深圳市自行車制造業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物的治理

謝黎 *，范文杰

（1.深圳市環(huán)境工程科學(xué)技術(shù)中心有限公司，廣東 深圳 518000；2.深圳市宗興環(huán)?？萍加邢薰荆瑥V東 深圳 518000）

揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)通常是指在101.3 kPa壓力下，沸點(diǎn)不大于250 °C的任何有機(jī)化合物[1]。這類化合物廣泛存在于制造業(yè)企業(yè)中。目前自行車制造行業(yè)主要采用噴漆和噴粉進(jìn)行生產(chǎn)，其中噴漆工序是VOCs的主要來(lái)源，噴粉則主要產(chǎn)生顆粒物污染。

自行車上需要噴涂的面積占整車表面積的60%以上，包括車架、前叉、泥板、全鏈罩、半鏈罩、支架等，最主要的部件就是車架。自行車噴涂工序中的VOCs主要來(lái)源于噴漆和烘干這2個(gè)環(huán)節(jié)。一般噴漆室都會(huì)產(chǎn)生漆霧以及溶劑、助劑、稀釋劑等揮發(fā)性物質(zhì)。漆霧顆粒小，黏度大，易粘附在物質(zhì)表面，因此凈化有機(jī)廢氣前必須去除漆霧。通常采用水幕吸收漆霧，基本上可以去除顆粒物，但無(wú)法吸收VOCs。在干燥過(guò)程中，涂膜中的一部分溶劑自然揮發(fā)或通過(guò)加熱揮發(fā)出來(lái)，排氣中含有溶劑、助劑、稀釋劑以及涂膜中的熱分解生成物等。

VOCs的產(chǎn)生與涂料的成分有很大關(guān)系。一般涂料由成膜物質(zhì)(基料)、顏料、填料、溶劑及其他助劑組成[2]，在噴漆作業(yè)時(shí)還要配上稀釋劑(稀料)。噴涂自行車常用的溶劑和稀釋劑有甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇、乙二醇、丁醚、汽油等。自行車車架一般噴涂底漆、中漆、面漆3道，目前常用環(huán)氧樹(shù)脂漆、聚酯漆、聚氨酯漆、丙烯酸樹(shù)脂漆等溶劑型涂料。

1 源頭控制

1. 1 采用環(huán)保原料

為從源頭上控制 VOCs，可用環(huán)保涂料(如水性涂料、粉末涂料、紫外光可固化涂料等)來(lái)替代揮發(fā)物含量高的油性涂料，這也是解決VOCs污染的根本措施。水性涂料是優(yōu)先推薦的環(huán)保涂料。近年來(lái)在深圳、廣州、東莞等地已有自行車生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)始使用水性涂料。目前市面上主要有水性丙烯酸和水性飽和聚酯樹(shù)脂(兩者的比較見(jiàn)表 1)，其固化劑為氨基樹(shù)脂或異氰酸酯。水性涂料的替代可以從底漆開(kāi)始，水性飽和聚酯涂料是比較理想的選擇，而罩光漆可以選擇耐候性比較好的水性丙烯酸樹(shù)脂涂料。以某調(diào)研企業(yè)使用的水性飽和聚酯涂料為例，其與油性涂料的對(duì)比見(jiàn)表2。

表1 水性丙烯酸樹(shù)脂與水性飽和聚酯樹(shù)脂的比較Table 1 Comparison between waterborne acrylic resin and waterborne saturated polyester resin

表2 水性飽和聚酯涂料與油性涂料的對(duì)比Table 2 Comparison between waterborne saturated polyester paint and oil-based paint

根據(jù)已使用水性涂料的自行車生產(chǎn)企業(yè)反饋，水性涂料在原料成本上并不比油性涂料高，甚至因?yàn)槠洳恍枰锰炷撬热軇┫♂?，減少了稀釋劑的消耗，反而會(huì)降低成本。相應(yīng)的噴涂設(shè)備改造主要是對(duì)供料線進(jìn)行絕緣改造，成本從幾萬(wàn)到十幾萬(wàn)元不等，兩方面綜合后成本并不會(huì)增加。根據(jù)調(diào)研企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，水性涂料在施工時(shí)的VOCs可控制在200 g/L左右，甚至更低，折合到每臺(tái)自行車，VOCs可減少100 g以上。對(duì)于深圳市較大規(guī)模的自行車生產(chǎn)企業(yè)而言，年產(chǎn)幾百萬(wàn)臺(tái)自行車相當(dāng)于可以從源頭減少幾百噸VOCs排放量。

