处理、锻造、铸造和焊接等方式.

近年来, 随着社会、经济的蓬勃发展, 汽车、电子等机加工行业新建项目不断增多. 在环境影响评价工作中, 往往涉及到此类项目的污染物的排放估算. 传统计算模式是对已建项目依靠监测数据, 对新建项目借助类比调查的方法来完成. 类比调查的分析方法较繁琐, 需要统计建设项目及类比调查对象的生产规模、生产工艺、地理位置、区域环境功能等要素. 经验估算模式作为一种简便、实用的分析方法, 是在已有工作实践的基础上, 通过大量的数据关系得出一套能比较客观反映污染排放规律的计算公式. 目前, 该方法正在不断深化和完善, 在机加工环评中被广泛应用, 并被大多数人所认可.

1 机加工行业中常见的几类污染物

1. 1 废气污染物

在机加工行业中最常见的废气污染物主要是切割粉尘、焊接烟尘、喷漆废气等.

切割最常用的方式是等离子弧切割和氧2乙炔切割, 等离子切割是以压缩空气为工作气体, 以高温高速的等离子弧为热源、将被切割的金属局部熔化, 熔化的金属由喷出的高压气流吹走, 产生金属粉尘沉降; 氧2乙炔切割是利用氧2乙炔预热火焰, 使金属在纯氧气流中能够剧烈燃烧, 生成熔渣和放出大量热量的原理而进行的, 其中, 在金属燃烧的瞬间会有一少部分较细小的颗粒物停留在空气中, 短时间后沉降于地面.

焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程, 按照工艺过程的特点分有熔焊、压焊和钎焊三大类. 焊接时, 由于高温电弧的作用, 焊条端部及其母材相应被熔化, 熔液表面剧烈喷射由药皮焊芯产生的高温高压蒸汽( 蒸汽压达66 ~ 13 158 Pa) 并向四周扩散. 当蒸汽进人周围的空气中时, 被冷却并氧化, 部分凝结成固体微粒, 这种由气体和固体微粒组成的混合物, 就是所谓的焊接烟尘.

油漆喷涂是机械加工行业应用最广泛的涂覆技术, 传统的喷漆工艺, 是利用压缩空气将油漆从对准待涂工件的喷枪吹出、雾化, 使工件表面被油漆均匀涂覆. 喷漆原料) ) ) 涂料由不挥发份和挥发份组成, 不挥发份包括成膜物质和辅助成膜物质, 挥发份则指溶剂和稀释剂. 喷漆废气中的有机气体来自溶剂和稀释剂的挥发, 有机溶剂不会随油漆附着在喷漆物表面, 在喷漆和固化过程将全部释放形成有机废气.

1. 2 废水污染物

主要分为生活污水和生产废水两大类. 生活废水主要包括食堂废水、住宿废水及办

公生活废水; 生产废水在机加工行业中, 常见的主要有喷漆废水、除尘废水、乳化液配制废水等.

喷漆废水主要是针对湿式喷漆房而言, 指用水洗涤喷漆室作业区空气, 空气中漆雾和有机溶剂被转移到水中形成了喷漆废水. 废水中含有大量漆雾颗粒, 其水质由所用涂料( 以硝基漆、氨基漆、醇酸漆和环氧漆为主) 、溶剂( 如乙醇、丙酮、脂类、苯类等) 和助溶剂而定. 废水的产生有两种方式: 一是循环水的部分排放; 二是循环水经过长期使用后全部排放更新.

除尘废水指像拉丝、抛光等生产工艺, 利用水喷淋除尘时产生的废水. 乳化液配制废水主要是指乳化液在使用过程中需和水按照一定比例稀释, 在其使用过程中产生的废水.

1. 3 噪声污染物

机加工项目中最常见的噪声源是各种机加设备( 钻、刨、锯、铣、机床等) 运行时产生的噪声、喷漆室风机噪声和空压机噪声, 这些设备噪声源强可现场实测.

1. 4 固体废物

机加工项目中最常见的固体废物是废边角料、废包装材料、废乳化液、废机油、废棉纱、废活性炭、焊渣、漆渣等.

