汽車工業(yè)廢氣污染源源強(qiáng)核算及減排技術(shù)探討

（中汽數(shù)據(jù)有限公司 天津 300300）

0 引言

汽車工業(yè)生產(chǎn)工序長，使用原料種類多、數(shù)量大，導(dǎo)致了生產(chǎn)過程產(chǎn)生的“三廢”量大，廢物成分復(fù)雜，污染危害嚴(yán)重。其中廢氣污染物主要包括煙塵、二氧化硫、氮氧化物、VOCs、油霧等，VOCs 是汽車工業(yè)中最主要的大氣污染物之一。因?yàn)槠嚬I(yè)涂裝工序中涂料、清洗劑、密封膠等種類多、工藝復(fù)雜，廢氣污染源源強(qiáng)核算存在不確定性。本文以《污染源強(qiáng)核算技術(shù)指南 汽車制造》［1］為基礎(chǔ)，結(jié)合京津冀地區(qū)6 家汽車企業(yè)調(diào)研統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對汽車工業(yè)廢氣污染源源強(qiáng)核算及減排技術(shù)進(jìn)行探究。

1 污染源源強(qiáng)核算方法

1.1 汽車涂裝廢氣源強(qiáng)核算

整車制造過程中，廢氣的產(chǎn)生主要來源于涂料、清洗劑及膠黏劑等溶劑型產(chǎn)品的使用，廢氣中污染物主要為VOCs。VOCs 的排放量通過物料平衡法進(jìn)行核算，計(jì)算公式為

式中：E涂裝為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)VOCs 排放量，kg；E產(chǎn)生為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)VOCs 產(chǎn)生量，kg；C削減為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)VOCs 削減量，kg。

（1）VOCs 產(chǎn)生量

式中：E物料為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)使用的原料中VOCs 含量，kg；R回收為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，通過溶劑回收等方式回收的VOCs 質(zhì)量，kg。

式中：W物料，i為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)含有VOCs 的物料i 的使用量，kg，以產(chǎn)品購買發(fā)票為憑據(jù)；WF物料，i為物料i 含VOCs 的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%，以產(chǎn)品物料清單為核定依據(jù)。如果給出的溶劑含量以范圍表示，則取其中值作為依據(jù)；當(dāng)沒有渠道得到產(chǎn)品VOCs 指標(biāo)，可按表1 給出的含量進(jìn)行計(jì)算。表1 是通過對京津冀6 家汽車企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)研統(tǒng)計(jì)得出的經(jīng)驗(yàn)值。

式中：W回收a，i為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，未改變產(chǎn)品狀態(tài)的物料質(zhì)量，kg；以環(huán)境管理臺(tái)賬等憑證為計(jì)算依據(jù)；WF回收a，i為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，未改變產(chǎn)品狀態(tài)的物料中VOCs 含量，%；參考原料的產(chǎn)品物料清單（MS/DS 文件）。

表1 車用工藝物料揮發(fā)性有機(jī)物含量參考指標(biāo)

（2）VOCs 削減量

使用行業(yè)通用設(shè)備對VOCs 處理設(shè)備的進(jìn)出口進(jìn)行濃度檢測，計(jì)算不同環(huán)節(jié)的VOCs 處理效率，進(jìn)一步計(jì)算VOCs 削減量，公式如下

式中：D去除，i為第i 個(gè)處理設(shè)施的VOCs 削減量，kg；C進(jìn)口，i為第i 個(gè)處理設(shè)施進(jìn)氣口的VOCs 排放濃度，kg/m3；C出口，i為第i 個(gè)處理設(shè)施出氣口的VOCs 排放濃度，kg/m3；Qi為處理設(shè)備的氣體流速，m3/h；ti為統(tǒng)計(jì)期企業(yè)生產(chǎn)時(shí)間，h。

如有部分廢氣處理系統(tǒng)，無法進(jìn)行實(shí)際測試系統(tǒng)效率，可以按照表2 系數(shù)的60%，作為裝置去除效率。表2 是通過對京津冀6 家汽車企業(yè)的廢氣處理設(shè)施進(jìn)行調(diào)研統(tǒng)計(jì)得出的經(jīng)驗(yàn)值。

