涂裝生產(chǎn)線VOCs廢氣處理研究

趙方圓

（安徽科澤華盛環(huán)境技術(shù)有限公司 安徽合肥 230000）

引言

VOCs 揮發(fā)性有機(jī)物，是指沸點(diǎn)在50℃-260℃之間的各種有機(jī)化合物。大多數(shù)VOCs 具有令人不適的特殊氣味，具有很強(qiáng)的毒性、刺激性和致畸性、致癌，尤其是其中的甲醛、苯、甲苯更是會造成人體健康受損。VOCs 主要來源于化工、燃料涂料制造，溶劑制造及使用等環(huán)節(jié)[1]。其中印刷業(yè)、汽車制造業(yè)、涂裝業(yè)、醫(yī)藥化工等領(lǐng)域是VOCs 重要行業(yè)領(lǐng)域。我國是乘用車生產(chǎn)大國，2020 年產(chǎn)銷量分別達(dá)到了2522.5 萬輛和2531.1 萬輛，隨著國家和地方政策的大力支持、行業(yè)企業(yè)自身努力，以及居民生活水平的提升，我國汽車行業(yè)、尤其是純電動汽車和插電式混合電動汽車都迎來了重要發(fā)展機(jī)遇期。但汽車生產(chǎn)涂裝過程中產(chǎn)生VOCs，強(qiáng)化涂裝生產(chǎn)線VOCs 廢氣治理已日益受到企業(yè)、政府及社會重視。各大車輛生產(chǎn)、維修企業(yè)積極尋求相應(yīng)治理措施，為生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域營造更加綠色環(huán)保空間。

1 涂裝生產(chǎn)線VOCs 相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 審批原則

《環(huán)保法》（2015 年）、《大氣污染防治法》（2016 年）、《清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》（2016 年）均對生產(chǎn)、建設(shè)及監(jiān)管部門提出了嚴(yán)格要求。其中，《汽車整車制造建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)文件審批原則（試行）》，提出污染物產(chǎn)生量等相關(guān)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國家清潔生產(chǎn)Ⅱ級水平；水性涂料等低VOC 含量涂料占總涂料使用量的比例不得低于80%。新改擴(kuò)建的項(xiàng)目，應(yīng)實(shí)行《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系》，對烘干室、噴漆室、流平室等涂裝車間作出相應(yīng)廢氣凈化要求，使用集中自動輸調(diào)漆系統(tǒng)，并要求采取封閉作業(yè)。

1.2 排放標(biāo)準(zhǔn)

《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）制定時(shí)間較早，相關(guān)要求較為寬松，近年來，北京、上海等地陸續(xù)頒布了VOCs 排放地方標(biāo)準(zhǔn)。較國標(biāo)有著更為嚴(yán)格的要求，如有的地方要求VOCs 排放標(biāo)準(zhǔn)濃度為25-30mg/m3，部分車企噴漆室濃縮凈化處理，排放濃度≤20mg/m3，具有很強(qiáng)的環(huán)保理念，避免后期需要工藝改造升級。

1.3 濃度測量

汽車生產(chǎn)噴涂環(huán)節(jié)，針對VOCs 濃度測量，一般執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為《固定污染源廢氣揮發(fā)性有機(jī)物的測定 固相吸附-熱脫附/氣相色譜-質(zhì)譜法》（HJ734-2014），由第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，測量批量生產(chǎn)1h 后，色漆、清漆、中途等工段排風(fēng)量，并計(jì)算出相應(yīng)工段的VOCs 排放濃度值[2]。

1.4 產(chǎn)量計(jì)算

電泳、涂漆、涂防銹蠟、涂膠等涂裝生產(chǎn)線工序中VOCs 產(chǎn)生量。公式：VOCs=（Mvoc×1000）/Q，其中，VOCs 表示汽車涂裝生產(chǎn)線單位面積工件產(chǎn)生的VOCs 量；Mvoc，表示計(jì)量時(shí)間內(nèi)涂裝產(chǎn)生的VOCs 量；Q 表示計(jì)量時(shí)間內(nèi)涂裝面積和[3]。一般按照月份對檢測的數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，并審核年度汽車生產(chǎn)線涂裝VOCs總量。

