汽車涂裝行業(yè)VOCs減排路徑分析

江巧文 鄭瑩瑩 葉太林

（1浙江泰誠(chéng)環(huán)境科技有限公司 浙江臺(tái)州 318000 2 浙江聚海環(huán)境工程咨詢有限公司 浙江臺(tái)州 318000）

0 引言

我國(guó)作為汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，隨之而來(lái)也增加了汽車涂料的消耗量，汽車涂料主要分為原廠漆、修補(bǔ)涂料、零部件涂料及其他涂料，其中原廠漆占比最高。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2017年，我國(guó)汽車涂料產(chǎn)量接近200萬(wàn)t/a，其中原廠漆的消耗量達(dá)75萬(wàn)t，修補(bǔ)涂料消耗量50萬(wàn)t以上。隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展和汽車保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)修補(bǔ)涂料的占比將會(huì)逐步攀升。汽車涂裝行業(yè)的發(fā)展也導(dǎo)致了揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）排放量逐漸增多，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人體健康安全。排入大氣的VOCs可以與氮氧化物、二氧化硫以及銨鹽等發(fā)生反應(yīng)，形成PM2.5，并伴隨有臭氧生成，是誘發(fā)霧霾和導(dǎo)致近地層臭氧污染的重要?dú)怏w。無(wú)論是哪種類型的VOCs都會(huì)刺激人體呼吸道系統(tǒng)、皮膚和眼睛，同時(shí)VOCs還可溶于血液中，損害人體腎臟、神經(jīng)系統(tǒng)，增加各類病癥的患得幾率。近些年，我國(guó)大力倡導(dǎo)節(jié)能減排、綠色環(huán)保理念，行業(yè)也開(kāi)始重視VOCs治理工作。汽車涂裝行業(yè)作為VOCs排放大戶，在新理念的推動(dòng)下，從原料、工藝、治理等多個(gè)途徑加強(qiáng)VOCs治理，取得了不錯(cuò)的成效。

1 汽車涂裝VOCs生產(chǎn)環(huán)節(jié)

汽車涂裝要經(jīng)過(guò)多道噴漆、烘干工序，增加了漆液中VOCs揮發(fā)量，而且在調(diào)漆、打蠟、打膠等環(huán)節(jié)也會(huì)散發(fā)少量的VOCs。在噴漆生產(chǎn)中，噴漆室、流平室所排放的VOCs占比在80%以上，其余是在烘干工序中排放VOCs。

以國(guó)內(nèi)某大型合資汽車生產(chǎn)企業(yè)為例，在2010年噴漆室廢氣排放量達(dá)到20～70萬(wàn)m3/h，包括有機(jī)溶劑、漆霧等，采用了性能較好的排風(fēng)，將室內(nèi)空氣的懸浮顆粒物濃度降低到100 mg/m3以內(nèi)[1]。該汽車公司噴漆室中的廢氣先通過(guò)濕式除塵器預(yù)處理，目的是清除漆霧中的細(xì)小顆粒物，避免其堵塞后續(xù)吸附設(shè)備，降低吸附率；流平室中不含漆霧的有機(jī)廢氣和噴漆室廢氣共同收集并處理；烘干室廢氣包括熱分解物、有機(jī)溶劑氣體，排放量相對(duì)較小，但廢氣濃度較高。

2 汽車涂裝行業(yè)VOCs減排路徑

汽車涂裝行業(yè)VOCs減排的路徑有很多，大體可以分為三種，即生成源頭控制、生產(chǎn)過(guò)程控制和末端處理。其中，生成源頭控制主要是做好涂料選擇工作，選用揮發(fā)性有機(jī)物含量較低的涂料；生產(chǎn)過(guò)程控制主要是對(duì)噴涂工藝、噴槍功能、生產(chǎn)流程等進(jìn)行優(yōu)化，從而減少VOCs的產(chǎn)生量 ；末端處理主要是對(duì)汽車涂裝過(guò)程中已經(jīng)產(chǎn)生的VOCs進(jìn)行處理，減少對(duì)外排放量。

