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我國是鑄造大國，目前擁有鑄造企業工2萬余家，隨著我國資源與環境壓力的日益增大，政府部門提出了“實現可持續發展、建設資源節約型、環境友好型社會”與“要確保實現十一五規劃中確定的能耗降低20%、主要污染物排放總量減少10%”的目標。在機械制造業中, 鑄造是基礎產業，也是對環境有污染的行業, 鑄造廠產生的粉塵、廢氣、廢渣、噪音等, 早已引起人們的高度關注。據報道：2013年鑄造行業排放約廢氣450至900億m₃，分析其產生的過程, 找到產生的影響因素, 進而采取治理措施，以保證鑄造行業的可持續發展。

1．鑄造有機廢氣的成因

近年來的研究發現，鑄造廠排放的廢氣中除含有人們熟知的CO、CO²等溫室氣體外，還含有大量對環境和人體健康有危害的多種揮發性有機物（Volatile Organic Compound，VOC） 和危險性空氣污染物（Hazardous Air Pollutant，HAP）。在美國環保局列出的總共188種HAP中，砂型鑄造廠廢氣中已經檢測出的多達40余種。

鑄造車間造型及制芯過程中，會釋放出難聞的氣味，這種刺激性氣味主要來源于樹脂中的游離甲醛、游離苯酚和游離糠醇，以游離甲醛和游離苯酚對人體的危害相對較大。鑄造合成樹脂在使用過程中，從制芯、存放、澆注到冷卻都會散發出不同數量的甲醛、苯酚、三乙胺、a-苯并芘、二惡英等。其中甲醛、苯酚、三乙胺呈刺鼻、惡臭和刺激性氣味，而二惡英和呋喃蒸氣則沒有氣味，甚至微帶芳香，很容易被大家所忽視，它們主要來源于三個方面：

一是甲醛和苯酚是呋喃、酚醛類樹脂的重要生產原材料，由于工藝條件和技術水平的限制，有時也為滿足某種功能需要，有部分甲醛和苯酚沒有參與反應，以游離狀態出現在樹脂中，例如JB/T7526-2008《鑄造用自硬呋喃樹脂》行業標準中規定：一級品甲醛≤0.1%，二級品甲醛≤0.3%，無氮樹脂游離苯酚≤0.5%，有氮樹脂游離苯酚≤0.3%。又GB/T24413-2009《鑄造用三乙胺法冷芯盒樹脂（酚脲烷樹脂）（含酚脲烷自硬樹脂》國標中限定：一級品甲醛≤0.3%，二級品甲醛≤0.5%，目前市場上銷售的鑄造樹脂中有部分，特別是低價樹脂中含有的游離甲醛、苯酚都遠高于行標或國標規定的限值。

二是鑄造合成樹脂在反應固化過程中產生甲醛，例如堿性酚醛樹脂分子末端羥甲基（-CH²OH）與有機酯固化劑反應的時候，會析出甲醛蒸氣（CH²O）。

三是在澆注過程中，由于高溫金屬液的熱作用和處于缺氧狀態，羥甲基（-CH²OH）基團縮聚交聯成亞甲基（-CH²-），放出的甲醛不能完全燃燒，會揮發到大氣中。呋喃還會產生二惡英和呋喃蒸汽，污染環境。

三乙胺是冷芯盒兩組份樹脂快速反應的催化劑，它本身并不參與反應，加之滲透性強又比空氣重，如芯盒和三乙胺加熱和輸送管路密封稍有不慎，生產現場胺味就會很重。對操作員工身心健康的造成較為嚴重的影響。

2．鑄造有機廢氣的治理技術方案

對于鑄造車間產生廢氣的治理，源頭上是采用環保型造型材料，盡量減少有毒廢氣的排放。揮發性有機物(volatile organic compound,簡稱VOC)是一類有機化合物的統稱，在常溫下它們的蒸發速率大，易揮發。有些VOC是無毒無害的，有些則是有毒有害的。治理有毒有害廢氣的根本技術方案是的采用環保型造型材料：

⑴ 樹脂砂工藝仍是當前主流造型工藝，想要完全不產生廢氣幾乎是不可能的，只能做到盡量減少。可選用環保型樹脂、固化劑或高效樹脂固化劑降低加入量，盡量不用小企業產品，質量可信度低，游離酚、游離甲醛含量高，樹脂強度低，加入量高。

⑵ 選用無機粘結劑，無機粘結劑具有不揮發VOC及有毒、有害氣體等優點，在高效制芯領域，硅酸鹽粘結劑具有很大發展空間。其生產工藝一般采用對模具加熱，并輔以吹熱空氣的方法加快砂芯固化。

目前，治理有機廢氣的技術方案主要有：吸收法、吸附法、冷凝法、燃燒法、生物法、低溫等離子法和光催化氧化法等。

⑴ 吸收法

吸收法是利用廢氣中各混合組分在選定的吸收劑中溶解度不同，或者其中某一種或多種組分與吸收劑中活性組分發生化學反應，達到將有害物從廢氣中分離出來，凈化廢氣效查的一種方法。根據吸收劑是否參與化學反應分為物理、化學吸收兩類。

