VOCs污染現(xiàn)狀及減排對策—以我國汽車噴涂行業(yè)為例

劉嘉

（華北電力大學(xué)，北京 102208）

隨著城市化和工業(yè)化的迅猛發(fā)展，我國能源使用量及碳排放量處于逐年增長的狀態(tài)，導(dǎo)致工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的空氣重污染現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。其中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）參與大氣環(huán)境中臭氧和二次氣溶膠的形成，進(jìn)而引發(fā)灰霾、光化學(xué)煙霧等大氣環(huán)境問題。

截止目前，我國工業(yè)V0Cs排放量占總體VOCs排放量的50%以上，主要排放來源是石油化工、石油煉制、農(nóng)藥、涂料、汽車、包裝印刷等重污染行業(yè)，其排放總額占所有工業(yè)制造業(yè)排放總量的80%以上[1]。

2015～2020年，汽車噴涂涂料的年產(chǎn)量從188.2萬 t/a增長至265萬 t/a，以平均每年凈增8%的比例增長。2021年中國汽車產(chǎn)銷量超過2 800萬輛，汽車制造業(yè)的迅猛發(fā)展也帶動了汽車噴涂行業(yè)產(chǎn)能逐年遞增。因此，了解汽車噴涂行業(yè)的VOCs排放和污染現(xiàn)狀，并根據(jù)我國的污染現(xiàn)狀，有針對性地制定相應(yīng)的控制措施和減排計劃是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的重要目標(biāo)和任務(wù)。

1 汽車噴涂行業(yè)VOCs來源分析

對汽車噴涂行業(yè)進(jìn)行工藝分析，可以發(fā)現(xiàn)其中大量排放VOCs的工藝為面涂噴涂工藝、中途噴涂工藝和清洗溶劑使用工藝，排放量占V0Cs總排放量的84%，主要物質(zhì)來源為電泳漆、中涂漆、面漆及修補(bǔ)漆等，主要排放的VOCs種類包括苯、甲苯、二甲苯、乙酸正丁酯、丁醇和部分可溶性重金屬等[2]。

V0Cs會導(dǎo)致環(huán)保、安全及職業(yè)健康3個方面的危害。環(huán)保危害主要包括VOCs會導(dǎo)致二次有機(jī)氣溶膠及大氣環(huán)境中的臭氧和甲烷濃度升高，這些具有溫室氣體效應(yīng)的物質(zhì)會嚴(yán)重破壞大氣環(huán)境；安全方面的危害包括很多工業(yè)企業(yè)排放的V0Cs屬于高危險物質(zhì)，如果沒有恰當(dāng)?shù)陌踩胧┘右钥刂?，會?dǎo)致極其嚴(yán)重的安全事故；職業(yè)健康危害則表現(xiàn)為V0Cs具有毒性和致癌作用，長時間在這樣的環(huán)境中工作，會使人體健康受到嚴(yán)重威脅，甚至引發(fā)癌癥等無法挽回的健康傷害。

2 汽車噴涂行業(yè)V0Cs污染現(xiàn)狀

汽車制造業(yè)的迅猛發(fā)展也帶動了汽車噴涂行業(yè)的產(chǎn)能逐年遞增，使用噴涂工藝進(jìn)行噴涂生產(chǎn)的小型車間在每個城市平均不少于300家，這些小型噴涂車間的生產(chǎn)時間通常為7～8小時，烘干時產(chǎn)生的廢氣濃度較高，排氣量較?。粐娖釙r產(chǎn)生的廢氣濃度低，排氣量較大，廢氣中主要產(chǎn)生的污染物為V0Cs。目前各個生產(chǎn)單元均大量使用非環(huán)保溶劑型油漆，這些溶劑型油漆具有強(qiáng)烈的揮發(fā)性，產(chǎn)生的V0Cs成分主要有甲苯、二甲苯、醇、酯、醚、酮、芳香烴等。