粉末涂料是不含溶劑的環(huán)保涂料，有利用率高、涂膜厚、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。對(duì)于新建的生產(chǎn)線，采用粉末涂料是比較經(jīng)濟(jì)可行的方式。但由于粉末涂料的調(diào)色比溶劑型涂料繁瑣，因此就自行車制造業(yè)而言，它被用在顏色要求單一、可一次性完成涂覆的零部件上才能獲得較好的外觀效果。另外，粉末涂料的固化溫度相對(duì)較高，更適用于金屬零部件。如需噴涂塑料件，要聯(lián)合紫外光(UV)固化技術(shù)將粉末涂料的固化溫度降到120 °C以下才不會(huì)損傷塑料。選用粉末涂料并不會(huì)增加成本，而且由于其不含溶劑，大大減少了末端處理的成本。

UV可固化涂料的成本比傳統(tǒng)溶劑型涂料高出20% ～ 50%，且對(duì)設(shè)備有較高要求，但因?yàn)槠洳恍枰訜岣稍铮梢赃M(jìn)行快速連續(xù)化作業(yè)，大大提高了生產(chǎn)效率，較之常規(guī)的熱干燥涂料可節(jié)省75% ～ 90%的能源，所以總體而言也是經(jīng)濟(jì)可行的環(huán)保涂料。

環(huán)保涂料必然是往用水性涂料替代溶劑型涂料的方向發(fā)展，水性涂料在歐洲的使用率已經(jīng)達(dá)到80%。水性涂料目前在汽車行業(yè)已得到較好的應(yīng)用，作為自行車制造業(yè)，同樣可以使用水性涂料來(lái)減少 VOCs排放。只是水性涂料還存在揮發(fā)慢、涂層薄、外觀色彩不豐富等問(wèn)題，在應(yīng)用上還有一定難度。通過(guò)不斷地研發(fā)，相信水性涂料將逐步適應(yīng)自行車制造業(yè)的需求。

1. 2 改進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程

生產(chǎn)過(guò)程控制包括改進(jìn)設(shè)備、完善工藝和優(yōu)化過(guò)程控制幾個(gè)方面。自行車零部件的形狀相對(duì)復(fù)雜，目前仍然主要采用手工噴涂?；诖爽F(xiàn)狀，采用成熟可行的噴涂工藝是減少VOCs的必然途徑。在設(shè)備上，可以提高自動(dòng)化程度(見(jiàn)圖 1)，減少手工噴涂的比重，僅在自動(dòng)化作業(yè)無(wú)法達(dá)標(biāo)的情況下用手工作業(yè)進(jìn)行修補(bǔ)。使用靜電噴槍(見(jiàn)圖2)也是一個(gè)好辦法，它的涂料利用率較普通噴槍可提高30%以上，使用高流量低壓力(HVLP)噴槍，油漆利用率更可達(dá) 60%以上。需注意的是，靜電噴涂水性涂料的設(shè)備必須有良好的絕緣性，且不能與油性涂料噴涂設(shè)備混用。

圖1 自動(dòng)噴涂線Figure 1 Automatic spraying line

圖2 靜電噴涂Figure 2 Electrostatic spraying

噴涂、烘干工序的次數(shù)決定了涂料的用量。多色噴涂時(shí)，大面積顏色一次噴涂完成，局部小面積顏色采用貼標(biāo)方法，不僅能減少涂料的使用量，而且減少換色次數(shù)之余還減少了洗槍的溶劑使用量。

以調(diào)研的某自行車企業(yè)為例：其某系列產(chǎn)品車架原來(lái)采用三噴三烤的工藝，油性涂料VOCs含量在600 g/L左右。經(jīng)過(guò)內(nèi)部研究和實(shí)驗(yàn)分析后，工藝改為兩噴兩烤，利用貼標(biāo)方式減少了兩道換色工序以及3次洗槍，并在不影響質(zhì)量的情況下將膜厚降低了8% ～ 10%。優(yōu)化工藝后的VOCs排放量相比之前降低了20% ～ 25%?？梢?jiàn)即使在未替換為環(huán)保涂料的情況下，通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程也能減少原料消耗，從而在一定程度上降低VOCs的排放。

1. 3 加強(qiáng)氣體收集

涂料、稀釋劑、清洗劑等含VOCs的原輔材料應(yīng)儲(chǔ)存在密封容器或密閉工作間內(nèi)。采用密封式調(diào)漆罐，任何時(shí)間均應(yīng)保證其密封性。自動(dòng)化作業(yè)空間應(yīng)全密閉(見(jiàn)圖 3)，人工作業(yè)空間半密閉。各工序需設(shè)置由獨(dú)立的集氣罩、排風(fēng)管道等組成的收集系統(tǒng)，確保廢氣收集率不低于90%。禁止通過(guò)開(kāi)窗、墻壁或窗上的排風(fēng)扇等設(shè)施將生產(chǎn)廢氣直接外排。應(yīng)密閉收集清洗過(guò)程產(chǎn)生的廢溶劑，有價(jià)值的可回收利用(見(jiàn)圖4)，妥善處置廢溶劑。在滿足生產(chǎn)設(shè)施正常運(yùn)行和保證安全的條件下盡量減小排風(fēng)量。