废边角料主要是下料、切割等工艺产生, 废包装材料主要是领取原料时产生; 废乳化液、废机油主要是一些机加工设备润滑时产生; 废棉纱主要时喷漆前擦拭待喷漆物件表面产生; 废活性炭主要是干式喷漆房中用来吸收雾产生; 焊渣是在焊接过程中, 焊条夹持部分使用后和清理焊缝后产生的废弃物, 夹持部分占焊条量的1/ 11, 清理焊缝时焊渣量为焊条使用量的4%左右; 漆渣主要是用絮凝剂吸收漆雾时产生.

2 污染物源强估算方法及治理措施

2. 1 废气污染物估算及治理措施

2. 1. 1 切割粉尘估算及治理措施

切割粉尘的产生量及排放速率按公式( 1) 计算. M= 1 j M1 , V= M/ T ( 1)其中, M) 切割粉尘产生量, t/ a;M1 ) 原材料的使用量, t/ a; V ) 切割粉尘的排放速率, kg/ h; T ) 切割时间, h.切割粉尘一般是由等离子切割机自带的的空气净化器处理后, 从15 m 高排气筒排放.

2. 1. 2 焊接烟尘估算及治理措施

1) 焊接烟尘产生量的估算 焊接烟尘产生量的估算按公式( 2) 或( 3) 计算.M= M1 @T ( 2)或M= M2 @M3 ( 3)其中, M) 焊接烟尘产生量, kg/ a; M1 ) 焊材每分钟发尘量, mg/ min, M2 ) 每千克焊材发尘量,g/ kg; M3 ) 焊材使用量, kg/ a; T ) 焊接时间, h.

几种焊接方法施焊时每分钟的发尘量和熔化每千克焊接材料的发尘量见表1[ 4] .

几种焊接（切割）方法的发尘量

2) 焊接烟尘治理措施

焊接烟尘的治理一般包括自然通风、全面通风、局部通风、单机除尘器4 种方式. 在环评中常建议使用局部通风措施.

局部通风包括局部排风与局部送风. 焊接车间多采用局部排风治理烟尘污染. 局部排风是将生产中产生的烟尘污染在其发生源处控制收集起来, 不使其扩散到整个车间, 并把含烟尘空气直接或经处理后排出车间以外.

局部排风系统主要由吸尘罩、风道、除尘式净化系统和风机4 部分组成.

局部排风按集气方式的不同可以分为固定式局部排风系统和移动式局部排风系统. 固定式局部排风系统主要用于操作地点和工人操作方式固定的大型焊接生产车间, 可根据实际情况一次性固定集气罩的位置.

移动式局部排风系统

工作状态相对灵活, 可根据不同的工况, 采用不同的工作姿态, 保证处理效率及操作人员的便利. 吸尘罩是局部排风系统的关键部件. 通常, 焊接车间采用旁侧吸尘罩与伞形排尘罩. 旁侧吸尘罩用在污染源位于罩外一定距离, 伞形排尘罩通常位于污染源的上方. 排尘罩距污染源的距离、高度视污染源产生有害物的特性和工艺条件而定. 抽气速度要大于污染物的扩散速度. 一般焊接工位, 一台或两台焊机施焊时要求风量在1 200~ 1 500 m3 / h, 多台施焊时相应加大风量.

2. 1. 3 喷漆废气估算及治理措施

1) 喷漆废气的估算 喷漆废气主要来源于喷漆、流平、固化3 个阶段. 首先要根据油漆的MADS( 物料安全数据表) 报告确定几个主要的指标, 一般油漆中都含有苯系物, 以常见的二甲苯排放量为例分别按公式( 4) 和( 5) 计算:

M产= tm2 @f 1+ tm3 @f 2 , ( 4)

M排= M产@e ( 5)其中, M产)