當(dāng)前，國內(nèi)汽車噴涂生產(chǎn)線因成本和工藝問題，采用綠色溶劑型涂料的不足30%，普遍使用高污染、高耗能，現(xiàn)已被發(fā)達(dá)國家淘汰的落后工藝。目前，汽車噴涂行業(yè)排放的VOCs僅有30%經(jīng)過集中回收和末端處理，并在測試合格后達(dá)標(biāo)排放；剩余均通過無組織排放的方式直接進(jìn)入大氣環(huán)境，沒有進(jìn)行嚴(yán)格管控，導(dǎo)致大量VOCs逸散到環(huán)境中，造成污染事件。

商務(wù)車、客運(yùn)貨車和轎車等車輛一般在封閉空間內(nèi)進(jìn)行噴涂工序，貨車車廂等一般為室外環(huán)境作業(yè)。此外，現(xiàn)有的小型廠家分布廣泛，使用的噴涂工藝也不統(tǒng)一，僅有少量廠家遵循環(huán)保要求，排放的VOCs采用有組織收集方式并達(dá)標(biāo)排放。為滿足廣大群眾日益增長的機(jī)動車需求，很多不合規(guī)的噴涂廠家在監(jiān)管缺失的情況下，仍持續(xù)不斷地制造產(chǎn)品，這些制造過程帶來了大量污染[3]。

3 汽車噴涂行業(yè)VOCs排放形式

VOCs的有組織排放通常表現(xiàn)為污染物通過固定管道，例如排氣筒或煙囪，在至少距離地面15米區(qū)域高空排放。無組織排放通常表現(xiàn)為生產(chǎn)過程中的無組織逸散，例如通過揮發(fā)性噴漆原料的儲存及裝載、噴涂設(shè)備與噴漆管線泄漏、污水廢水收集池內(nèi)處理和儲存設(shè)施的逸散，以及分離、輸送等揮發(fā)性有機(jī)物工藝過程中的揮發(fā)逸散。

21世紀(jì)初期之后建設(shè)的噴涂生產(chǎn)線，雖然在設(shè)計階段就考慮了環(huán)保問題，優(yōu)化并采用了綠色噴涂工藝，如使用水性油漆替代溶劑型油漆，協(xié)作機(jī)器人噴漆等，但僅占國內(nèi)所有噴涂生產(chǎn)線的五成左右，隨著汽車噴涂行業(yè)VOCs排放量逐年增加，總體情況處于逐年惡化的趨勢。

3.1 有組織排放

我國汽車噴涂工藝通常采用溶劑漆為噴涂原料，工藝流程包括以下工序：噴漆中涂、底色漆及罩光漆補(bǔ)漆、最終成品烘干。通常情況下，原材料和產(chǎn)品物件應(yīng)按照生產(chǎn)流程的要求進(jìn)入噴漆室、流平室和烘干室進(jìn)行噴涂作業(yè)。有可靠數(shù)據(jù)表明噴漆室產(chǎn)生的VOCs占比為60%、流平室產(chǎn)生的VOCs占比為15%、烘干室產(chǎn)生的VOCs占比為25% 。綜上判斷，VOCs排放來源最大的是噴漆室，其中大約有70%的企業(yè)采取水旋法或濕式法工藝控制漆霧的產(chǎn)生，但對后續(xù)VOCs的處理未持續(xù)關(guān)注，導(dǎo)致其對后續(xù)污染的控制沒有獲得積極效果。截止當(dāng)前，依然有很多零散的汽車噴涂生產(chǎn)車間直接采用排氣管道或煙囪排放VOCs，并且未采取任何處理措施，導(dǎo)致排放超標(biāo)。流平室和烘干室產(chǎn)生的VOCs濃度較高，國內(nèi)生產(chǎn)車間多采用簡單的燃燒法處理，將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水蒸汽后達(dá)標(biāo)排放。