2 涂裝生產(chǎn)線VOCs 產(chǎn)生環(huán)節(jié)

以某電動汽車涂裝生產(chǎn)線年設(shè)計(jì)產(chǎn)能20 萬臺為例，車身及車用塑料配件的涂裝均在生產(chǎn)線進(jìn)行，原料為溶劑型漆。

2.1 風(fēng)量

經(jīng)現(xiàn)場勘測，該電動汽車涂裝生產(chǎn)線廢氣產(chǎn)生點(diǎn)位主要有車身色漆噴漆室、車身色漆流平室、車身清漆噴漆室和車身清漆流平室，以及塑料件底漆噴漆室、流平室，色漆噴漆室、流平室，以及清漆噴漆室、流平室，調(diào)漆間，電泳烘干廢氣、電泳排煙廢氣、面漆烘干廢氣和塑料件烘干廢氣等等?？傦L(fēng)量約為100萬m3/h。

2.2 預(yù)處理

該電動車涂裝生產(chǎn)線VOCs 廢氣治理前重要環(huán)節(jié)的相應(yīng)廢氣處理方式主要有：

（1）噴漆廢氣。電動車車身、塑料件等均需要在噴漆室內(nèi)噴漆，由此產(chǎn)生的VOCs 廢氣利用風(fēng)機(jī)引入水旋系統(tǒng)，漆霧經(jīng)循環(huán)水池及漆霧絮凝劑析出，不溶于水的噴漆廢氣經(jīng)風(fēng)道流入45m高煙囪直排。

（2）流平廢氣。車身、塑料件在流平室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)風(fēng)機(jī)引入45m 高煙囪直排。

（3）烘干廢氣。電動汽車涂裝生產(chǎn)線，需要利用烘干爐對噴漆進(jìn)行烘干，經(jīng)風(fēng)機(jī)使廢氣進(jìn)入四元體，在高達(dá)500℃中進(jìn)行進(jìn)一步燃燒，未燃燒充分的氣體經(jīng)生產(chǎn)車間20m 煙囪直排。

經(jīng)檢測，該電動汽車涂裝生產(chǎn)線產(chǎn)生的VOCs 廢氣均屬高空直排，但與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不符，因此，需要對其進(jìn)行相關(guān)設(shè)備升級、更新，增設(shè)相關(guān)必要處理設(shè)備[4]。

2.3 處理工藝

針對該電動汽車涂裝生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢氣及其處理方式來看，需要對其進(jìn)行改造，以確保排放的VOCs 廢氣處理滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)比對選用“沸石濃縮輪轉(zhuǎn)+RTO 系統(tǒng)”復(fù)合工藝技術(shù)。經(jīng)現(xiàn)場檢測，噴涂生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的VOCs 廢氣經(jīng)水旋系統(tǒng)進(jìn)行漆霧處理，捕捉相應(yīng)漆霧率≤89%，仍有部分顆粒物、漆霧需要進(jìn)行處理，對其可選擇先過濾，然后進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪。

（1）轉(zhuǎn)輪吸附。選用濃縮轉(zhuǎn)輪，95%以上VOCs 廢氣經(jīng)沸石轉(zhuǎn)輪吸附后進(jìn)入45m 高空煙囪達(dá)標(biāo)外排，脫附利用RTO 燃燒爐產(chǎn)生的熱量進(jìn)行熱脫附，即清潔的空氣由脫附風(fēng)機(jī)進(jìn)入，經(jīng)換熱器進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪，熱空氣將沸石加熱，加熱到200℃左右，吸附在沸石中的VOCs 被脫附出來，進(jìn)入RTO 燃燒爐，從燃燒爐中排出的高溫達(dá)標(biāo)氣體通過換熱器實(shí)現(xiàn)廢熱利用。

（2）RTO 燃燒。三室RTO 燃燒溫度超過830℃，VOCs 有機(jī)廢氣在850℃、燃燒時(shí)間超過1s 情況下，大多分解為水和二氧化碳等。因此，通過RTO 燃燒后，VOCs 凈化效果超過了99%。

