造船行業(yè)涂裝車間VOCs處理技術(shù)介紹

李巍巍

（中國船舶電站設(shè)備有限公司，上海 200129）

0 引言

揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是造船行業(yè)排放的大氣污染物之一，是PM2.5和O3形成的關(guān)鍵前提，具有毒性，會(huì)直接危害環(huán)境和人體健康。目前已檢測(cè)出的VOCs有300多種，其主要成分是甲苯、二甲苯等，來源于精細(xì)化工、石油化工、涂裝、制藥、汽車尾氣以及船舶行業(yè)的分段、船塢涂裝等。國家頒布實(shí)施了《大氣污染防治法》和新《環(huán)境保護(hù)法》，為VOCs治理工作提供了法律依據(jù)，對(duì)VOCs實(shí)行全面控制。

本文介紹國內(nèi)外VOCs治理的幾種技術(shù)，為造船行業(yè)涂裝車間處理VOCs排放提供參考。

1 V OCs處理技術(shù)分類

1.1 吸附法

吸附法是典型的傳統(tǒng)凈化手段，一般用于處理中低程度的氣體污染，去除VOCs使用吸附法。其原理是，吸附劑為多孔結(jié)構(gòu)，具有巨大的比表面積，有很好的吸附能力，能夠?qū)OCs分子進(jìn)行攔截，一旦VOCs廢氣經(jīng)過吸附床，多孔結(jié)構(gòu)將發(fā)揮作用，將廢氣吸附在孔內(nèi)，使得VOCs得以凈化，以達(dá)到減少空氣污染的效果。吸附法[1]常用的吸附劑為活性炭、分子篩、沸石、硅膠和活性氧化鋁等。吸附法優(yōu)勢(shì)明顯，如去除率高、能耗低、使用范圍廣等；但吸附法也存在缺點(diǎn)，如工藝流程復(fù)雜、占地面積大、再生困難等。不同吸附工藝裝置具有不同的特點(diǎn)，見表1。

表1 不同吸附工藝裝置優(yōu)缺點(diǎn)

1.2 溶劑吸收法

吸收法一般使用水、煤油、柴油等液體作為吸收劑，其原理是將液體吸收劑與VOCs廢氣直接接觸，相當(dāng)于將廢氣轉(zhuǎn)移到液體吸收劑中進(jìn)行物理吸收，若有機(jī)物質(zhì)可溶解于吸收劑中，那么該有機(jī)物可以從氣相轉(zhuǎn)到液相，進(jìn)而對(duì)吸收液進(jìn)行處理。此方法缺點(diǎn)在于吸收劑后處理投資大，對(duì)有機(jī)物成分選擇性大，容易出現(xiàn)二次污染[2]。

1.3 催化燃燒法

催化燃燒又稱催化化學(xué)轉(zhuǎn)化，是通過使用催化劑將廢氣中的可燃物質(zhì)在較低溫度下氧化分解的凈化方法。此方法主要優(yōu)勢(shì)有：處理效率高、能耗低、起燃溫度低、無二次污染并能回收輸出的部分熱能，所需設(shè)備體積小、造價(jià)低，有機(jī)廢氣的凈化率一般在95%以上。但此方法也存在缺點(diǎn)，如果VOCs質(zhì)量濃度低，則須補(bǔ)充大量熱量，而后方可繼續(xù)進(jìn)行催化反應(yīng)。

2 造船行業(yè)涂裝車間VOCs處理現(xiàn)狀

2.1 涂裝車間VOCs特點(diǎn)

在表面涂裝領(lǐng)域中，造船行業(yè)是VOCs排放量最大的行業(yè)之一，船舶涂裝在施工過程中產(chǎn)生大量VOCs，造成嚴(yán)重的大氣污染。對(duì)于船舶鋼板和型鋼的預(yù)處理，一般采用流水線作業(yè)。由于分段所占空間大，建造的涂裝車間空間巨大。圖1給出某船廠大型涂裝車間結(jié)構(gòu)。

涂裝車間作業(yè)區(qū)域空間大，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生大風(fēng)量。整個(gè)涂裝工作流程較為復(fù)雜，大致有：前期電泳、電泳烘干、打磨涂膠、中涂噴漆、中涂烘干、中涂打磨、面漆噴涂、面漆烘干、精飾、塑料件噴涂、塑料件烘干等工藝，幾乎大部分環(huán)節(jié)都產(chǎn)生VOCs，一般涂裝噴涂時(shí)間為3～5 h，在此期間VOCs濃度較大，全過程產(chǎn)生的VOCs質(zhì)量濃度會(huì)因?qū)嶋H情況的影響產(chǎn)生不同狀態(tài)的波動(dòng)，排放VOCs的質(zhì)量濃度很難穩(wěn)定。

目前涂裝車間普遍使用的油漆物料成分較復(fù)雜，而且成分物質(zhì)沸點(diǎn)溫度較高，沸點(diǎn)區(qū)間范圍較廣，尤其烘干室溫度高，使得VOCs質(zhì)量濃度高。另外，涂裝車間處理設(shè)備過于龐大，不易捕捉，排風(fēng)量大，沖擊性強(qiáng)，運(yùn)行成本高。

