中小型涂裝企業(yè)VOCs廢氣治理現(xiàn)狀調(diào)研及整改實例

周玉嬌 ，黎云祥

（1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 瀘州 646000；2.西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，四川 南充 637009）

工業(yè)涂裝行業(yè)排放大量含VOCs(揮發(fā)性有機物)的廢氣[1]，占整個工業(yè)源VOCs排放量的20%以上[2]。工業(yè)涂裝等溶劑使用行業(yè)對VOCs的貢獻受到了越來越多的關(guān)注[3]。VOCs組分繁多，對公眾健康會產(chǎn)生直接或間接的不良影響[4-5]，部分VOCs對人體具有致癌作用[6]。VOCs已成為導(dǎo)致環(huán)境空氣質(zhì)量惡化的核心污染物之一[3]。

目前VOCs減排的研究主要集中在末端治理技術(shù)上[7-8]。VOCs的減排應(yīng)從源頭、過程和末端的全過程進行控制[9]。現(xiàn)場調(diào)查瀘州市10家中小型涂裝企業(yè)的VOCs廢氣治理現(xiàn)狀后發(fā)現(xiàn)：這些企業(yè)全部使用低VOCs含量的涂料，VOCs產(chǎn)生量較少；其中30%的企業(yè)采用高壓噴槍，油漆浪費較多；只有30%的企業(yè)對漆霧進行了回收利用；普遍VOCs廢氣收集不完善，雖然所有企業(yè)都集中收集處理了噴漆房的VOCs廢氣，但調(diào)漆間、流平室、固化區(qū)、危廢暫存間的VOCs廢氣未進行有效的收集和處理；80%的企業(yè)的廢氣治理工藝不合理，如某使用紫外光(UV)固化油性漆的企業(yè)中的VOCs廢氣主要采用噴淋、UV光解和活性炭吸附的方式來處理，難以使廢氣中的VOCs達標排放。另外，從VOCs廢氣治理設(shè)備分析，這10家企業(yè)還存在以下問題：UV光解設(shè)備的處理能力都偏??；78%的企業(yè)中，活性炭吸附箱處理能力偏??；80%的企業(yè)廢氣收集管的管徑不適當，風速不適宜；所有企業(yè)皆存在管線偏長，管道壓力損失大，各并聯(lián)管網(wǎng)壓力損失不匹配，且未設(shè)置調(diào)壓裝置，風機風壓不足以克服壓力損失，VOCs廢氣收集系統(tǒng)難以正常運行。

本文以瀘州市某中小型涂裝企業(yè)為例，講述如何從源頭、過程和末端全過程整改其VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)，確保達標排放。

1 某中小型涂裝企業(yè)VOCs治理現(xiàn)存問題的分析

1.1 涂料

該企業(yè)使用的底漆和面漆屬于紫外光固化油性涂料。紫外光固化溶劑型涂料屬于《“十三五”揮發(fā)性有機物的污染防治工作方案》(環(huán)大氣[2017]121號)中鼓勵使用的涂料類型之一，因此原輔材料無需整改。

1.2 涂裝工藝和設(shè)備

使用傳遞效率優(yōu)良的涂裝技術(shù)和設(shè)備，如空氣輔助噴涂、無氣噴涂、靜電噴涂等，可減少涂料使用量，可以減少VOCs排放量[10]。該企業(yè)采用靜電噴涂工藝，所以不需要整改。

底漆房和面漆房分別配置7支高壓噴槍，工作壓力0.4 MPa。高壓噴槍的噴涂霧化能力強，噴漆效率高，但油漆浪費較多，因此需要將高壓噴槍整改為低壓噴槍。

1.3 漆霧回收

回收漆霧有利用企業(yè)節(jié)約油漆使用量，同時減少對廢氣收集管網(wǎng)和后續(xù)廢氣處理設(shè)備的不利影響。該企業(yè)只采用旋風裝置回收底漆房漆霧，面漆房未回收，故需增加漆霧回收設(shè)備。

1.4 VOCs廢氣收集

收集是廢氣有效處理的前提。涂裝企業(yè)生產(chǎn)主要經(jīng)歷待加工件除塵、噴底漆、流平、固化、噴面漆、流平、固化等工序。VOCs產(chǎn)生源主要來自油漆調(diào)配、噴漆、流平、固化等環(huán)節(jié)以及危廢暫存。該企業(yè)僅對噴漆房廢氣進行了密閉收集處理，其余VOCs廢氣未收集，處于無組織排放狀態(tài)。由于VOCs廢氣收集不全面，因此需要整改。

以長3.0 m、寬3.5 m、高2.2 m的面漆房為例，對現(xiàn)有引風機的風量符合性進行分析。風機型號為4-72-NO8C，風量范圍12224～15705 m3/h。利用風機風量與通風面積(即長乘高)的比值計算出最小風速0.51 m/s和最大風速0.66 m/s，它們在《涂裝作業(yè)安全規(guī)程 噴漆室安全技術(shù)規(guī)定》(GB 14444-2006)要求的控制風速0.38～0.67 m/s范圍之內(nèi)，故不需要整改。

