汽修行業(yè)噴涂廢氣處理現(xiàn)狀探究

陳慶演

(1 福建海峽人力資源股份有限公司廈門分公司，福建 廈門 361021；2 廈門市同安生態(tài)環(huán)境局，福建 廈門 361021)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，汽車逐步成為人們出行時(shí)不可或缺的代步工具。汽車在給人們帶來(lái)極大便利的同時(shí)，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，使大氣環(huán)境質(zhì)量遭受嚴(yán)重威脅。其中汽修行業(yè)在噴漆、烤漆等汽車安裝維修等過程會(huì)產(chǎn)生廢氣，廢氣一般包含漆霧顆粒及可揮發(fā)性有機(jī)物(VOCS)，部分VOCS會(huì)參與形成區(qū)域性的臭氧、PM2.5，對(duì)生物體的生存產(chǎn)生極大的威脅，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生致癌、致畸、致突變“三致”效應(yīng)[1]。

以廈門市汽修行業(yè)為研究對(duì)象，調(diào)研了不同規(guī)模、不同類型的汽車企業(yè)，這些企業(yè)有較好的環(huán)保舉措，積極響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策的號(hào)召。調(diào)研企業(yè)主要原料包括油漆、天那水、合成樹脂、助劑、聚氨酯等，在原料堆放及汽車產(chǎn)品生產(chǎn)過程均有VOCs的產(chǎn)生。調(diào)研的內(nèi)容主要包括VOCs產(chǎn)生來(lái)源，廢氣的收集、處理情況以及管控措施，對(duì)此類數(shù)據(jù)、資料收集后進(jìn)行歸納分析、分類討論。

1 汽修行業(yè)VOCs產(chǎn)生概況

汽修行業(yè)VOCs的產(chǎn)生主要源于噴漆、烤漆過程等汽車保養(yǎng)維修過程，典型的噴漆烤漆工藝過程主要為：鈑金整形→噴漆→流平晾置→烤漆→漆面處理。在對(duì)汽車部件噴漆、晾置及烤漆過程中產(chǎn)生的VOCs量分別占總量的60%～80%、15%～20%。除上述所涉及環(huán)節(jié)，其余環(huán)節(jié)例如含VOCs原輔材料在運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存等過程中未作好密閉措施，同時(shí)未在規(guī)定車間清洗使用過的涂料噴槍，或者清洗后的廢水由于隨意排放，使揮發(fā)性廢氣得不到有效處置，這些環(huán)節(jié)都會(huì)導(dǎo)致VOCS廢氣的無(wú)組織排放，嚴(yán)重影響大氣環(huán)境，同時(shí)會(huì)對(duì)防護(hù)措施不足且環(huán)保意識(shí)淡薄的工作人員帶來(lái)健康危害，還會(huì)使周圍居民產(chǎn)生“鄰避效應(yīng)”。

1.1 汽修行業(yè)VOCS廢氣排放特征分析

汽修行業(yè)的VOCs廢氣組成成分較為復(fù)雜，主要包括苯、醇類等有機(jī)化合物，以及廢氣的風(fēng)量通常較大。此外，噴漆過程中由于溫度、壓力等物理因素的變化會(huì)生成漆霧小液滴，進(jìn)而堵塞氣體處理裝置。針對(duì)不同汽車的體積、組成部件的大小，油漆的使用量也會(huì)存在較大的波動(dòng)，間接造成噴漆廢氣中污染物濃度在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，十分容易導(dǎo)致廢氣裝置堵塞，進(jìn)而造成廢氣處理裝置間歇性排放，廢氣排放不穩(wěn)定[2]。

1.2 企業(yè)排放現(xiàn)狀

目前廈門市汽修行業(yè)中，企業(yè)多采用全封閉的廢氣收集系統(tǒng)、原材料合成車間和VOCs達(dá)標(biāo)排放系統(tǒng)、過壓排放系統(tǒng)，對(duì)于含VOCs的處理工藝廢氣，設(shè)置了特定的廢氣收集管道，隨后收集后并統(tǒng)一采用凈化工藝處置。但處理及排放中仍存在不足之處，原料的貯存、含VOCs廢物裝載過程及廢水池廢氣等環(huán)節(jié)仍然存在無(wú)組織排放的現(xiàn)象。