2.4 處理結(jié)果

該電動汽車常溫廢氣總風(fēng)量約為92 萬m3/h，折合標(biāo)況的風(fēng)量約為43 萬m3/h，選用三個(gè)轉(zhuǎn)輪，濃縮倍率提升20 倍。高溫廢氣總風(fēng)量為11050m3/h，轉(zhuǎn)輪脫附廢氣及高溫廢氣進(jìn)入RTO 深度燃燒。經(jīng)現(xiàn)場檢測，廢氣排放量＜5mg/m3，遠(yuǎn)低于業(yè)主單位的23mg/m3（見表1）。

表1 某電動汽車涂裝生產(chǎn)線廢氣檢測結(jié)果

3 涂裝生產(chǎn)線VOCs 廢氣防治措施

VOCs 有機(jī)廢氣防治應(yīng)綜合施策，既要做好源頭削減，也要做好過程管控，還要采取末端治理，采取全流程防治措施，以將項(xiàng)目VOCs 生態(tài)環(huán)境影響降低到最小。

3.1 源頭削減

所謂源頭削減，就是從涂裝用料選型及使用著手，既要嚴(yán)格限制涂裝中VOCs 含量，選用污染更低的有機(jī)溶劑，此外，還應(yīng)從稅收、財(cái)政等方面給予相應(yīng)的政策引導(dǎo)。推薦使用水性涂料、粉末涂料，以及高固體分涂料[5]。如，水性涂料，使用水為分散介質(zhì)，替代傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑，該涂料穩(wěn)定性強(qiáng)，性能可靠，但在使用過程中應(yīng)注意表面污染物、干燥過程的溫度濕度、流掛等。再如，粉末涂料，多選用熱固性粉末涂料，在車體金屬板材及內(nèi)飾件中已成熟應(yīng)用。高固體涂料，又叫無溶劑涂料，因其分散體系及配方構(gòu)成與傳統(tǒng)溶劑型產(chǎn)品接近，具有顯著應(yīng)用優(yōu)勢。

3.2 過程管控

所謂過程管控，就是指在涂裝作業(yè)、施工過程中采用合適工藝技術(shù)，將VOCs 釋放量控制到最低。具體來說，既要控制好施工作業(yè)過程中的VOCs 散逸，也要降低涂裝作業(yè)過程中VOC 排放的總量[6]。具體來說，可通過設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理的涂膜配套，并選用傳遞效率更高的噴涂設(shè)備，以及更加科學(xué)合理的涂裝工藝方案，降低調(diào)配及洗槍過程中涂料及溶劑的消耗，改進(jìn)和完善涂裝工藝措施，降低VOCs 有機(jī)廢氣的排放量。

3.3 末端治理

所謂末端治理就是指針對已經(jīng)產(chǎn)生的VOCs 廢氣選用相應(yīng)的技術(shù)，對其進(jìn)行處理。電動汽車涂裝生產(chǎn)線廢氣的末端治理技術(shù)主要有直接燃燒法TO、蓄熱式催化燃燒法RCO、蓄熱式熱氧化燃燒法RTO、催化劑燃燒法CO，以及分子篩吸附、沸石吸附等吸附工藝。不同工藝技術(shù)處理VOCs 廢氣，對濃度要求，以及能源消耗和處理效率等方面都存在較大差異，可根據(jù)實(shí)際現(xiàn)狀選用合適的工藝技術(shù)。

結(jié)語

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，我國汽車、醫(yī)藥、化工、印刷等行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展迅速。其中涂裝過程中產(chǎn)生大量的有機(jī)廢氣VOCs，做好涂裝生產(chǎn)線VOCs 廢氣治理已成為企業(yè)、政府及社會公眾共同關(guān)注的話題之一。在掌握有機(jī)廢氣VOCs 排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求的基礎(chǔ)上，熟悉汽車涂裝VOCs 產(chǎn)生的環(huán)節(jié)，采取綜合施策的辦法，做好預(yù)防和治理，把工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的VOCs 廢氣影響降低到最低，確保預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益最大化。