1.5 治理工藝

VOCs治理技術(shù)主要有：直接燃燒法、蓄熱燃燒法、催化燃燒法、低溫等離子體法、臭氧法、冷凝法、膜分離法、吸附法、吸收法、生物降解法、光解法、光催化法等[11-13]。

該企業(yè)主要采用“兩級水噴淋 + 活性炭吸附 + UV光解”處理技術(shù)。據(jù)《四川省2018年度揮發(fā)性有機物(VOCs)減排核算方法說明》，活性炭吸附技術(shù)的VOCs去除效率為30%；UV光解的VOCs去除效率為20%；水噴淋的VOCs去除效率為10%。該企業(yè)使用油性漆，從原理上講水噴淋對油性漆VOCs的去除率低，因此不考慮水噴淋對VOCs的去除效果。該企業(yè)現(xiàn)有廢氣治理工藝的VOCs去除總效率為44%，不滿足《四川省固定污染源大氣揮發(fā)性有機物排放標準》(DB 51/2377-2017)的“表3”對表面涂裝行業(yè)VOCs去除率不低于80%的要求。因此，VOCs廢氣治理工藝需要進行調(diào)整，將VOCs去除率提高至80%以上。

1.6 治理設(shè)備

1.6.1 噴淋塔

一級噴淋塔內(nèi)徑1.50 m，高度3.00 m；二級噴淋塔內(nèi)徑1.50 m，高度4.50 m。如前所述，水噴淋對油性漆VOCs的去除效果較差，不適用于本項目，需要整改。

1.6.2 UV光解設(shè)備

該企業(yè)原有的UV光解設(shè)備的尺寸為2.7 m × 1.1 m × 1.3 m，安裝有紫外燈管60根，每根燈管電壓100 V，長度90 cm。據(jù)設(shè)備說明書所述，該設(shè)備設(shè)計處理風量為10000 m3/h，遠小于企業(yè)目前實際收集的底漆房和面漆房VOCs廢氣量24448～31410 m3/h，其處理能力不足，因此需要整改。

1.6.3 活性炭吸附設(shè)備

該企業(yè)采用固定床吸附裝置，尺寸為0.9 m × 1.0 m × 1.3 m，活性炭箱為3層，每層20 cm高。每15 d更換一次蜂窩狀活性炭。根據(jù)處理風量與活性炭吸附箱中通風面積計算出廢氣最小流速為6.79 m/s，不符合《吸附法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2026-2013)中小于1.2 m/s的要求。廢氣在活性炭吸附箱中停留時間較短，設(shè)備處理能力不足，需要整改。

1.7 VOCs廢氣收集管網(wǎng)

以底漆房至風機的通風管(長達15 m)為例進行計算，底漆房至風機的通風管斷面為邊長500 mm的正方形，斷面面積為0.25 m2。根據(jù)風量范圍12224～15705 m3/h可算出通風管內(nèi)風速為13.58～17.45 m/s，不符合《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GB 50019-2015)中風速在2～14 m/s范圍內(nèi)的要求，通風管內(nèi)徑偏小。

通風管阻力包括摩擦阻力和局部阻力，通風管阻力計算參照《簡明通風設(shè)計手冊》。由于并聯(lián)管道阻力損失相差大于10%，因此需要安裝調(diào)壓閥，但該企業(yè)現(xiàn)有廢氣收集系統(tǒng)未進行調(diào)壓處理。

該企業(yè)現(xiàn)有的廢氣收集處理系統(tǒng)是自行設(shè)計的，矩形管和圓形管混接，管徑不適當，存在管線偏長、管道壓力損失大、各并聯(lián)管網(wǎng)壓力損失不匹配、未設(shè)置調(diào)壓裝置等問題，風機風壓不足以克服系統(tǒng)壓力損失，廢氣收集系統(tǒng)難以正常運行，因此需要整改。

2 VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)的整改

由上述分析可知，該企業(yè)現(xiàn)在的VOCs廢氣治理問題主要是：涂裝設(shè)備不合理，使油漆浪費較多；漆霧回收效率較低；廢氣收集不全面；廢氣治理工藝不適當；廢氣治理設(shè)備規(guī)模偏小；廢氣收集管網(wǎng)不匹配。于是對存在的問題進行逐項整改。

2.1 涂裝設(shè)備的整改

建議改用工作壓力不超過0.3 MPa的低壓噴槍。

2.2 有機廢氣收集系統(tǒng)的整改

根據(jù)對VOCs產(chǎn)生源的分析，按表1進行有機廢氣收集系統(tǒng)風量計算。

表1 有機廢氣收集系統(tǒng)的風量設(shè)計 Table 1 Design of exhaust gas volumetric flow rate for VOCs collection system