1.2 燃燒天然氣廢氣源強(qiáng)核算

汽車工業(yè)的天然氣消耗主要通過鍋爐燃燒為全廠建筑的冬季采暖、生產(chǎn)車間工藝用熱水供能，產(chǎn)生的污染物主要是SO2、NOX及顆粒物。燃燒廢氣的排污系數(shù)參照《污染源源強(qiáng)核算技術(shù)指南鍋爐》（HJ 991—2018）［2］、《排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范 鍋爐》（HJ 953—2018）［3］中的要求，并結(jié)合調(diào)研情況得到的參考值見表3。

表2 VOCs 處理設(shè)施效率η 處理參考值

表3 天然氣燃燒廢氣排放情況參考

1.3 污水處理站廢氣源強(qiáng)核算

汽車工業(yè)生產(chǎn)廢水主要包括模具清洗廢水、涂裝車間的預(yù)處理及清洗廢水、脫脂廢液和廢水、表調(diào)廢水、磷化廢水、電泳廢液和廢水、電泳打磨廢水、總裝車間淋雨檢測線廢水、軟純水制備系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水及反沖洗水、各車間循環(huán)冷卻水排水等。惡臭類氣味的產(chǎn)生主要源自污水站的廢水處理，根據(jù)企業(yè)提供的環(huán)評報(bào)告、第三方檢測報(bào)告等資料對惡臭氣體的產(chǎn)生量進(jìn)行核算，參考情況見表4。

表4 污水站廢氣排放情況參考 單位：mg／（m2·h）

2 汽車制造環(huán)節(jié)廢氣減排技術(shù)

2.1 涂裝廢氣收集與處理技術(shù)

汽車涂裝工藝環(huán)節(jié)，液體涂料“空氣噴涂”施涂方式被廣泛采用。該作業(yè)方式，噴漆廢氣中含有大量的“過噴漆霧”，廢氣中的“過噴漆霧”干固后就會(huì)形成“顆粒物”排放，同時(shí)“過噴漆霧”中溶劑的揮發(fā)還會(huì)產(chǎn)生大量VOCs。一般情況下，噴涂廢氣的治理，都是先設(shè)法除去“過噴漆霧”，然后再進(jìn)一步去除其中的VOCs。“過噴漆霧”的收集技術(shù)通常分為兩類，一類是濕式凈化法，另一類是干式凈化法。國內(nèi)的自主汽車企業(yè)大多采用濕式凈化法，部分合資汽車企業(yè)采用干式凈化法。

濕式凈化法是依據(jù)相似相溶原理，通過水淋沉降、溶劑吸收或者化學(xué)吸收將噴漆廢氣中的漆霧捕集至水溶液池中。水溶液池中加有涂料凝結(jié)劑，溶液槽中加入漆霧凝聚劑，漆霧顆粒在凝結(jié)劑的作用下失去黏性，在循環(huán)水槽中漂浮、沉淀，繼而形成漆渣。除去漆渣的廢氣通過排風(fēng)機(jī)高空排放或收集后通過管道輸送至廢氣處理裝置作進(jìn)一步處理。按照洗滌方式，濕式漆霧凈化技術(shù)分為水簾式、無泵水幕式、文丘里式、水旋式，漆霧收集效率可達(dá)到85%以上。文丘里、水旋噴漆室、水幕噴漆室等濕式漆霧處理技術(shù)會(huì)產(chǎn)生廢水和漆渣的二次污染問題。

相比濕式凈化法，干式凈化法是利用過濾裝置的濾層、表面微孔等將噴漆廢氣中的漆霧微粒阻留下來的凈化方法，在凈化過程中沒有水或其他液體的噴淋或霧化。目前漆霧干式凈化法所用的過濾體主要包含過濾棉、過濾紙、有機(jī)合成材料、預(yù)噴涂石灰石粉類材料的過濾器等。根據(jù)去除效率和調(diào)研結(jié)果，目前汽車企業(yè)采用的干式漆霧分離系統(tǒng)主要包括紙盒漆霧處理系統(tǒng)、石灰石粉漆霧處理系統(tǒng)，漆霧收集效率可達(dá)到95%以上。石灰石粉漆霧處理系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生含有漆渣的廢石灰粉，紙盒漆霧處理系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生含有漆渣的廢紙盒。

針對汽車涂裝工序產(chǎn)生的有機(jī)廢氣污染物，其處理方法主要包括熱力燃燒法、催化燃燒法、吸附法。高濃度VOCs 的排放廢氣主要采用熱力燃燒法，燃燒時(shí)需要加入一定量的天然氣等作為輔助燃料。熱力燃燒法根據(jù)熱交換與廢熱利用形式的不同，主要分為蓄熱式熱力燃燒（Regenerative Thermal Oxidation，RTO）和回收式熱力燃燒（Thermische Nachverbrennung，TNV）。

