粉末噴涂行業(yè)污染源強估算及措施建議

祁洪剛 劉 靜

（天津市聯(lián)合泰澤環(huán)境科技發(fā)展有限公司 天津 300042）

引言

近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和日益嚴格的環(huán)保要求，水泵閥門、家電、供暖換熱、汽車零部件等行業(yè)需求較大，需要進行表面噴涂的產(chǎn)品也隨之增多，粉末涂料作為一種含VOCs較低的涂料，受到市場和環(huán)保管理部門的大力推廣[1]，主要應用于主要應用于建筑、裝潢、家用電器、金屬家具、儀器儀表、高速公路護欄、汽車和零部件、健身運動器材涂裝等行業(yè)。粉末噴涂往往采用靜電噴涂的方式進行噴涂，涉及到的工藝主要有前處理、靜電噴涂和固化。

1 前處理污染源強估算和防治措施分析

為了使粉末涂料更好地附著在金屬表面，需要對待涂裝工件進行前處理，去除金屬表面的氧化皮和其他雜質(zhì)。目前主要的前處理工藝為噴砂、拋丸和酸洗，一般機加工類企業(yè)采用拋丸方式進行金屬表面的前處理。

1.1 污染源強估算

噴砂、拋丸過程會產(chǎn)生顆粒物，顆粒物的產(chǎn)生量可根據(jù)美國俄亥俄州環(huán)境保護局和污染工程分公司編制的《逸散性工業(yè)粉塵控制技術》[2]中清理鑄件的逸散塵排放因子產(chǎn)生系數(shù)1.25kg/t（拋丸）進行估算。

酸洗過程產(chǎn)生的酸霧，企業(yè)一般使用鹽酸或硫酸溶液對金屬表面進行處理，配酸和酸洗過程中會產(chǎn)生酸霧。根據(jù)《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊無機卷》P216頁表3.12.3知[3]，硫酸溶液在硫酸濃度小于80%時飽和蒸汽組成中100%為水，沒有硫酸；而在硫酸濃度大于81%時，飽和蒸汽的組成中才有硫酸，所以建議企業(yè)在產(chǎn)品工藝允許的條件下優(yōu)先使用硫酸溶液作為表面處理試劑。

對于配酸或酸洗過程中產(chǎn)生的酸霧，可根據(jù)《環(huán)境統(tǒng)計手冊》[4]中推薦的酸霧統(tǒng)計公式計算其揮發(fā)量，其計算公式如下：

式中：Gz：液體蒸發(fā)量（kg/h）；

M：液體分子量；

V：蒸發(fā)液體表面空氣流速，取0.20m/s；

P：相應于酸液溫度下的空氣中的蒸汽分壓；

F：液體蒸發(fā)面表面積。

1.2 防治措施

（1）顆粒物防治措施

目前拋丸過程中產(chǎn)生的顆粒物處置方法較成熟，主要使用布袋除塵器對收集的顆粒物進行處置，處置效率可達到90%～99%以上。

袋式除塵器是一種干式濾塵裝置。它適用于捕集細小、干燥、非纖維性粉塵。濾袋采用紡織的濾布或非紡織的氈制成，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進行過濾，當含塵氣體進入袋式除塵器后，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，落入灰斗，含有較細小粉塵的氣體在通過濾料時，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。

（2）酸霧防治措施

酸霧的凈化措施較成熟，目前主要為酸霧噴淋塔進行凈化處理，凈化效率能達到90%以上，但企業(yè)在安裝凈化設施時往往忽略了酸霧收集方式的可行性，在此本文提出以下幾點建議：①充分考慮生產(chǎn)工藝的可操作性，選擇酸霧的集氣方式，一般采取側(cè)吸風的方式；②收集位置應布置在酸霧產(chǎn)生的部位，距離不能太遠，理論上不能超過半米；③應充分考慮集氣面積、風機風量，從而實現(xiàn)負壓收集，提高收集效率。

2 靜電噴涂源強估算和防治措施分析

靜電噴涂是利用電暈放電現(xiàn)象使粉末涂料吸附在工件上。粉末涂料由供粉系統(tǒng)借壓縮空氣送入噴槍，在噴槍前端加有高壓靜電發(fā)生器產(chǎn)生的高壓，由于電暈放電，在其附近產(chǎn)生密集的電荷，粉末由槍嘴噴出時，形成帶電涂料粒子，它受靜電力的作用，被吸到與其極性相反的工件上去，隨著噴上的粉末增多，電荷積聚也越多，當達到一定厚度時，由于產(chǎn)生靜電排斥作用，便不繼續(xù)吸附，從而使整個工件獲得一定厚度的粉末涂層。