二甲苯的年产生量, kg/ a;M排) 二甲苯的年排放量, kg/ a; t ) 喷漆房运行时间, 为喷漆、流平、固化时间之和, h; m2 ) 含有二甲苯的油漆年用量, kg/ a; f 1 ) 油漆中二甲苯的百分比; m3 ) 稀释剂的年用量, kg/ a; f 2 ) 稀释剂中二甲苯的百分比; e ) 处理效率. 2) 喷漆废气的处理措施 喷漆废气的处理主要分为干式和湿式两种方法, 干式处理法主要是活性炭吸附法, 指用活性炭作为吸附剂, 把废气中有机物溶剂的蒸汽吸附到固相表面进行吸附浓缩, 从而达到净化废气的方法. 在实际中多采用粒径为5 mm 的粒状活性炭, 粒径越小其气流阻力越大, 吸附率越高. 活性炭吸附法的工艺流程如图1.

干式处理法的优点: 设备造价低, 不需要另外设置废水处理系统; 对风机的风压要求降低; 漆渣产生量较小, 处理成本低; 节约用水. 缺点: 对过滤器的质量和寿命要求较高; 废活性炭属于危险固体废物.

湿式处理法的原理: 来自喷漆室上方的强风将漆雾压入旋流水中, 水中含有漆雾凝聚剂, 使漆雾与旋流水充分接触, 形成结块漆渣浮在水面而使废气得到净化.漆雾凝聚剂一般使用的是D2430, pH =1. 6, 密度1. 022~ 1. 042 g/ cm3 . 湿式处理法的优点: 过滤效率高, 一般可达95% ~ 98%; 设备污染小; 着火的危险性小, 安全性能高. 湿式处理法的缺点: 产生废水, 需要另外设置废水处理系统; 设备造价较高;要求风机风压较高; 对于缺水地区, 增加用水量; 增加了漆渣的处理工作; 相对于干式喷漆室来说, 水泵的长期运行成本高.

2. 2 废水污染物估算及处理措施

2. 2. 1 生活废水估算及处理措施 生活废水产生量的计算一般依据GB50015- 20035建筑给水排水设计规范6中对办公生活用水、食堂用水、住宿用水的定额, 计算出总的给水量, 生活废水产生量按公式( 6) 计算.V排= V产@85% ( 6)

食堂废水中含有大量的动植物油, 应设置单独隔油池处理. 经隔油池预处理后, 食堂废水汇同办公

生活废水和住宿废水再经化粪池处理, 紧接着通过市政污水管网进入城市污水处理厂处理. 若项目周围

无污水处理厂或管网建设不全, 项目污水不能接入城市污水处理厂处理, 则需根据项目污水最终受纳水体的保护等级选择相应的污水处理方式自行处理.

2. 2. 2 生产废水估算及处理措施

1) 喷漆废水估算

废水的形成按照前述有两种形式, 第一种形式按公式( 7) 计算. 其中, V) 喷漆废水产生量, m3 / a; f ) 排放频率, 即多少时间排放一次; V1 ) 每次排放量, m3 ; T ) 年喷涂时间, h.

第二种形式按公式( 8) 计算.

V污= V用@90% , V清= V补@1/ 3 ( 8)

其中, V用= V循+ V补, V补= V循@1. 5% , V循= V单@T ; V污) 喷漆废水中的污排水, m3 / a; V清) 喷漆废水中的清排水, m3 / a; V用) 喷漆废气净化总用水, m3 / a; V循) 循环水量, m3 / a; V补) 补充新鲜水量,m3 / a; V单) 单位时间循环水量, m3 / h; T ) 年工作小时数, h.