物理吸收過程簡單，是單純的氣體物理溶解過程。吸收劑吸收限度取決于氣體在液體中的氣液平衡濃度；吸收速率主要取決于污染物從氣相轉入液相的擴散速度。物理吸收法多數情況下采用水作為吸收劑。

化學吸收是氣體中組分與吸收劑發生化學反應。吸收限度同時取決于氣液平衡和液相反應的平衡條件；吸收速率同時取決于擴散速度和反應速度。化學吸收法常用的吸收劑有堿液、稀酸溶液等。

⑵ 活性炭吸附法

吸附法是利用多孔性固體吸附劑將廢氣中一種或多種有害物質吸附于表面，達到將有害物從廢氣中分離出來，凈化廢氣的目的的一種方法。活性炭吸附法是采用活性炭為吸附劑的吸附法。

活性炭吸附拋棄法:該法在活性炭吸附飽和后，更換新的活性炭，廢棄的活性炭作為危險固廢處理。主要優點是設備簡單、投資相對較省，吸附效率高，操作方便，無再生投資。缺點是活性炭更換頻繁，不適合用于處理有機物含量高的場合。

活性炭吸附回收法：活性炭吸附有機廢氣飽和后，采用低壓蒸汽對活性炭再生，使得活性炭恢復吸附能力，重復利用。再生時經冷凝、分離等操作回收有機溶劑。采用雙吸附器切換輪流吸附或脫附，使吸附系統連續運行。本法適用于組分單一且難溶于水的有機廢氣處理，對于多組分或水溶性有機廢氣，回收得到的混合溶液需要采用精餾、鹽析等其它分離手段處理，回收高品質的溶劑。特別對中低濃度有機廢氣中的溶劑回收有很好的效果。

活性炭吸附-熱脫附法：有機廢氣吸附-催化燃燒凈化裝置是有機廢氣濃縮吸附凈化和催化燃燒凈化有機組合的衍生裝置。吸取了兩者的優點把大風量低濃度的有機廢氣通過吸附濃縮后，進行徹底的氧化分解,生成無毒,無害的氣體排空,達到綜合治理凈化。首先，采用活性炭吸附裝置對大風量低濃度的有機廢氣進行吸附處理，凈化后的氣體達標排放；其次，利用熱空氣回流技術，用小風量熱空氣把吸附在活性炭上的有機廢氣采用脫附下來，脫附后廢氣被濃縮(濃縮5～10倍)；然后，濃縮后的廢氣，采用催化燃燒裝置處理，徹底氧化分解為水和二氧化碳等無毒、無害的氣體，達到國家排放標準，高空排放。適用于大風量低濃度的有機廢氣的處理；

⑶ 燃燒法

燃燒法一般分為直接燃燒、催化燃燒和蓄熱燃燒三種。

直接燃燒法：利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度（700～1000℃），駐留一定的時間，使可燃的有害氣體燃燒。該法工藝簡單、設備投資少，但能耗大、運行成本高。

催化燃燒法：將廢氣預熱到200～300℃，經催化床燃燒，達到凈化目的。該法能耗低、凈化率高、無二次污染、工藝簡單操作方便。適用于高溫高濃度的有機廢氣治理，不適用于低濃度、大風量的有機廢氣治理。

蓄熱燃燒法：通過將尾氣的溫度加熱到700～850℃，實現對有機物的完全燃燒，生成二氧化碳和水，廢氣燃燒后，通過熱交換將熱量儲存在蓄熱體內，蓄熱體在通過熱交換將熱量轉移到低溫廢氣，達到預熱的目的。蓄熱燃燒法運行低能耗，凈化效率高的，但是焚燒爐和蓄熱體成本較高，投資成本較高。

⑷ 生物法

學術界對生物法凈化廢氣的機理研究至今尚無統一的結論，荷蘭學者Ottengraf S P P依據吸附操作的雙膜理論提出的生物膜學說在全球范圍內有較大的影響力，為多數人所接受和認可。該法實質上是通過微生物的代謝活動將復雜的有機物轉變為簡單、無毒的無機物和其它細胞質。目前生物處理方法主要有生物過濾法、生物吸收法和生物滴濾法等。

生物過濾法：該法是最早被研究和使用的一項生物處理技術，最早是用來處理硫化氫等惡臭氣體，現在應用范圍擴展到易于被生物降解的揮發性有機氣體。凈化過程中，有機廢氣經預處理后進入生物過濾裝置。裝置中的填料是具有吸附性的濾料，多為木屑、堆肥、土壤和比表面積、孔隙率大的活性炭混合而成。填料上生長著豐富的微生物，通過它們的新陳代謝活動，各類有機廢氣會被分解為CO²，H²O，NO³_-和SO⁴_-，從而達到有效凈化的目的。生物過濾法只有一個反應器，液相、生物相都是不流動的，氣液接觸面積大，使用的濾池投資少而且運用費用也低，對于苯系物和醛酮等揮發性物質有很好的去除效果。

