某汽車(chē)零部件企業(yè)VOCs的防治方案與措施

陳濤，徐曼云，劉青，劉敏，丁園

（1.江鈴汽車(chē)股份有限公司安全環(huán)保部，江西南昌，330052；2.南昌航空大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江西南昌，330063；3.江西省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江西南昌，330029）

0 引言

揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）在國(guó)內(nèi)沒(méi)有明確的定義，通常是指常溫下飽和蒸氣壓大于133.32Pa、沸點(diǎn)在50℃～260℃，參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物［1］，包括非甲烷烴類(lèi)（烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等）、含氧有機(jī)物（醛、酮、醇、醚等）、含氯有機(jī)物、含氮有機(jī)物、含硫有機(jī)物等，是形成臭氧和細(xì)顆粒物（PM2.5）污染的重要前提物。2017年，環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)政部、交通運(yùn)輸部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》（環(huán)大氣〔2017〕121號(hào)）文件，鼓勵(lì)和指導(dǎo)相關(guān)企業(yè)全面加強(qiáng)VOCs的減排與防治工作，以促進(jìn)我國(guó)空氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善。

近年來(lái)的研究與調(diào)查結(jié)果表明，工業(yè)源VOCs是大氣中VOCs的主要來(lái)源，占VOCs排放總量的50%以上。汽車(chē)、涂料、農(nóng)藥、包裝、印刷、石油、化工等行業(yè)的VOCs排放量占工業(yè)排放總量的80%以上［2］，其中，汽車(chē)加工制造業(yè)的涂裝工序是本行業(yè)VOCs的主要來(lái)源，普遍存在無(wú)組織排放、低效治理等問(wèn)題。為打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，江西省出臺(tái)了《揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn) 第5部分：汽車(chē)制造業(yè)》（DB36 1101.5—2019），對(duì)VOCs的排放提出了更高、更具體的標(biāo)準(zhǔn)限值及分析方法［3］。因此，本文以某汽車(chē)零部件企業(yè)為例，在清潔生產(chǎn)思路的指引下，從源頭控制、過(guò)程控制、末端治理、環(huán)境管理四方面入手，探討VOCs治理方案和綜合措施，為行業(yè)VOCs防治提供示范與借鑒。

1 汽車(chē)零部件行業(yè)VOCs的來(lái)源及危害

1.1 汽車(chē)零部件行業(yè)的生產(chǎn)工藝及VOCs的來(lái)源

某汽車(chē)零部件工廠主要承擔(dān)輕型卡車(chē)的前橋、轉(zhuǎn)向節(jié)等配套產(chǎn)品生產(chǎn)工作，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為50萬(wàn)套/年，其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，一般包括機(jī)械加工、熱處理、清洗、磁粉探傷、噴漆（涂裝）及裝配等工藝。

圖1 汽車(chē)零部件企業(yè)工藝流程及污染源分布圖

由圖1知，VOCs主要產(chǎn)生于熱處理和噴漆（涂裝）工段，包括甲烷、二甲苯、芳香烴、丙醇、丁醇、酯類(lèi)等揮發(fā)性有機(jī)物。

該汽車(chē)零部件企業(yè)主要的廢氣源分析如表1所示，熱處理工段添加含碳甲醇和丙烷進(jìn)行氣體滲碳，揮發(fā)性有機(jī)物甲醇、丙烷完全燃燒后生成CO2和H2O，然后無(wú)組織排放到大氣環(huán)境中。噴漆（涂裝）工段是汽車(chē)零部件企業(yè)VOCs的主要來(lái)源，一方面，油漆、稀釋劑在卸料、儲(chǔ)存環(huán)節(jié)，調(diào)漆過(guò)程以及廢漆桶、漆渣在噴涂環(huán)節(jié)中，二甲苯、芳香烴、丙醇、丁醇、酯類(lèi)等揮發(fā)性有機(jī)物會(huì)無(wú)組織排放到大氣環(huán)境中。另一方面，在噴涂環(huán)節(jié)經(jīng)水幕除霧，烘干環(huán)節(jié)經(jīng)高溫焚燒等末端治理工藝后，VOCs會(huì)通過(guò)15m排氣筒有組織排放。噴漆（涂裝）工段中的VOCs源于以下三個(gè)方面：