1.3 企業(yè)治理現(xiàn)狀

針對(duì)廈門市的汽修行業(yè)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所調(diào)查的企業(yè)中除部分停產(chǎn)的汽修企業(yè)外，其余企業(yè)均配備有VOCs氣體處理設(shè)施。企業(yè)VOCs廢氣成分較為復(fù)雜，以二甲苯、甲苯、苯和非甲烷總烴為主要特征污染物。在廈門市的汽修行業(yè)中，采用活性炭吸附工藝的企業(yè)約占總數(shù)的22.7%，采用UV工藝的企業(yè)約為27%，活性炭、UV工藝及與其他工藝連用占比為50.3%，不同企業(yè)采用相同工藝治理效率均存在差異，對(duì)非甲烷總烴的去除率差異較大。

2 VOCs治理方法討論

迄今為止，針對(duì)VOCs廢氣的處理思路可以歸納為兩個(gè)方面，其一是在生產(chǎn)作業(yè)過程中，用無(wú)毒無(wú)害或者環(huán)境友好的原材料，取替容易產(chǎn)生可揮發(fā)性有毒有害物質(zhì)的原料，在密閉空間、微負(fù)壓環(huán)境中生產(chǎn)或優(yōu)化生產(chǎn)工藝技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)降低或避免VOCs的排放。在生產(chǎn)過程中控制VOCs排放，是最理想、最佳防治有機(jī)廢氣污染環(huán)境的舉措，但由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性，在各行各業(yè)的生產(chǎn)中無(wú)法全部達(dá)到此類標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)難度較高，仍需投入大量的成本，暫且無(wú)法大范圍的普及。油漆車間的VOCs排放主要來(lái)自于溶劑型色漆及中涂漆，若企業(yè)能采用采用水性漆，可大幅降低VOCs排放，在VOCs的含量對(duì)比上。表1為溶劑型色漆和水性色漆的VOCs含量對(duì)比[3]。

其二是末端治理工藝的選擇，VOCS的濃度以及廢氣風(fēng)量大小變化范圍較大，因此企業(yè)在選擇VOCS處理裝置時(shí)，應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn)選擇單一或組合處理技術(shù)。對(duì)廈門市汽修行業(yè)的廢氣排放量特征進(jìn)行分析，可大致將廢氣量分為低濃度/中風(fēng)量、低濃度/大風(fēng)量。

表2 廢氣特征分類Table 2 Classification of exhaust gas characteristics

2.1 低濃度/中低風(fēng)量

廈門市汽修企業(yè)中處理中低風(fēng)量的VOCs廢氣時(shí)，大部分企業(yè)采用的是活性炭吸附工藝或者UV光催化處理技術(shù)。在生產(chǎn)過程中形成廢氣、煙霧直接排放至大氣中會(huì)造成空氣污染，這類廢氣成分具有復(fù)雜、擴(kuò)散快、排放量大以及難徹底處理等特點(diǎn)，因此采用適宜的工藝處理技術(shù)成為首要目標(biāo)。

UV光解廢氣處理法可以通過高能量的UV紫外線把廢氣分子分解，快速氧化有害物質(zhì)進(jìn)而達(dá)到凈化的目的[4]。廈門某汽修企業(yè)使用UV光解法處理VOCS廢氣時(shí)，設(shè)計(jì)風(fēng)量為5775 m3/h，UV燈管數(shù)設(shè)置20支，進(jìn)口非甲烷總烴濃度為48.4 mg/m3，出口非甲烷總烴濃度為11 mg/m3，去除率可達(dá)79.7%。但在處理VOCS時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生不完全氧化的副產(chǎn)物，因其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這類副產(chǎn)物可能比初始的VOCs具有更大的毒性，例如三氯乙烯在光解過程中生成碳酰氯，此類氣體可致生物體窒息并具有強(qiáng)烈的毒性，若生物體吸入高濃度的碳酰氯可能會(huì)致使肺部發(fā)生水腫，還會(huì)使人體其他內(nèi)部器官造成嚴(yán)重?fù)p傷。在UV光解過程會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的臭氧，企業(yè)為了更深層次的氧化、破壞VOCs分子結(jié)構(gòu)，通常會(huì)增設(shè)過量的紫外燈，紫外線照射產(chǎn)生的臭氧若直接排放到大氣中，會(huì)對(duì)人體的眼睛、呼吸道粘膜產(chǎn)生侵蝕、損傷作用，甚至還會(huì)對(duì)人類賴以生存的自然環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。

吸附法通常指由于氣體混合物中各氣體組分的吸附選擇性存在差異，采用固態(tài)吸附劑分離氣體混合物的一類方法[5]。吸附一般為一個(gè)濃縮、循序漸進(jìn)的過程，氣態(tài)污染物通過吸附引力富集到吸附劑表面，隨后使用特殊工藝對(duì)吸附劑進(jìn)行循環(huán)再生再利用，將被吸附的物質(zhì)從吸附劑中解吸下來(lái)進(jìn)行回收或燃燒處理，最終到達(dá)凈化廢氣的目的。吸附法一般應(yīng)用于低濃度氣態(tài)污染物的處理凈化，針對(duì)高濃度的有機(jī)氣體，通常需要通過冷凝等工藝將濃度稀釋降低，達(dá)到進(jìn)氣濃度標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行吸附凈化。