生物吸收法：反應工藝分成廢氣吸收和微生物氧化反應兩個部分。有機廢氣先從反應器的下部進入，向上流動的過程中與填料層中的水相進行接觸，實現質量傳遞過程；水夾帶著被溶解的廢氣進入生物反應器，其中的懸浮液生長著大量微生物，利用它的代謝活動將污染物去除。該法的優點在于反應條件容易控制，但是需要額外添加養料，而且設備多，投資高。此外，生物反應器需要增設曝氣裝置，并且控制溫度、PH等條件，確保微生物工作時候的最佳狀態。

生物滴濾法：該法集生物吸收和生物過濾于一體。污染物的吸收和降解同時發生在一個反應器內。容器中的填料一般是碎石、陶瓷、聚丙烯小球、顆粒活性炭等比表面積大的物質，起到微生物生長載體的作用。事先將營養液噴灑到填料表面，流出塔底并回收利用。廢氣從反應器底部進入，流經填料。填料上微生物的生物膜可以充當生物濾池，對氣相和液相中的物質進行氧化作用。采用生物滴濾法可以通過更換回流液體去除微生物的代謝產物，具有很大的緩沖能力。特別適合降解之后產生酸性代謝產物的物質，例如鹵代烴、含S、N的機物等。生物滴濾法適合處理低濃度小風量的有機廢氣。

⑸ 低溫等離子法

利用高頻高壓電暈放電時候產生的高能電子和離子，在放電過程中，電子從電場中獲得能量，通過非彈性碰撞將能量轉化為污染物分子的內能或動能，獲得能量的分子被激發或發生電離形成活性基團，當污染物分子獲得的能量大于其分子鍵能的結合能時，污染物分子的分子鍵斷裂，直接分解成單質原子或由單一原子構成得無害氣體分子如H²O。

⑹ 光催化氧化法

光解催化氧化法處理惡臭氣體機理主要分三部分進行。

在波長為185nm的高能紫外線作用下，發生光解反應，提供647KJmol的能量，遠大于C=C、C-H、C-O等分子鍵能，基本能夠完全使分子鍵斷鏈；

高能紫外線光束與空氣反應產生臭氧，臭氧對惡臭氣體進行分解氧化反應。利用高能紫外線光束，使空氣中產生大量的自由電子，這些電子大部分能被氧氣所獲得，形成負氧離子（O³_-），負氧離子不穩定，很容易失去一個電子而變成活性氧（臭氧），可以氧化分解有機物和無機物，在臭氧的作用下，這些惡臭氣體由大分子物質被分解為小分子物質，直至礦化，UV+空氣→O-+其它負離子O²負氧離子O³-→臭氧O³；

高能紫外線光束與空氣中水分在TiO²催化劑的作用下產生的?OH(羥基自由基)對惡臭氣體進行分解氧化反應。在納米級TiO²催化劑的作用下高能紫外線光束與空氣中水分反應產生?OH，同時空氣中的水蒸氣與臭氧發生鏈式反應也可產生?OH，UV+H²OTiO²?OH，O³+H²O鏈式反應?OH，?OH是比臭氧氧化性還強的氧化劑。

3．如何選用鑄造有機廢氣治理技術方案

揮發性有機廢氣一般有活性炭吸附法、水/堿/酸/氧化劑等吸收劑吸收法、生物凈化法、低溫等離子法、光催化氧化法等工藝處理。鑄造廠主要的污染物為苯酚、甲醛及醇類等。苯酚常溫下為一種無色晶體，是一種弱酸，可混溶于醚、氯仿、甘油、二硫化碳、凡士林、揮發油、強堿水溶液，室溫時稍溶于水，與大約8%水混合可液化，65℃以上能與水混溶。根據苯酚混溶于強堿水溶性的性質，苯酚廢氣采用堿吸收法處理；甲醛常溫下是一種無色，有強烈刺激性和窒息性氣味的氣體。易溶于水和乙醚。水溶液濃度最高可達55%。能與水、乙醇、丙酮任意混溶。甲醛也是強還原劑，在空氣中能逐漸被氧化為甲酸。根據甲醛水溶性和還原性，甲醛廢氣采用次氯酸鈉水溶液吸收法處理；糠醇與水混溶，根據糠醇水混溶性，廢氣采用水吸收法處理；

通過以上苯酚、甲醛和糠醇等污染物的理化性質分析，采用“一級水吸收+一級堿/次鈉溶液吸收+活性炭吸附”工藝處理。次氯酸鈉和堿液共存的混合溶液用于吸收苯酚和甲醛，糠醇可通過水吸收去除，增加活性炭吸附。處理結果符合《鑄造工業大氣污染物排放標準》（GB39726-2020）相應標準值要求；

4.結語

我國對鑄造過程中產生的有機廢氣的管控研究還較為滯后，目前我們應充分利用現有科研成果，集成已有的防控理論和治理經驗，形成有效的治理技術方案，促進鑄造行業的可持續發展與進步。

（于玲、朱文英，蘇州興業材料科技股份有限公司）