圖3 全封閉式噴漆房Figure 3 Totally-enclosed spray booth

圖4 溶劑回收機(jī)Figure 4 Solvent recovery machine

2 末端治理

不同的治理技術(shù)只有在特定范圍和條件下才能達(dá)到理想的去除VOCs的效果。如單一技術(shù)難以達(dá)到目標(biāo)，需采用兩種或以上組合治理[3]。根據(jù)自行車制造業(yè)末端有機(jī)廢氣的特點(diǎn)、風(fēng)量和濃度，推薦不同的工藝組合以達(dá)到較好的處理效率，如表3所示。從表4所述20 000 m3/h風(fēng)量的實(shí)例可看出，如果采用水噴淋預(yù)處理?活性炭吸附技術(shù)，活性炭組合技術(shù)的投資成本約為單吸附技術(shù)的3倍左右。從運(yùn)行成本來(lái)看，水噴淋預(yù)處理?活性炭吸附技術(shù)的活性炭更換周期是關(guān)鍵，通常低濃度情況下一年至少更換5次，而活性炭吸附?催化燃燒技術(shù)所使用的活性炭以及催化劑的使用周期長(zhǎng)達(dá)3年。相比較而言，活性炭吸附?催化燃燒項(xiàng)目的前期投資大，但在后期運(yùn)行中成本會(huì)降低。而通過(guò)調(diào)研了解到，目前應(yīng)用還較少的沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮?蓄熱式焚燒爐技術(shù)的投資額在300萬(wàn)元以上，為單吸附技術(shù)的9倍，但其沸石的使用周期可達(dá)10年。

表3 不同末端治理技術(shù)的適用范圍Table 3 Application scopes for different end-of-pipe treatment techniques

表4 末端治理技術(shù)的成本對(duì)比(規(guī)模以20 000 m3/h來(lái)估算)Table 4 Comparison between the costs of different end-of-pipe treatment techniques estimated based on a scale of 20 000 m3/h

3 管理要求

自行車企業(yè)VOCs治理設(shè)施的管理應(yīng)納入企業(yè)日常的生產(chǎn)管理中，配備專職的管理人員和技術(shù)人員，并對(duì)他們進(jìn)行培訓(xùn)，使其掌握治理設(shè)施的具體操作以及緊急情況下的處理措施。企業(yè)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)和治理設(shè)施的實(shí)際情況，建立相關(guān)的規(guī)章制度及運(yùn)行、維護(hù)和操作規(guī)程，建立設(shè)備運(yùn)行狀況的臺(tái)賬，以保證設(shè)施正常運(yùn)行。

環(huán)保行政主管部門(mén)應(yīng)對(duì)企業(yè)的VOCs治理設(shè)施進(jìn)行監(jiān)管，主要包括：

(1) 檢查治理設(shè)施的相關(guān)規(guī)章制度，運(yùn)行、維護(hù)和操作規(guī)程，以及運(yùn)行臺(tái)賬；

(2) 檢查耗材(如活性炭)的采購(gòu)、更換時(shí)間和更換量的記錄；

(3) 檢查在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行記錄；

(4) 對(duì)設(shè)施進(jìn)行定期檢測(cè)，評(píng)估其治理效率是否達(dá)到國(guó)家及地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；

(5) 檢查治理設(shè)施產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物、廢水等是否得到有效處置。

另外，自行車行業(yè)涂裝工藝中的VOCs排放還沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)限值，完全參照類似行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)不太適合，因此盡快出臺(tái)本行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有利于引導(dǎo)企業(yè)往更環(huán)保的方向發(fā)展，為VOCs減排指明方向。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)自行車企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，企業(yè)的生產(chǎn)水平參差不齊，部分企業(yè)尚無(wú)對(duì)應(yīng)的VOCs治理設(shè)施，無(wú)組織排放情況嚴(yán)重，對(duì)周圍居民造成較大影響。推動(dòng)水性涂料的應(yīng)用將大大降低噴涂過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)廢氣濃度，極大地改善工作環(huán)境，有利于從業(yè)人員職業(yè)健康水平的提高。對(duì)于使用傳統(tǒng)溶劑型涂料的企業(yè)來(lái)說(shuō)，后續(xù)污染物的治理將顯著提高成本；而對(duì)于使用水性涂料的企業(yè)來(lái)說(shuō)，由于排放的廢氣污染物濃度大幅降低，廢氣治理設(shè)施的投入和運(yùn)行成本將大大下降。通過(guò)原料、生產(chǎn)工藝、過(guò)程控制等方面的改進(jìn)，以及末端設(shè)施的配套，同時(shí)強(qiáng)化企業(yè)自身管理和政府監(jiān)管，促進(jìn)不規(guī)范運(yùn)營(yíng)、產(chǎn)能落后小企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)或淘汰，將提高整個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。