表1 某企業(yè)廢氣源分析

（1）調(diào)漆過(guò)程中產(chǎn)生的VOCs及生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所選用涂料的VOCs含量；

（2）涂裝工藝中所選用的有機(jī)溶劑，包括中涂、面漆涂料及稀釋劑；

（3）涂膜烘干固化過(guò)程中的VOCs揮發(fā)量等［4］。

1.2 汽車(chē)零部件行業(yè)VOCs的危害

VOCs的危害主要有以下3個(gè)方面。

汽車(chē)零部件行業(yè)VOCs種類(lèi)繁多，噴漆（涂裝）工段產(chǎn)生的廢氣主要為二甲苯、芳香烴、丁醇、酯類(lèi)等，相比于熱處理工段產(chǎn)生的廢氣，噴漆（涂裝）工段VOCs的成分復(fù)雜，種類(lèi)更多，有機(jī)廢氣毒性、致癌性、易燃易爆性等特性的危害更大，長(zhǎng)期接觸會(huì)導(dǎo)致人體神經(jīng)系統(tǒng)疾病，甚至致癌等嚴(yán)重危害。

汽車(chē)零部件行業(yè)的廢氣排放會(huì)導(dǎo)致VOCs含量升高，并使大氣中的二次氣溶膠濃度升高，其間形成的二次氣溶膠多為細(xì)顆粒物。大氣細(xì)顆粒物濃度升高，會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)境中的霾污染問(wèn)題加劇。以江西南昌為例，2021年南昌市細(xì)顆粒物的環(huán)境空氣負(fù)荷占總負(fù)荷的24.1%，已成為南昌市大氣的首要污染物［5］。

VOCs在紫外線的作用下與氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，會(huì)造成臭氧等污染物濃度升高、光化學(xué)煙霧等污染問(wèn)題加劇，影響人體健康及植物正常生長(zhǎng)，并引發(fā)氧及酸雨等環(huán)境問(wèn)題［6］。

2 汽車(chē)零部件行業(yè)VOCs的控制方法

2.1 源頭控制

熱處理及噴漆（涂裝）工段的中涂、面漆涂料以及稀釋劑產(chǎn)生的VOCs是造成排放總量和濃度升高最直接的原因。調(diào)研結(jié)果表明，本企業(yè)選擇溶劑型涂料及稀釋劑、油漆產(chǎn)生的VOCs占總量的47.5%左右，粉末產(chǎn)生的VOCs占總量的25%左右，對(duì)標(biāo)《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》（環(huán)大氣〔2017〕121號(hào)），雖然能達(dá)標(biāo)排放，但僅處于《江西省涉VOCs重點(diǎn)行業(yè)績(jī)效評(píng)級(jí)指南（試行）》［7］C級(jí)，仍存在較大的改進(jìn)空間。因此，在汽車(chē)零部件行業(yè)噴漆（涂裝）工段選擇環(huán)保型、低VOCs產(chǎn)生量的水溶性原輔材料［8］，從源頭控制污染物的產(chǎn)生是實(shí)現(xiàn)VOCs控制的首要思路與步驟。例如，陜西某汽車(chē)零部件行業(yè)將水性工業(yè)涂料應(yīng)用于變速箱表面涂裝，其涂膜表面均勻平整，不僅達(dá)到了涂裝工藝要求，而且具有附著力強(qiáng)、耐水、耐鹽霧、耐洗刷等優(yōu)點(diǎn)，可顯著降低VOCs的產(chǎn)排總量與濃度。［9］