2.1 污染源強估算

靜電噴涂一般在帶負壓的噴涂室內(nèi)進行，會產(chǎn)生有組織顆粒物。有組織顆粒物的產(chǎn)生量可根據(jù)粉末涂料的上粉率進行估算，一般上粉率約為90%左右，其余以顆粒物的形式排放，根據(jù)物料衡算法即可計算出有組織顆粒物的產(chǎn)生量。

2.2 防治措施

目前靜電噴涂室一般會配套“旋風除塵及濾芯除塵器”對產(chǎn)生的有組織顆粒物進行收集凈化或者直接用布袋除塵器進行凈化，上述除塵器的效率均能達到90%以上。

旋風除塵是使含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運動，借助于離心力將塵粒從氣流中分離并捕集于器壁，再借助重力作用使塵粒落入灰斗。為了凈化器收集的涂料顆粒物便于回收利用，建議企業(yè)使用旋風除塵+濾芯除塵器進行除塵。

3 固化源強估算和防治措施分析

為得到產(chǎn)品所需要的工件表面效果，噴涂好的工件需送入固化爐進行固化，固化溫度介于140～200℃之間，固化時間約為15～20分鐘，固化過程中會有VOCs產(chǎn)生。揮發(fā)性有機物（VOCs）是導致城市灰霾和光化學煙霧的重要前體物，主要來源于化工生產(chǎn)、燃料涂料制造、溶劑涂料使用等過程，部分VOCs具有致癌、致突變、致畸作用，可直接對人體健康造成危害。

粉末涂料是高分子合成材料之一，目前市場上使用較多的是環(huán)氧樹脂粉末涂料，其主要成分見下表。

表1 環(huán)氧樹脂粉末主要成分一覽表

3.1 污染源強估算

由于粉末涂料中小分子揮發(fā)物質(zhì)含量無法確定，所以固化過程中VOCs的產(chǎn)生量主要通過同類企業(yè)實測的污染源強進行類比或者根據(jù)《浙江省工業(yè)涂裝工序揮發(fā)性有機物排放量計算暫行方法》[5]附表中粉末涂料VOCs含量的參考值進行估算，其值為涂料中環(huán)氧樹脂的2%。由于實測值一般較小，考慮到環(huán)境影響評價分析的是不利條件下對環(huán)境的影響，所以本文建議在評價過程中源強的估算利用參考值進行估算。

3.2 防治措施

由于環(huán)氧樹脂粉末涂料在固化過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物VOCs較少，目前企業(yè)使用較多的凈化方法為UV光催化氧化法或低溫等離子法。由于低溫等離子設備容易出現(xiàn)火災和爆炸等安全事故，所以環(huán)保治理市場目前主要推廣UV光催化氧化法。

UV光氧催化原理為利用高能高臭氧UV紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結(jié)合，進而產(chǎn)生臭氧，然后通過臭氧對有機物進行氧化以達到分解有機物的目的。揮發(fā)性有機廢氣VOCs進入凈化器，凈化器內(nèi)特制高能高臭氧UV紫外線光束照射有機廢氣，在高能紫外線光束照射下，有機廢氣降解轉(zhuǎn)變成低分子化合物CO2、H2O等，凈化廢氣最后通過排氣筒排入環(huán)境空氣。

UV光氧催化處理低濃度有機廢氣目前屬于較成熟、應用較廣的有機廢氣處理方法，其具備占地面積小，性能穩(wěn)定，可直接將有機廢氣完全氧化成無毒無害的物質(zhì)，不留二次污染等優(yōu)點，但由于市場上設備廠家的魚龍混雜，目前普遍認為該方法對惡臭污染物的處理效果較好，對其他有機廢氣的凈化效率較低，一般認為其凈化效率在50%～60%左右。

結(jié)語

粉末涂料作為一種含VOCs較低的涂料，因其不含溶劑，與傳統(tǒng)的噴涂工藝相比，減少了污染物的排放；另一方面粉末噴涂表面處理涉及工藝簡單，污染物產(chǎn)生較小，其防治措施成熟可靠，只要加強設備的管理和維護即可實現(xiàn)污染物的達標排放。

[1]美麗天津·一號工程清新空氣行動分指揮部.《天津市“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作實施方案》（津氣分指函[2018]18號）[Z].2018-03-20.

[2]Orlemann，J.A.逸散性工業(yè)粉塵控制技術[M].張良壁,劉敬嚴編譯.北京：中國環(huán)境科學出版社.1989.

[3]劉光啟,馬連湘.化學化工物性數(shù)據(jù)手冊無機卷[M].北京：化學工業(yè)出版.2002.

[4]方品賢.環(huán)境統(tǒng)計手冊[M].四川：四川科技出版社.1985.

[5]浙江省環(huán)境保護廳.《浙江省工業(yè)涂裝工序揮發(fā)性有機物排放量計算暫行方法》（浙環(huán)發(fā)〔2017〕30號）[Z].2017-07-26.