图2 喷漆废水处理工艺流程图

2) 喷漆废水处理措施 喷漆废水中污染物浓度较高, 需进行处理后才能排放, 一般推荐使用如图2 的方式处理.该种处理方式首先通过刮渣和隔栅来去除浮渣,然后采用Fenton 试剂( FeSO4+ H2O2 ) 对废水进行预处理, 使其中的有机物氧化分解, COD 去除率约在30% 左右, 再加入聚丙烯酰胺( PAM) 和聚合氯化铝( PAC) 对其进行絮凝沉淀, 经过此两步处理, COD 的总去除率可达到60%~ 80%, 由3 000~ 20 000 mg/ L 降至1 200~ 4 000 mg/ L. 出水进入总排口. Fenton 试剂。具有很强的氧化能力, 当pH 值较低时( 控制在3 左右) , H2O2 被Fe2+ 催化分解生成具有极强的氧化能力的羟基自由基# OH. 通过具有极强氧化能力的羟基自由基# OH 与有机物的反应, 废水中的难降解有机物发生部分氧化, 使废水中有机物的C) C 键断裂, 最终分解生成H2 O、CO2 等, 并使COD 降低. 或者发生耦合或氧化, 改变其电子云密度和结构, 形成分子量不太大的中间产物, 从而改变它们的溶解性和混凝沉淀性. 同时, Fe2+ 被氧化生成Fe(OH) 3 , 在一定酸度下以胶体形态存在, 具有凝聚、吸附性能, 还可除去水中部分悬浮物和杂质. 出水通过后续絮凝沉淀进一步去除污染物, 以达到净化的目的.

3) 除尘废水估算及处理措施 在实际的生产中, 像抛光、拉丝工艺中的喷淋水除尘都在密封的设备中进行的, 且设备内部充满的负压使粉尘通过设备外接的管道( 管口在水面下) 进入水浴池沉淀处理,沉淀后的上层清水通过管道循环使用, 不外排, 所以这部份没有废水外排, 废水的量也不用估算.

4) 乳化液配制废水估算及处理措施 废水产生量= 乳化液用量@配制比例, 一般这部分废水不外排, 进入到乳化液中一起作为危险固废交由有危废处理资质的单位处理. 2. 3 噪声污染物估算及治理措施 按照现场实测, 一般机加工设备噪声( 钻、刨、锯、铣、机床等) 运行时噪声源强约为80~ 85 dB(A) ; 喷漆室风机噪声源强约为80~ 85 dB(A) ; 空压机噪声源强约为85~ 90 dB(A) . 一般要对以

上设备设置相应的隔声、减震措施, 具体措施如表2. 然后再按照以下预测模式对噪声进行

预测和评价:

1) 合成噪声级模式: L = 10 lg(Eni= 110Li / 10 )

式中: L- 多个噪声源的合成声级, dB(A) ; Li - 某噪声源的噪声级, dB(A) .

2) 声能衰减模式: L( r) = L( r 0 ) - 20 lg( r / r 0 )

式中: L( r) - 距噪声源r 处噪声级, dB(A) ; L( r0 ) - 距噪声源r0 处噪声级, dB( A) .

另外, 在建设项目实际运行中, 还应采取以下措施: 对设备进行维修保养, 杜绝带病运行; 厂界及车间外, 应种植树木, 以增加噪声传播过程的衰减量; 对高噪声设备安装隔声屏障; 距敏感点较近一侧尽量少安装机器.

2. 4 固体废物估算及处理措施

2. 4. 1 固体废物产生量的估算 机加工项目的固体废物一般可分为两大类, 一类是一般工业固体废物, 另一类是危险固体废物. 在实际的环评工作中, 机加工项目的固体废物产生量一般需要建设方提供资料, 但有一部分可以估算. 例如:

1) 废边角料的量= 原料的使用量@( 1- 原料利用率) ;

2) 焊渣= 焊条使用量@(1/ 11+ 4%) ;

3) 漆渣= 油漆使用量@固体分含量@( 1- 平均涂着率) @净化效率@年喷涂时间, 其中: 平均涂着率即每件产品的涂着效率;

4) 废活性炭的量需根据其更换率来确定.

2. 4. 2 固体废物处理措施 机加工项目中常见固体废物的处理措施见表3[ 7] .

3 结语

本文中分析总结了机加工行业中常见的废气、废水、噪声、固废等几类污染物源强的估算方法及治理措施, 在实际的环评工作中, 只要根据机加工项目的生产工艺和使用的原辅材料, 客观地分析产污环节, 筛选评价因子, 然后选择较为贴切的估算方法, 能够较为准确地反映出污染物的排放情况, 再结合当地的环保要求, 选择一套较为有效的污染防治措施, 推动环保工作的发展.