3.2 無組織排放

無組織排放是指大氣污染物不經(jīng)過排氣筒直接排放，及逸散等形式的無規(guī)則排放，例如開放式作業(yè)通過敞開門窗、縫隙、通風(fēng)口、和類似開口以及開孔的情況導(dǎo)致廢氣逸散到環(huán)境中。許多工業(yè)企業(yè)70%左右的VOCs排放是類似上述逸散形式的無組織排放，因此重點(diǎn)關(guān)注、嚴(yán)格管理VOCs無組織排放是控制VOCs污染的重中之重。

由于汽車零部件噴涂VOCs排放源頭的特點(diǎn)是小且散，呈散發(fā)性點(diǎn)狀分布，產(chǎn)生的VOCs多為無組織排放，成分繁多且生產(chǎn)狀況復(fù)雜，收集治理技術(shù)難度較高，而對應(yīng)的環(huán)保要求更高，這對各地區(qū)的環(huán)保管理是很大的挑戰(zhàn)。國家環(huán)保部門在2015年后制定并實(shí)施了汽車制造行業(yè)的相關(guān)環(huán)保法律法規(guī)，相關(guān)管理部門也需要參考上述法律法規(guī)的內(nèi)容，規(guī)劃制定具備實(shí)操性的對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。雖然相關(guān)管理部門也在逐步開展整車制造的VOCs污染狀況調(diào)查，但是噴涂行業(yè)的污染狀況還是處于模糊地帶，許多小型噴涂企業(yè)的排放數(shù)據(jù)無法收集。因此，汽車噴涂行業(yè)需要對VOCs的無組織排放進(jìn)行整改，并落實(shí)有組織收集與處理措施，這應(yīng)是我們現(xiàn)階段的關(guān)注重心[4]。

4 汽車噴涂行業(yè)VOCs減排對策

《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》中要求，全面加強(qiáng)有機(jī)化工、石油化工、包裝印刷、表面噴涂等高污染重點(diǎn)行業(yè)VOCs總量及濃度控制，實(shí)施行業(yè)V0Cs總量及濃度控制。各地區(qū)環(huán)保主管部門必須按照相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行嚴(yán)格管理，并針對汽車制造和零部件行業(yè)的VOCs現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，依據(jù)調(diào)查結(jié)果制定計劃并落實(shí)有效的控制措施。優(yōu)先控制污染源頭，密切關(guān)注過程控制、逐步優(yōu)化末端治理，從而控制汽車制造行業(yè)VOCs的產(chǎn)生與排放，同時也應(yīng)關(guān)注汽車噴涂行業(yè)VOCs的污染現(xiàn)狀并采取控制措施[5]。

4.1 優(yōu)先采用源頭削減管控VOCs廢氣

VOCs的控制技術(shù)可分為兩大類，一類是以末端治理為主的控制性措施；一類是預(yù)防性措施，包括改進(jìn)噴涂工藝技術(shù)，針對設(shè)備增加維保頻次以增強(qiáng)管理效果。源頭削減是控制汽車噴涂行業(yè)VOCs排放的首要手段，VOCs污染防治技術(shù)應(yīng)優(yōu)先采用源頭控制。汽車噴涂行業(yè)VOCs的來源主要是揮發(fā)性溶劑的使用，因此，應(yīng)使用低溶劑化學(xué)品或無溶劑進(jìn)行替代，從而減少揮發(fā)性有機(jī)物的產(chǎn)生源頭。同時揮發(fā)性溶劑應(yīng)存放于專用的存放柜內(nèi)，存放柜應(yīng)配備廢氣收集和通風(fēng)系統(tǒng)，增加設(shè)備檢測與維修頻率，置于室內(nèi)或室外必須設(shè)置遮陽擋雨等設(shè)備設(shè)施。

《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》提出噴涂行業(yè)應(yīng)優(yōu)先使用綠色涂料，減少大氣環(huán)境污染。因此，相關(guān)部門應(yīng)鼓勵汽車噴涂行業(yè)使用無害化涂料和無害化工藝，研發(fā)與應(yīng)用水性涂料，積極推進(jìn)企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)綠色產(chǎn)品[5]。