2.2 過(guò)程控制

全過(guò)程控制一般可以分為生產(chǎn)的全過(guò)程控制、工業(yè)再生產(chǎn)過(guò)程的全過(guò)程控制和經(jīng)濟(jì)再生產(chǎn)的全過(guò)程控制，共三個(gè)層次。結(jié)合本案例的噴漆（涂裝）生產(chǎn)，可以從原輔料的管理和工藝改進(jìn)兩方面入手，進(jìn)一步控制VOCs的產(chǎn)排。

2.2.1 原輔料密閉處置

企業(yè)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果表明：企業(yè)存在油漆空桶未密閉；調(diào)漆區(qū)涂料、稀釋劑無(wú)密閉設(shè)置；噴涂區(qū)和烘干區(qū)兩端敞開(kāi)等問(wèn)題。針對(duì)上述發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，需進(jìn)一步加強(qiáng)管理，實(shí)現(xiàn)涂料、稀釋劑等原輔料的全密閉儲(chǔ)存，即油漆空桶密閉儲(chǔ)存，調(diào)漆區(qū)、噴涂區(qū)、烘干區(qū)使用的VOCs物料全密閉。改進(jìn)后，油漆空桶覆蓋率逐步達(dá)到100%，收集率達(dá)到89%以上，VOCs廢氣無(wú)組織排放量降低了73.0%。

2.2.2 涂裝工藝優(yōu)化

現(xiàn)階段，企業(yè)在噴漆工序采用的是全人工噴涂方式，具體為一次涂漆一次烘干（1C1B）的緊湊式涂裝工藝（C代表一道噴涂，B代表一道烘干）。人工空氣噴涂技術(shù)容易造成涂料過(guò)噴、利用率低的問(wèn)題，其噴涂效率一般為70%。因此，優(yōu)化噴漆（涂裝）工藝，采用目前發(fā)展較快及應(yīng)用較成熟的高效涂裝技術(shù)，如高壓無(wú)氣噴涂、自動(dòng)噴涂、靜電噴涂技術(shù)等，可有效提高涂料的利用效率［10］。

另外，還可以進(jìn)一步提高企業(yè)VOCs廢氣收集效率，如噴涂區(qū)的噴涂廢氣采用負(fù)壓收集后選用水霧除霧器處理，以減少VOCs廢氣的產(chǎn)排。

2.3 必要的末端治理

清潔生產(chǎn)不是排斥必要的末端治理，而是對(duì)傳統(tǒng)末端治理進(jìn)行揚(yáng)棄。當(dāng)企業(yè)存在VOCs廢氣的產(chǎn)排時(shí)，需采用必要的治理技術(shù)。傳統(tǒng)技術(shù)主要包括活性炭吸附法［11］、催化燃燒法［12］、冷凝回收法、靜電等離子凈化法［13］及光催化氧化法［14］，聯(lián)用的治理技術(shù)有沸石轉(zhuǎn)輪濃縮+催化燃燒［15］、活性炭吸附+催化燃燒［16］等。以上技術(shù)均有一定的VOCs治理效果，治理技術(shù)的選擇須與企業(yè)工況匹配，再綜合對(duì)比設(shè)備投資、運(yùn)營(yíng)成本、治理效率等因素，以確定最優(yōu)的處理工藝。其中，部分VOCs治理技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍如表2所示。

表2 VOCs治理技術(shù)一覽表

根據(jù)《國(guó)家新建污染防治技術(shù)目錄（VOCs）防治領(lǐng)域》，活性炭吸附+催化燃燒（蓄熱式催化燃燒RCO）凈化技術(shù)可以將中低濃度、大風(fēng)量的VOCs廢氣通過(guò)吸附濃縮轉(zhuǎn)為高濃度、低風(fēng)量的有機(jī)廢氣，然后進(jìn)行燃燒處理，以降低廢氣燃燒凈化的運(yùn)行費(fèi)用。其間，VOCs凈化效率提高到97%以上，有效減少了末端治理的VOCs排放量。

