來源:《海峽科學(xué)》 作者:吳艷聰
摘要：該文闡述揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的危害及治理背景,分析涂裝行業(yè)VOCs的產(chǎn)污環(huán)節(jié),從源頭控制、過程管理、末端治理等方面分析了表面涂裝企業(yè)防治VOCs污染存在的普遍問題,并提出相應(yīng)的防治措施,促進(jìn)VOCs污染的規(guī)范整治。
揮發(fā)性有機(jī)物(volatileorganiccompounds，VOCs)，是指20℃下蒸汽壓≥0.01kPa，或者特定條件下具有揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物的統(tǒng)稱，除本身具有污染外，VOCs也是產(chǎn)生臭氧、形成細(xì)顆粒物的重要前體物，是造成城市光化學(xué)污染及灰霾的主要成因之一。《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》將表面涂裝行業(yè)列入VOCs污染削減控制的重點(diǎn)行業(yè)。由于企業(yè)污染防治能力參差不齊，制約整體治理進(jìn)展。本文結(jié)合企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的問題，從源頭控制、過程管理及末端治理等方面提出對(duì)應(yīng)的防治措施，以期促進(jìn)企業(yè)對(duì)VOCs污染的規(guī)范整治。
1表面涂裝企業(yè)防治VOCs的主要措施
表面涂裝涉及多個(gè)行業(yè)，以廈門市為例，主要有眼鏡架制造、汽車噴涂、家具制造、集裝箱制造、運(yùn)動(dòng)器械制造等行業(yè)，涂裝原料普遍以溶劑型涂料為主。涂裝工序由預(yù)處理、涂布、流平、烘干等步驟組成，除少數(shù)工件需要有機(jī)溶劑清洗外，預(yù)處理步驟一般不產(chǎn)生VOCs排放。VOCs主要來源于涂料的調(diào)配、運(yùn)送、噴涂、流平、烘干等環(huán)節(jié)。因此，相應(yīng)的污染控制措施包括源頭控制、過程管理和末端治理，通過采用低(無)VOCs的原輔材料、推廣先進(jìn)的生產(chǎn)工藝、完善廢氣收集，選用并維持穩(wěn)定有效的治理系統(tǒng)等，減少VOCs污染排放。
1.1源頭控制
源頭控制是指從工藝的開端減少VOCs的輸入量，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程VOCs減排的目的。對(duì)于表面涂裝企業(yè)，源頭控制可以從兩個(gè)方面著手，一是選用環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證的低(無)VOCs的原輔材料，如高固含量涂料、紫外光固化(UV)涂料、水性涂料、粉末涂料等，直接減少VOCs輸入量。二是通過改進(jìn)噴涂的方式，提高涂料的傳遞效率。據(jù)調(diào)研，目前大多數(shù)企業(yè)采用手動(dòng)空氣噴槍進(jìn)行作業(yè)，傳遞效率通常只有25%～40%左右，效率較低，而先進(jìn)的旋杯式霧化靜電噴涂傳遞效率可提高至90%以上。另外，家具制造的平面狀板材采用輥涂工藝，配合使用UV涂料，涂著效率接近100%;汽車制造采用整車電泳，涂裝效率90%~95%。因此，企業(yè)可根據(jù)工件特點(diǎn)，選用合適的涂裝方式，提高涂料的傳遞效率，降低含VOCs涂料的使用量。
1.2過程管理