4.2 鼓勵采用焚燒技術(shù)處理VOCs廢氣

常規(guī)的VOCs控制消除技術(shù)主要表現(xiàn)為回收技術(shù)和消除技術(shù)。回收技術(shù)包括吸附法、膜分離法和冷凝法等方法；消除技術(shù)主要包括燃燒法、低溫等離子體法和催化氧化法等方法。目前常用的處理噴涂VOCs的方法是：活性炭吸附、飽和后脫附、收集燃燒生成水和二氧化碳進(jìn)行無害化處理。但從成本角度考慮此方法經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)，實(shí)際上大部分工廠使用的是活性炭吸附VOCs，等待吸附濃度飽和，然后將廢活性炭按照有關(guān)危險廢物處理的要求進(jìn)行無害化處理，也有使用RTO蓄熱式焚燒設(shè)備直接收集噴涂VOCs并焚燒處理[5]。

安裝RTO蓄熱式焚燒爐設(shè)備處理噴漆廢氣前期投入成本較高，但后續(xù)運(yùn)維成本與廢活性炭的廢棄和處置等過程的花費(fèi)相比存在很大優(yōu)勢，一般投資回報周期在2～3年內(nèi)。并且廢活性炭性能品控較差，導(dǎo)致VOCs吸附效率很差，且會產(chǎn)生大量的廢氣污染。綜上所述，采用RTO蓄熱式焚燒設(shè)備處理汽車噴涂VOCs比使用活性炭的方法更加經(jīng)濟(jì)和環(huán)保[6-7]。

4.3 強(qiáng)化清潔生產(chǎn)審核及政策支持

目前，汽車零部件行業(yè)及其附屬的汽車噴涂行業(yè)快速發(fā)展，但我國尚未將其納入清潔生產(chǎn)名單。清潔生產(chǎn)審核各地區(qū)要求不一，無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和要求。2015～2020年，上海市被納入清潔生產(chǎn)強(qiáng)制審核要求的企業(yè)共有1 860家，其中，汽車噴涂生產(chǎn)企業(yè)為219家，僅87家驗(yàn)收成功，審核通過率不足四成。汽車噴涂生產(chǎn)企業(yè)造成的污染不容小覷，整體環(huán)?？刂片F(xiàn)狀不容樂觀。國家應(yīng)將其納入強(qiáng)制清潔生產(chǎn)審核名單內(nèi)，并優(yōu)先關(guān)注VOCs污染控制措施落實(shí)情況。

按照《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知》[8]的要求，對安裝VOCs收集裝置、處理設(shè)施并開展持續(xù)性的環(huán)保合規(guī)管理，通過環(huán)?！叭瑫r”手續(xù)的汽車噴涂制造企業(yè)，應(yīng)給予環(huán)保信貸資金支持和稅收優(yōu)惠。環(huán)?；鹬贫瓤舍槍ζ噰娡啃袠I(yè)VOCs環(huán)?？刂拼胧┯行?、管理合規(guī)的企業(yè)，通過財政支持充分落實(shí)綠色金融機(jī)制[9]。

5 結(jié)語

隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)及工業(yè)的飛速發(fā)展，環(huán)境污染事件頻發(fā)，并呈逐年惡化的趨勢。汽車噴涂行業(yè)的無序擴(kuò)張且無視環(huán)保政策和要求，導(dǎo)致各地區(qū)VOCs污染現(xiàn)象加劇。由此，普查收集汽車噴涂行業(yè)的V0Cs來源現(xiàn)狀信息，控制VOCs達(dá)標(biāo)排放是目前必須優(yōu)先解決的問題。相關(guān)環(huán)保部門應(yīng)以大氣污染防治政策和排放標(biāo)準(zhǔn)為指引，平衡各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，更好地促進(jìn)汽車噴涂行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。