2.4 環(huán)境管理

建立VOCs廢氣管理臺(tái)賬，對(duì)含VOCs原輔料的購(gòu)買(mǎi)、存儲(chǔ)、使用及末端治理設(shè)備運(yùn)行做好記錄，增加含VOCs物料的使用流程細(xì)化、追溯、匯總功能。企業(yè)環(huán)保管理部門(mén)應(yīng)掌握各種含VOCs物料的進(jìn)貨量和流向，以及含VOCs污染物的產(chǎn)生量，從而動(dòng)態(tài)掌控企業(yè)的VOCs產(chǎn)生量。

建立VOCs自排查制度，監(jiān)督檢查企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中VOCs的排放并對(duì)末端治理設(shè)備是否正常運(yùn)行進(jìn)行排查維護(hù)。企業(yè)應(yīng)制訂《VOCs排放自查方案》，并嚴(yán)格要求企業(yè)員工按照自查方案執(zhí)行相關(guān)工作。

企業(yè)應(yīng)按《揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》增設(shè)廠內(nèi)無(wú)組織監(jiān)測(cè)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)企業(yè)無(wú)組織廢氣的VOCs排放量。

3 某汽車(chē)零部件行業(yè)VOCs的控制效果

根據(jù)企業(yè)VOCs“一企一策”的治理方案，對(duì)烘干工藝進(jìn)行原輔料密閉處置改造，調(diào)漆、流平和噴漆工藝增加水幕除漆霧措施，與烘干工藝產(chǎn)生的VOCs一并經(jīng)負(fù)壓收集后，通過(guò)活性炭吸附+催化燃燒（RCO）處理后達(dá)標(biāo)排放。（見(jiàn)圖2）

圖2 治理方案實(shí)施前后VOCs廢氣排放量估算

如圖2（a）所示，烘干工藝處理措施改進(jìn)后有組織排放量大幅削減了69.8%，無(wú)組織排放量削減了7.4%，收集效率從89.19%升高到90%，處理效率從90%增至97%，滿足《江西省表面涂裝行業(yè)VOCs污染防治技術(shù)指南》的要求。圖2（b）為涂裝工序處理前后的變化情況，調(diào)漆、流平、噴漆工藝有組織排放量大幅削減了60.6%，無(wú)組織排放量大幅削減了89.3%；收集效率和處理效率分別顯著提高到90%和97%。VOCs廢氣消減量共計(jì)13.94噸/年。

現(xiàn)階段，汽車(chē)零部件企業(yè)的產(chǎn)能為33.13萬(wàn)套/年，企業(yè)VOCs廢氣治理措施改善后，廢氣有組織排放量和濃度分別為1.236噸/年和1.254mg/m3；排放總量和濃度分別為5.812噸/年和9.2mg/m3?？紤]到汽車(chē)零部件企業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)能為50萬(wàn)套/年，滿產(chǎn)情況下VOCs廢氣有組織排放量和濃度分別為1.864噸/年和1.891mg/m3；排放總量和濃度分別為8.771噸/年和13.9mg/m3，仍能達(dá)到《揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn) 第5部分：汽車(chē)制造業(yè)》（DB36 1101.5—2019）的標(biāo)準(zhǔn)限值要求，這說(shuō)明處理處置措施有效。

4 結(jié)語(yǔ)

在清潔生產(chǎn)技術(shù)的指引下，汽車(chē)零部件行業(yè)VOCs的防治方案與措施要堅(jiān)持將源頭控制、過(guò)程控制、必要的末端治理和環(huán)境管理相結(jié)合，進(jìn)行全過(guò)程VOCs綜合防治。選擇低VOCs產(chǎn)生與排放的原輔料是有效的源頭控制措施，而嚴(yán)把原輔料的規(guī)范管理及關(guān)鍵工藝技術(shù)優(yōu)化關(guān)是實(shí)施過(guò)程控制的有效途徑。同時(shí)，必要的末端治理措施和環(huán)境管理手段的配合是現(xiàn)階段汽車(chē)行業(yè)VOCs防治的有效方法。