2.1 生成源頭控制

涂料種類對(duì)VOCs排放水平存在直接的影響。傳統(tǒng)涂料有高固體份涂料和溶劑型涂料，其中，高固體份涂料固體成分含量一般為65%～85%，有機(jī)溶劑占比約為15%～35%，因此VOCs產(chǎn)生量遠(yuǎn)低于一般的溶劑型涂料，污染相對(duì)較輕；溶劑型涂料是以有機(jī)溶劑為分散介質(zhì)而制得的涂料，有烴類溶劑、含氧溶劑類、溶劑-水等，雖然性能較強(qiáng)，但存在VOCs污染大、能源浪費(fèi)、成本高等問(wèn)題，近年來(lái)已逐漸被新型的環(huán)保涂料所替代。新型環(huán)保涂料主要有水性涂料、粉末涂料等，其中水性涂料的分散介質(zhì)為水，輔以少量有機(jī)溶劑和助劑，有機(jī)溶劑占比大幅減少；粉末涂料以空氣為分散介質(zhì)，由固體樹(shù)脂、顏料、填料和助劑組成，100%成膜，因此VOCs削減量最為明顯。水性涂料和粉末涂料相比高固體涂料溶劑成本更低，能耗更小，我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)主要以水性涂料、粉末涂料為主。未來(lái)在國(guó)家政策倡導(dǎo)和工藝不斷成熟背景下，環(huán)保型涂料的使用率會(huì)持續(xù)增加，從源頭上減少VOCs產(chǎn)生量。

2.2 生產(chǎn)過(guò)程控制

生產(chǎn)過(guò)程控制主要包括優(yōu)化噴涂工藝、噴槍功能和生產(chǎn)流程，從而減少VOCs產(chǎn)生量。

2.2.1 優(yōu)化噴涂工藝

傳統(tǒng)涂裝工藝流程為3C2B：中涂→烘干→色漆→清漆→烘干，其中中涂、色漆、清漆為3C，兩道烘干為2B，該工藝需要多次噴漆和烘干，能耗大、VOCs排量高。新工藝3C1B可以一定程度上降低VOCs排放量[2]，如長(zhǎng)安福特重慶二工廠和馬自達(dá)的涂裝線均采用該工藝，其將兩道烘干工序縮減為一道，降低了生產(chǎn)能耗、生產(chǎn)成本和VOCs排放量。寶馬MINI生產(chǎn)線、奔馳與大眾涂裝生產(chǎn)線采用了B1：B2工藝，其中B1層直接替代中涂+色漆底層，B2層相當(dāng)于色漆涂層，與3C1B相比，工藝成膜更薄、能耗和成本更低、VOCs排放量更少。

2.2.2 優(yōu)化噴槍功能

使用同種涂料情況下，涂料用量的大小決定了VOCs的產(chǎn)生量，所以要選擇質(zhì)量好、技術(shù)先進(jìn)的噴槍，提高涂裝效率，降低涂料損耗。現(xiàn)今涂裝效率較高的噴槍有：電霧化噴槍、靜電盤式霧化噴槍、靜電選杯霧化噴槍等。

2.2.3 優(yōu)化操作流程

除噴槍自身的功能以外，還有其他因素也會(huì)對(duì)涂裝效率產(chǎn)生影響，如噴槍的噴涂角度、霧化壓力以及噴槍與工件之間的距離等。例如，噴槍和涂裝面之間的角度為45°時(shí)，理論涂裝效率約為50%；當(dāng)角度為90°時(shí)，涂裝接觸面積大大增加，噴涂效率也得到提高[3]。同時(shí)，適當(dāng)降低霧化壓力，也有助于提升噴涂效率；適當(dāng)拉近噴槍和噴面間的距離，也可以有效提升噴霧效率。過(guò)去汽車涂裝多數(shù)是人工操作，而隨著自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展，自動(dòng)涂裝設(shè)備相比人工涂裝能夠更精確地控制涂裝厚度、提高涂裝質(zhì)量，控制VOCs產(chǎn)生量。