2.3 有機廢氣處理工藝整改

據(jù)《四川省2018年度揮發(fā)性有機物(VOCs)減排核算方法說明》，催化燃燒的VOCs去除效率為90%。該企業(yè)VOCs產(chǎn)生濃度經(jīng)計算約為188 mg/m3，若采用活性炭吸附濃縮后催化燃燒去除廢氣中90%的VOCs，則VOCs排放濃度為18.8 mg/m3，低于DB 51/2377-2017的VOCs排放限值60 mg/m3。因此VOCs廢氣去除率和排放濃度可以同時達標。

為保護后端處理設(shè)備和提高油漆回收利用率，擬對噴漆室進行脫脂預(yù)處理。

揮發(fā)性有機廢氣主要來自噴漆房和固化室，因此這兩處采用脫脂箱(預(yù)處理)加活性炭吸附濃縮催化燃燒工藝。為充分利用現(xiàn)有設(shè)備，底漆房的旋風回收集漆霧設(shè)備保留，在其后端安裝脫脂箱，如圖1所示。

圖1 VOCs廢氣處理工藝流程示意圖 Figure 1 Schematic diagram of VOCs-containing exhaust gas treatment process

油漆分裝間和危廢暫存間產(chǎn)生的揮發(fā)性有機廢氣少，濃度較低，并且持續(xù)產(chǎn)生，因此經(jīng)收集后利用現(xiàn)有活性炭吸附設(shè)備處理后排放。

2.4 漆霧回收設(shè)備的整改

對噴漆室進行脫脂預(yù)處理，保護了后端處理設(shè)備之余，又增大了油漆回收利用率。面漆房和底漆房分別配置一個脫脂箱，其處理能力大于收集風量13662 m3/h。

2.5 末端控制設(shè)備的整改

2.5.1 噴漆房和固化室的有機廢氣末端控制設(shè)備

將現(xiàn)有的噴淋塔、UV光解設(shè)備、活性炭吸附箱等末端控制設(shè)備改為活性炭轉(zhuǎn)輪濃縮-催化燃燒處理設(shè)備，它主要由活性炭轉(zhuǎn)輪濃縮、脫附系統(tǒng)、催化燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成，要求處理能力達到40000 m3/h，同時符合《催化燃燒法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2027-2013)的要求。

2.5.2 油漆分裝間和危廢暫存間有機廢氣的處理

油漆分裝間和危廢暫存間的廢氣經(jīng)收集后，利用現(xiàn)有的活性炭吸附設(shè)備處理后排放。這兩處廢氣量為1400 m3/h，現(xiàn)有活性炭吸附設(shè)備尺寸為0.9 m × 1.0 m × 1.3 m，算得廢氣風速為0.3 m/s，符合HJ 2026-2013標準中小于1.2 m/s的要求。因此現(xiàn)有活性炭吸附設(shè)備滿足這兩處廢氣的處理要求。

2.6 通風管的整改

VOCs廢氣收集管網(wǎng)的設(shè)計與安裝應(yīng)根據(jù)廢氣性質(zhì)、廢氣量來確定管材、管徑，各并聯(lián)管路進行調(diào)壓，根據(jù)壓力損失和風量來選擇適用的風機。各處理設(shè)施盡量縮短連接距離，減小通風管道壓力損失。并聯(lián)風管應(yīng)安裝壓力調(diào)節(jié)閥、密閉止回閥。各有機廢氣污染源的收集通風管采用圓形管，長度、管徑及壓力損失見圖2。有機廢氣處理系統(tǒng)配置的風機應(yīng)能克服管道和設(shè)備壓力損失。

圖2 整改后通風管示意圖 Figure 2 Diagram of ventilation duct after rectification

2.7 整改工程投資及運行費用估算

VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)整改前后的對比見表2。這次整改投資主要體現(xiàn)在活性炭吸附濃縮催化燃燒設(shè)備的采購費用和通風管的整改費用，具體的投資估算見表3。

表2 有機廢氣收集處理系統(tǒng)整改前后的對比 Table 2 Comparison of VOCs-containing exhaust gas treatment system before and after rectification

表3 投資估算表 Table 3 Investment estimate

本項目的有機廢氣處理系統(tǒng)的運行成本主要包括活性炭采購及廢活性炭處置費用、脫脂箱耗材、電費、催化燃燒設(shè)備維護和檢修費用。處理能力為40000 m3/h的吸附濃縮催化燃燒設(shè)備的年運行費用大概4～8萬元。

3 結(jié)語

企業(yè)VOCs廢氣收集系統(tǒng)整改后，VOCs廢氣去除率和排放濃度同時符合相關(guān)標準要求。本文可為中小型涂裝企業(yè)VOCs廢氣治理提供一定的參考。