活性炭是VOCs廢氣處理技術(shù)最為常用的吸附劑，因?yàn)榛钚蕴康奈綇V譜性，對(duì)大部分有機(jī)廢氣的選擇性較好，適用于大部分有機(jī)物的分離純化。蜂窩狀活性炭床層的氣流阻力低，動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)異，目前在我國(guó)的VOCs廢氣處理方面得到了大規(guī)模的運(yùn)用，但活性炭更換頻繁，增加了裝卸、運(yùn)輸、更換等工作程序，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加。廈門某汽修企業(yè)采用活性炭吸附工藝處理VOCs，設(shè)計(jì)風(fēng)量為8000 m3/h，活性炭填充量為0.8 m3，活性炭更換周期為1年/次，進(jìn)口非甲烷總烴濃度為2.51 mg/m3，出口濃度為0.92 mg/m3，去除率為63.3%，滿足排放要求。

2.2 低濃度/大風(fēng)量

處理低濃度大風(fēng)量的廢氣也可以采用上述的UV光解及活性炭吸附法，但以上方法在VOCs(非甲烷總烴)濃度較大時(shí)，處理效率較低，不能滿足高去除率的要求，此類方法更適用于濃度低，成分單一的廢氣。廢氣成分復(fù)雜，風(fēng)量增大時(shí)，可考慮使用組合技術(shù)。廈門市汽修企業(yè)采用的組合工藝中，大部分采用的為干式過濾+光氧催化+活性炭吸附組合工藝。VOCs廢氣在風(fēng)機(jī)的作用下，經(jīng)管道首先引入漆霧過濾棉中，目的是去除漆霧、大顆粒物，剩余氣體進(jìn)入光催化氧化設(shè)備，在紫外線的照射作用下，可將空氣中的氧分子裂解產(chǎn)生臭氧，臭氧利用其強(qiáng)氧化性可降解廢氣分子使其轉(zhuǎn)變成小分子的無(wú)害物質(zhì)，但也可以考慮在UV光氧催化反應(yīng)中添加TiO2催化劑，提高反應(yīng)的效率[6]。剩余未及時(shí)參與反應(yīng)的廢氣及臭氧一同進(jìn)入活性炭，活性炭起到緩沖作用，在其內(nèi)部充分反應(yīng)后達(dá)標(biāo)排放。該組合工藝采用干式凈化進(jìn)行預(yù)處理，無(wú)二次污染、環(huán)保節(jié)能，對(duì)漆霧凈化效率高。設(shè)備運(yùn)行阻力低、運(yùn)行能耗低；材料可多次回用，節(jié)省成本。但不適用于含有粘性度、濕度較大的粉塵顆粒廢氣等，同時(shí)紫外線燈管、活性炭填料也需定期更換，同時(shí)在處理過程還需控制氣體流速，以免使活性炭顆粒破碎。廈門某汽修企業(yè)采用該工藝處理VOCs廢氣，設(shè)備內(nèi)部的過濾棉的更換周期為100 h/次，蜂窩活性炭使用周期為500 h，每立方米填充72塊，在光氧發(fā)生器中UV燈管設(shè)置22條，使用壽命為12000 h。進(jìn)口非甲烷總烴濃度37.5 mg/m3，出口非甲烷總烴濃度為7.49 mg/m3，去除率為76.8%，不同工藝之間的協(xié)同作用大大提高了對(duì)有機(jī)污染物的降解效果。

3 結(jié) 論

(1)目前廈門市汽修行業(yè)大部分企業(yè)采用的VOCs處理工藝是以活性炭吸附工藝、UV光催化處理技術(shù)或者兩者與其他技術(shù)的組合工藝，但對(duì)于原料的貯存、含VOCs廢物裝載過程及噴涂清洗廢水中部分涉及VOCs無(wú)組織排放的過程，仍存在很大的減排潛力，企業(yè)可以加大此類方面的監(jiān)管力度，完善處理措施。

(2)企業(yè)在選取VOCs處理工藝時(shí)，不僅要考慮VOCs廢氣的濃度及風(fēng)量，還需要考慮廢氣的濕度、溫度以及是否存在霧化粉塵顆粒、廢氣組成成分單一或多元等因素。企業(yè)需依據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合自身特點(diǎn)選取最佳的處理方法，再結(jié)合其他工藝優(yōu)化處理效率，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。