2.3 末端處理

末端處理技術(shù)就是對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的VOCs進(jìn)行回收或銷毀?？少Y源化的有機(jī)廢氣一般采用回收技術(shù)再利用，回收技術(shù)包括吸附法、冷凝法、吸收法、膜分離法等；銷毀技術(shù)包括催化燃燒、生物降解、熱力焚燒、光催化降解、等離子體技術(shù)等。兩種技術(shù)各有優(yōu)劣，因此行業(yè)中也常采用二套甚至多套組合技術(shù)互補(bǔ)來(lái)提高對(duì)VOCs的處理效率，如吸附+催化燃燒組合技術(shù)等。在末端處理技術(shù)選擇中，要根據(jù)汽車涂裝采用的涂料、設(shè)備、工藝、處理要求等特點(diǎn)采取科學(xué)的處理技術(shù)，各種末端控制工藝可靈活組合，實(shí)現(xiàn)VOCs高效治理。下面對(duì)某些末端處理技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

2.3.1 吸附技術(shù)

吸附系統(tǒng)中主要是采用活性炭、沸石分子等物質(zhì)吸附VOCs，從而實(shí)現(xiàn)VOCs的收集和處理，在低濃度VOCs領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。實(shí)踐表明，在2 000～10 000 mg/m3的濃度范圍內(nèi)可以借助吸附技術(shù)回收VOCs，去除效率可以達(dá)到90%以上。該技術(shù)需及時(shí)更換吸附材料，以保證VOCs吸附效果。吸附技術(shù)不適用于高濃度高溫氣體處理。

2.3.2 蓄熱式燃燒技術(shù)

蓄熱式燃燒技術(shù)在中低濃度VOCs處理中應(yīng)用十分廣泛（2%以內(nèi)），在操作中將VOCs加熱到760℃以上，燃燒室注入氧氣發(fā)生反應(yīng)，主要產(chǎn)物為二氧化碳和水，廢氣處理效率優(yōu)異，一般可達(dá)到99%以上。

2.3.3 吸附+燃燒組合技術(shù)

（1）活性炭吸附+催化燃燒組合技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)借助了蜂窩狀活性炭作為吸附材料，將其設(shè)置在固定床式吸附裝置當(dāng)中，涂裝產(chǎn)生的VOCs經(jīng)蜂窩狀活性炭吸附之后直接進(jìn)入到燃燒裝置中二次處理。該組合系統(tǒng)的床層阻力低、動(dòng)力學(xué)性能好，在低濃度有機(jī)廢氣治理中的效果很好?？紤]到活性炭具有較強(qiáng)的吸水作用，如果VOCs氣體中的濕度超過(guò)60%，則處理效果會(huì)大大降低[4]，因此針對(duì)濕度較高的涂裝有機(jī)廢氣，需要先采用過(guò)濾棉等除濕工藝進(jìn)行預(yù)處理。

（2）沸石轉(zhuǎn)輪吸附+催化燃燒組合技術(shù)。該項(xiàng)組合技術(shù)是近些年較為流行的VOCs處理手段，在運(yùn)行中通過(guò)疏水性沸石分子吸附VOCs，之后通過(guò)燃燒裝置進(jìn)行二次處理。沸石作為一種疏水性吸附材料，可以有效處理高濕度VOCs。旋轉(zhuǎn)式吸附濃縮裝置和高性能吸附材料的結(jié)合，進(jìn)一步提升了沸石吸附率，所以適用性十分廣泛，無(wú)論是在低濃度、大風(fēng)量還是高濕度、復(fù)雜成分的VOCs處理，都可以起到很好的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，在汽車涂裝工藝中會(huì)產(chǎn)生大量的VOCs，威脅生態(tài)環(huán)境和人體健康?，F(xiàn)行的環(huán)保涂料推廣、涂裝工藝還有待進(jìn)一步加強(qiáng)，VOCs處理工藝還不夠成熟。因此，為了能夠降低汽車涂裝VOCs排放量，除了國(guó)家頒布相應(yīng)的政策標(biāo)準(zhǔn)外，企業(yè)要自覺(jué)地樹(shù)立起綠色環(huán)保意識(shí)，采用先進(jìn)涂料、改善噴涂工藝、加大VOCs治理投入，進(jìn)一步削減VOCs排放量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益相統(tǒng)一，保障人身健康安全。