集裝箱制造業(yè)VOCs治理之路

陳小方++陳柄旭

集裝箱制造業(yè)是典型的高消耗、高污染產(chǎn)業(yè)。我國集裝箱制造業(yè)排放的VOCs總量在各行業(yè)中排名前十。

控制集裝箱行業(yè)的VOCs排放，要從噴涂環(huán)節(jié)下手。VOCs減排控制技術(shù)一般分為源頭控制、過程控制和末端治理三個環(huán)節(jié)，集裝箱行業(yè)的VOCs治理也遵循著這個體系。

國內(nèi)一家集裝箱生產(chǎn)企業(yè)的車間

VOCs排放貫穿集裝箱制造始終

我國生產(chǎn)的集裝箱大致可分為普通（干貨）集裝箱和特種集裝箱。這兩種集裝箱的生產(chǎn)工藝大致相同，都是從鋼板預(yù)處理開始，經(jīng)過冷軋成型加工、焊接組裝、整箱噴砂、噴漆及完工線裝配等十幾道工序，其中關(guān)鍵工藝為鋼材預(yù)處理、冷加工成型、焊接組裝及噴漆4個部分。

集裝箱制造的第一道工序和最后一道工序都是涂裝，它不僅貫穿著集裝箱制造的始終，而且要與整個集裝箱工藝相適應(yīng)。

集裝箱生產(chǎn)中的VOCs排放主要來自于富鋅漆、中層漆、瀝青漆、面漆、修補(bǔ)漆等涂料的噴涂、烘干等過程，顆粒物的排放則主要來自于鋼材預(yù)處理、焊接、組裝、打砂等過程。另外，在集裝箱生產(chǎn)過程中的局部及死角部位噴涂、修補(bǔ)、零件表面涂裝等亦會產(chǎn)生VOCs排放。這些工藝大多數(shù)為人工操作，分散面廣，VOCs的濃度、流量小。

源頭控制：推廣使用水性涂料

傳統(tǒng)溶劑型涂料中含有大量VOCs成分。樣品檢測結(jié)果顯示，集裝箱噴涂工藝所用的底漆中 VOCs 含量約為 17.9%～25%（質(zhì)量比，下同），面漆中 VOCs 含量約為25%～70%。溶劑型涂料中的VOCs成分在使用過程中會揮發(fā)出來，產(chǎn)生嚴(yán)重的VOCs污染。隨著環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，國際集裝箱標(biāo)準(zhǔn)化委員會對集裝箱涂料的環(huán)保和衛(wèi)生提出較高的要求，比如，涂料內(nèi)不得含鎘、鉛、鉻、汞等重金屬;采用磷酸鹽等無毒的顏料;高固體分低VOCs含量的涂料等。于是用VOCs含量小的水性涂料替代溶劑型涂料成為目前最好的選擇。

但目前水性涂料的推廣應(yīng)用還存在著許多技術(shù)難點：一是在底漆噴涂階段，業(yè)界采用“包絡(luò)技術(shù)”防止“富鋅底漆”中鋅原子被氧化，即將鋅粉用少量有機(jī)溶劑包絡(luò)并溶解于低VOCs介質(zhì)。使用水性涂料后，則必須在協(xié)調(diào)包絡(luò)技術(shù)所采用的有機(jī)溶劑含量的極限基礎(chǔ)上達(dá)到降低VOCs目的。

二是水性涂料存在的“閃銹”問題。集裝箱在打砂工藝之后，鋼材不能接觸水汽，否則會發(fā)生“閃銹”，即在“打砂”后的粗糙鋼材表面尖峰點上出現(xiàn)快速氧化銹蝕現(xiàn)象。使用水性涂料將大大增加“閃銹”發(fā)生的概率。

三是水性涂料的涂裝工藝技術(shù)難點。將溶劑改為水性體系后，由于水和低含量有機(jī)溶劑的凝固點約為0℃，加上空氣中有大量的水分，所以，噴涂水性涂料低于一定溫度和高于一定濕度時，就無法形成有效的涂膜。此外，水性涂料在干燥過程中，干燥度需要達(dá)到一定要求，否則也無法形成有效涂膜。