過程管理是指企業(yè)在生產(chǎn)過程中做好VOCs廢氣所有可能逸散環(huán)節(jié)的管控。企業(yè)往往只注意噴涂工藝的污染治理，而忽視其他產(chǎn)污環(huán)節(jié)。目前，大多數(shù)企業(yè)存在調(diào)漆廢氣未收集處理、涂料運(yùn)送過程未密閉、流平環(huán)節(jié)廢氣未收集，產(chǎn)生的廢涂料桶、廢溶劑桶、廢渣未密閉存放等問題。針對(duì)這些問題，首先應(yīng)完善廢氣收集系統(tǒng)，將調(diào)漆、噴涂、流平、烘干等廢氣并入處理設(shè)施。其次，制定含VOCs原輔材料的使用規(guī)范，強(qiáng)調(diào)使用過程的密閉措施。最后，培養(yǎng)員工的環(huán)保意識(shí)，加強(qiáng)生產(chǎn)過程的操作監(jiān)督考核，督促員工養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，如進(jìn)出生產(chǎn)車間隨手關(guān)門，禁止原輔材料隨意敞開，禁止打開門窗排放廢氣等。
1.3末端治理
表面涂裝行業(yè)的VOCs廢氣應(yīng)結(jié)合工序特點(diǎn)分類收集治理。噴涂環(huán)節(jié)廢氣風(fēng)量大，VOCs濃度低，且夾帶漆霧顆粒;烘干環(huán)節(jié)風(fēng)量小，廢氣濃度高，需要熱風(fēng);調(diào)漆、流平環(huán)節(jié)風(fēng)量小，廢氣濃度低，廢氣不含顆粒。因此，烘干廢氣宜單獨(dú)處理，可以采用直接燃燒或者輔助燃燒的手段，并回用燃燒熱能。噴涂環(huán)節(jié)的廢氣需要進(jìn)行前處理，否則漆霧進(jìn)入處理設(shè)施后所含的樹脂將固化，會(huì)影響設(shè)備使用壽命及處理效率。噴涂廢氣經(jīng)前處理后，與調(diào)漆、流平等環(huán)節(jié)廢氣并管收集，進(jìn)入廢氣治理設(shè)施。處理流程見圖1、圖2。
1.3.1噴涂廢氣前處理
噴涂廢氣前處理主要去除漆霧。去除方法有干法、濕法和靜電法，其中以干法和濕法較為常見，靜電法適合水性漆噴涂且需要風(fēng)循環(huán)利用的特殊場(chǎng)合，在廈門市涂裝行業(yè)未見使用案例。
干法是使用金屬過濾網(wǎng)、濾布、過濾棉、無紡布等濾材將漆霧攔截，缺點(diǎn)在于濾料阻力會(huì)隨攔截量增加而加大，需要定期更換，比較適合涂料用量較少的涂裝生產(chǎn)線，如汽車維修店噴漆房。
濕法常見的有水簾噴淋式、水旋式(含文丘里型、漩渦型)等。利用慣性或離心力將顆粒狀的漆霧攜入水中，與水中添加的化學(xué)藥劑反應(yīng)，使漆霧顆粒失去黏性，絮凝成團(tuán)，在水中沉淀而被取出，水體再補(bǔ)充藥劑后循環(huán)使用。需要特別注意的是，廢氣通過濕法去除漆霧后，含濕量大，廢氣中的水分子會(huì)與氣體分子在活性炭吸附中產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致活性炭吸附效能下降，甚至使已吸附的氣體分子脫附。因此，使用濕法除漆霧，后續(xù)必須增加攔截水汽的裝置，并且要定期更換。
漆霧的去除效果可通過簡(jiǎn)單的肉眼觀察來評(píng)價(jià)，目測(cè)排氣管道不被噴涂料著色為佳。
1.3.2廢氣后處理
VOCs廢氣治理技術(shù)種類很多，需要根據(jù)廢氣的風(fēng)量及濃度，結(jié)合處理效率、治理設(shè)施投入等具體情況來選擇較為合適的處理工藝，可參考表1。