RTO 系統(tǒng)主要由陶瓷蓄熱床、自動(dòng)控制閥、焚燒室和控制系統(tǒng)等構(gòu)成，采用燃?xì)?、燃油等為輔佐燃料。通過陶瓷蓄熱床換熱器回收熱量，用于下一階段廢氣的預(yù)熱，廢熱回收效率能夠達(dá)到95%以上。汽車企業(yè)采用的RTO 燃燒室溫度通常大于700 ℃、停留時(shí)間通常大于1.0 s，兩室RTO 的VOCs 去除效率通常可達(dá)90%以上，三室及以上RTO 和旋轉(zhuǎn)式RTO 的VOCs去除效率通常可達(dá)95%以上。汽車工業(yè)企業(yè)采用的典型治理技術(shù)路線為“循環(huán)風(fēng)+RTO”和“吸附/脫附濃縮+RTO”。

TNV 在進(jìn)行廢氣處理的同時(shí)可使高溫?zé)煔馔ㄟ^換熱裝置回收熱量，能有效的降低運(yùn)行成本，系統(tǒng)由廢氣預(yù)熱及焚燒系統(tǒng)、循環(huán)風(fēng)供熱系統(tǒng)、新風(fēng)換熱系統(tǒng)組成。TNV 系統(tǒng)利用風(fēng)機(jī)將含VOCs 廢氣輸送至廢氣預(yù)熱器，燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)配套的多級(jí)換熱設(shè)備加熱生產(chǎn)過程需要的空氣或熱水，充分回收熱能，降低系統(tǒng)的能耗。該技術(shù)適用于汽車企業(yè)涂裝工序電泳、噴涂、涂膠等烘干過程產(chǎn)生的含VOCs 高溫廢氣的治理，TNV 燃燒室溫度通常大于700 ℃、停留時(shí)間通常大于1.0 s，VOCs 去除效率通常可達(dá)95%以上。

2.2 污水處理站廢氣處理技術(shù)

汽車工業(yè)污水站調(diào)節(jié)池、水解酸化池、沉淀池、曝氣池、污泥濃縮池等產(chǎn)生惡臭氣體，主要以氨氣、硫化氫為主。典型治理技術(shù)路線一般采用“好氧處理技術(shù)”“水解酸化+好氧+混凝沉淀組合技術(shù)”和“中和+混凝沉淀+離子交換組合技術(shù)”等，并通過在廢水液面上方加蓋收集部分揮發(fā)性氣體處理后排放。水解酸化和好氧處理技術(shù)屬于生物處理技術(shù)，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不溶性或溶解性高分子有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為簡單低分子有機(jī)物，適用于全廠混合廢水的處理。混凝沉淀技術(shù)適用于沖壓、化學(xué)脫脂預(yù)處理、轉(zhuǎn)化膜處理、熱處理、涂裝、檢測試驗(yàn)等工序的各種廢液、廢水的預(yù)處理。離子交換技術(shù)適用于含鎳廢水的處理，該技術(shù)可使出水中鎳離子濃度低于0.4 mg/L。根據(jù)多家汽車企業(yè)實(shí)際運(yùn)行情況，污水處理站采用“水解酸化+好氧+混凝沉淀組合技術(shù)”處理后，CODCr、氨氮（NH3-N）去除率分別大于60%和65%。

3 結(jié)語

廢氣污染源源強(qiáng)核算是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的研究工作，同時(shí)也是開展汽車工業(yè)單位涂裝面積VOCs 排放量核算，進(jìn)行VOCs總量控制的重要方法，本文對汽車工業(yè)廢氣污染物源強(qiáng)估算及治理方法進(jìn)行了概括性的介紹。在汽車企業(yè)的環(huán)境管理工作中，通過分析實(shí)際項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝、原輔材料的理化性質(zhì)，明確廢氣污染物的產(chǎn)生環(huán)節(jié)、篩選出主要的廢氣評價(jià)因子，核算出貼近實(shí)際的廢氣污染源強(qiáng)。同時(shí)采取高效、經(jīng)濟(jì)、切實(shí)可行的污染治理措施，為汽車工業(yè)的環(huán)評工作提供可靠的參考依據(jù)。