四是水性涂料的成膜質(zhì)量缺陷。水性涂料在涂裝過程中會有較多的成膜質(zhì)量缺陷，如起泡、開裂、流掛、針孔、發(fā)霉、閃銹等。

過程控制：改進(jìn)集裝箱生產(chǎn)工藝

現(xiàn)有涂裝工藝改進(jìn)主要集中在一次底材處理涂裝方式、內(nèi)表面的自動噴涂、靜電涂裝等方面，這些工藝的改進(jìn)具體如下：

一次打砂車間底漆輥涂工藝。傳統(tǒng)集裝箱生產(chǎn)過程中鋼板預(yù)處理是在自動打砂機(jī)中一次完成的，這種車間底漆噴涂方式存在涂料損耗大、占用場地大等缺點。2007 年中集集團(tuán)嘗試使用自動輥涂工藝進(jìn)行車間底漆的施工，實現(xiàn)生產(chǎn)過程在自動流水線中一次完成，從而大幅降低涂料損耗：涂料用量減少20%，溶劑用量減少50%，每個集裝箱能減排15%。經(jīng)濟(jì)方面也能節(jié)約成本20～30美元/標(biāo)準(zhǔn)集裝箱。

整箱自動噴涂工藝。傳統(tǒng)集裝箱箱體部分位置采用人工噴涂的方式，噴涂損耗大、施工節(jié)奏慢。2007年起，部分集裝箱生產(chǎn)企業(yè)開始采用“噴槍固定、集裝箱移動”的噴涂方式，將涂裝的條件參數(shù)輸入電腦程序，由電腦控制噴槍和涂裝機(jī)工作，提高了涂裝效率，節(jié)省了涂料，還降低了工作人員的健康風(fēng)險。

靜電噴涂。目前集裝箱涂料的大部分損耗發(fā)生在快速施工過程中的漆霧飛濺。為了降低涂料損耗，中集集團(tuán)和勝獅集團(tuán)的部分箱廠先后進(jìn)行了靜電噴涂試驗，通過對環(huán)氧富鋅底漆和環(huán)氧中間漆、內(nèi)面漆進(jìn)行靜電噴涂，可以降低涂料損耗近 20%。

末端治理：治理技術(shù)的革新

在集裝箱制造業(yè)VOCs末端治理中，“活性炭吸附—水蒸氣脫附—溶劑回收”工藝得到普遍應(yīng)用。該工藝原理是將漆房排出的含有機(jī)溶劑的廢氣由排風(fēng)機(jī)抽送入回收系統(tǒng);在回收系統(tǒng)中先進(jìn)行過濾、冷卻等預(yù)處理，去除廢氣中部分有害成分;之后廢氣抽送進(jìn)入復(fù)合炭床吸附罐內(nèi)，溶劑分子被罐中活性炭吸附在縫隙中，凈化氣體排入大氣。一定時間后吸附罐吸附達(dá)飽和，系統(tǒng)會自動通入水蒸氣脫附，脫附下來的有機(jī)溶劑和水蒸氣的混合液體冷卻后進(jìn)入自動分離器分離，分離的溶劑為噴漆所用。

上述溶劑回收方法對油性漆的污染氣體回收率可達(dá) 90%，但隨著水性漆在行業(yè)內(nèi)的推廣應(yīng)用，這種末端治理技術(shù)已經(jīng)無法滿足新的生產(chǎn)工藝需求，比如水性漆VOCs含量比油性漆少得多，繼續(xù)用溶劑回收技術(shù)處理廢氣，會使成本大幅提高。所以，越來越多的集裝箱制造企業(yè)采用了新的治理工藝——“固定床活性炭吸附—熱風(fēng)脫附—催化燃燒”工藝。

從近年來集裝箱制造企業(yè)有機(jī)廢氣處理的實踐看，新的處理工藝具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用性，能適應(yīng)集裝箱制造廠有機(jī)廢氣的大風(fēng)量、低濃度的特點。新方法采用的活性炭吸附—熱風(fēng)脫附—催化燃燒—余熱利用這一工藝路線，與溶劑回收法相似，同樣經(jīng)過活性炭的吸附和脫附的過程，不同之處在于，新方法將脫附出的有機(jī)廢氣經(jīng)過催化燃燒。目前，多家集裝箱企業(yè)已采用這種工藝治理有機(jī)廢氣，經(jīng)多次環(huán)保驗收監(jiān)測及許多次的內(nèi)部監(jiān)測，排放濃度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。相比溶劑回收法，這種工藝所需的運行成本、占地面積、操作簡便等性能指標(biāo)均有明顯改善，取得較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。