總體而言，吸收法、生物法、低溫等離子法、紫外光催化法因各種原因在涂裝行業(yè)的廢氣凈化上少有應(yīng)用案例。例如，在生物法中，微生物分解有機(jī)物的速率較慢，要求廢氣的水溶性強(qiáng)且過氣速度慢，不適合高風(fēng)量的溶劑型噴涂;吸收法采用的吸收劑技術(shù)含量高，吸收劑需要再生、循環(huán)使用，要配套吸收劑的熱脫附及脫附氣體的低溫冷凝設(shè)施，能耗較高，設(shè)備占地面積大，設(shè)備易受腐蝕;低溫等離子法作為一項(xiàng)新的技術(shù)，目前對(duì)于其作用機(jī)理研究還不夠充分，一般凈化效率低于70%，如果反應(yīng)器設(shè)計(jì)不當(dāng)，則凈化效率會(huì)更低。紫外光催化法因存在催化劑易中毒失活、不易固定，及催化劑催化活性不高等問題，導(dǎo)致了治理效率存在較大波動(dòng)，因而限制其實(shí)際應(yīng)用。
從治理效率看，燃燒方式較為穩(wěn)定高效，可達(dá)95%以上。VOCs的燃燒處理方式涉及多種技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用，由于廢氣初始濃度較低，一般采用活性炭進(jìn)行吸附富集再熱脫附，提高廢氣濃度后進(jìn)入蓄熱式燃燒室燃燒。常見的有吸附濃縮+催化蓄熱燃燒技術(shù)、吸附濃縮+蓄熱燃燒技術(shù)，兩者的區(qū)別在于，前者因采用催化劑則所需溫度較低，為300～400℃，后者溫度較高，為680～900℃。因而前者外加燃料的消耗較，更加節(jié)能，但是催化劑有一定的使用壽命，鉛、硫等元素和高溫因素等會(huì)引起催化劑失效，其應(yīng)用受到一定的局限[9]。此外，活性炭經(jīng)熱脫附再生后，可延長活性炭的使用周期，但必須注意的是，廢氣組分若有酮類化合物存在，會(huì)引起活性炭的燃點(diǎn)降低，熱空氣脫附的再生過程中容易發(fā)生著火現(xiàn)象。為避免活性炭熱脫附的著火問題，一要控制熱脫附的溫度，二是采用低壓蒸汽脫附，三是把活性炭替換成沸石，采用轉(zhuǎn)輪式沸石替代活性炭。用活性炭吸附的治理設(shè)施，技術(shù)含量低，裝置簡(jiǎn)單，初期投入小，適合排污總量小的企業(yè)，如涉及噴漆的汽車維修店。但必須注意的是，活性炭吸附飽和后要及時(shí)替換，否則在夏天等高溫環(huán)境下，活性炭有自燃現(xiàn)象，業(yè)主可以安裝PID式的VOCs濃度在線監(jiān)控設(shè)備，根據(jù)在線監(jiān)控的VOCs排放濃度數(shù)據(jù)判斷何時(shí)替換活性炭。
2結(jié)論
強(qiáng)調(diào)VOCs廢氣的密閉收集及排放削減已在全國范圍內(nèi)達(dá)成共識(shí)。近年來，各省市先后出臺(tái)了與VOCs相關(guān)的地方新標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)均降低排放標(biāo)準(zhǔn)限值，甚至有些地方將無組織監(jiān)測(cè)點(diǎn)位從之前的廠界外1m改變?yōu)樯a(chǎn)車間門窗外或設(shè)備外1m，意在加嚴(yán)對(duì)無組織排放的管控。
表面涂裝企業(yè)的VOCs污染防治應(yīng)從源頭控制、過程管理及末端治理等三個(gè)方面著手。建議在源頭管理上采用環(huán)保涂料，改進(jìn)噴涂方式，提高傳遞效率;在過程管理中，完善廢氣的收集系統(tǒng)，規(guī)范含VOCs原輔材料的密閉操作;在末端治理中，烘干廢氣宜單獨(dú)收集處理，噴涂廢氣等并管后選用高效、穩(wěn)定的廢氣治理工藝設(shè)施，若用活性炭吸附時(shí)，注意廢氣的含濕問題及活性炭的飽和更替，運(yùn)行期間做好設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)工作，確保VOCs廢氣的達(dá)標(biāo)排放。