因此，結(jié)合各種VOCs處理技術(shù)特點(diǎn)以及涂裝車間VOCs處理難點(diǎn)，對(duì)涂裝車間進(jìn)行VOCs處理，可用分子篩吸附濃縮加催化燃燒技術(shù)。

2.1 涂裝車間VOC s處理方案

涂裝車間VOCs成分復(fù)雜，對(duì)于物質(zhì)成分不同的廢氣可利用初效過濾器（過濾PM10以上大顆粒塵埃物）進(jìn)行處理后進(jìn)入吸附床中，吸附床利用分子篩作為吸附劑。分子篩吸附裝置的設(shè)計(jì)方式為彈筒式，阻力小，接觸均勻，吸附性能好。對(duì)吸附床處理后的空氣進(jìn)行VOCs濃度測(cè)量，在達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，可通過吸附風(fēng)機(jī)排放到大氣層中。這種處理方式可以充分將濃度大、易吸附的成分有效過濾。基于此，整個(gè)涂裝過程根據(jù)不同的工藝流程對(duì)VOCs進(jìn)行有針對(duì)性的處理。圖2給出了涂裝車間VOCs處理系統(tǒng)流程。

圖2 涂裝車間VOCs處理系統(tǒng)流程

此外，如果在吸附床處理后，VOCs的濃度還高于排放標(biāo)準(zhǔn)，則可開啟脫附風(fēng)機(jī)，將吸附室內(nèi)含大量VOCs的氣體抽到催化燃燒室中進(jìn)行熱破壞。催化燃燒后產(chǎn)生大量的熱氣流，而這個(gè)熱空氣就成為脫附的介質(zhì)，若想成功脫附，臨界溫度需高于80℃。經(jīng)脫附后，濃縮有機(jī)廢氣再進(jìn)入催化燃燒器低溫?zé)o焰燃燒，因此，不產(chǎn)生NOX等二次污染物，VOCs去除率大于95%，實(shí)現(xiàn)可燃物的完全氧化，并分解成CO2和H2O，從而達(dá)到去除廢氣中有害物的目的。當(dāng)然，在反應(yīng)的同時(shí)放出大量熱能，利用其獨(dú)特高效換熱系統(tǒng)確保了余熱的有效回收，回收熱量用于濃縮單元的脫附處理和催化燃燒單元自身運(yùn)行，大大降低了運(yùn)行成本。圖2給出某船廠涂裝車間某天用該方案處理VOCs時(shí)的脫附溫度和質(zhì)量濃度記錄。

表2 脫附溫度和質(zhì)量濃度記錄

基于以上對(duì)VOCs處理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的分析，同時(shí)結(jié)合上海地區(qū)VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)（表3），可以看出，運(yùn)用分子篩吸附濃縮加催化燃燒技術(shù)處理VOCs排放，可以有效處理涂裝車間高質(zhì)量濃度的VOCs，通過這種方案處理VOCs減少了裝置燃燒和爆炸隱患，大大提高了設(shè)備的使用壽命和安全性，同時(shí)降低了企業(yè)運(yùn)行成本。

上海地方VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)：

1）船舶工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：DB 31/934—2015。

2）大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)：DB 31/933—2015。

表3 上海地區(qū)VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)

2.3 涂裝車間噴涂選型

造船廠涂裝車間在進(jìn)行分段涂裝VOCs污染治理的過程中，根據(jù)實(shí)際情況需做到2點(diǎn)：

1）過程控制。車間低VOCs排放運(yùn)用數(shù)字化大包裝雙組分的噴涂設(shè)備，在施工過程中無需額外添加有機(jī)溶劑，能夠?qū)崿F(xiàn)油漆自動(dòng)混合、攪拌、動(dòng)態(tài)熟化處理。

2）源頭預(yù)防。根據(jù)PSPC要求，在耐高溫的車間推廣使用底漆掃砂工藝，經(jīng)掃砂工藝處理控制，保留完整車間底漆[3]。另外，在進(jìn)行碼頭、船臺(tái)、船塢涂裝時(shí)，由于施工空間開放，在VOCs污染治理過程中，需有效控制VOCs污染排放；其中水性可剝離涂料對(duì)船舶涂層的保護(hù)作用較明顯，不產(chǎn)生VOCs廢氣，具有強(qiáng)內(nèi)聚能力和附著能力。

3 結(jié)論

1）由于施工要求高、成本高等原因，造船行業(yè)使用環(huán)保型涂料較少。目前應(yīng)用較廣泛的主要是環(huán)氧漆，其耐化學(xué)品性優(yōu)良、耐沖擊性好、吸附性好，已逐漸取代傳統(tǒng)醇酸類涂料。然而，隨著環(huán)保要求越來越高，船舶涂料向環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)等方向迅速發(fā)展，造船行業(yè)期待早日普遍應(yīng)用環(huán)保型船舶涂料。

2）為了降低環(huán)境污染，需要有效控制造船行業(yè)在涂裝過程中的VOCs排放，除了做好施工過程中的監(jiān)督控制工作，還要加強(qiáng)治理管控污染的源頭，結(jié)合現(xiàn)代化排放技術(shù)，靈活應(yīng)用廢氣凈化處理設(shè)施，做好VOCs的處理，推動(dòng)造船行業(yè)持續(xù)發(fā)展。