表面涂装企业VOCs 污染防治措施研究

厦门市环境科学研究院 吴艳聪

表面涂装企业VOCs 污染防治措施研究

厦门市环境科学研究院 吴艳聪

该文阐述挥发性有机物（VOCs）的危害及治理背景，分析涂装行业VOCs的产污环节，从源头控制、过程管理、末端治理等方面分析了表面涂装企业防治VOCs污染存在的普遍问题，并提出相应的防治措施，促进VOCs污染的规范整治。

表面涂装企业 VOCs污染 治理技术

挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs），是指20℃下蒸汽压≥0.01kPa，或者特定条件下具有挥发性的全部有机化合物的统称，除本身具有污染外，VOCs也是产生臭氧、形成细颗粒物的重要前体物，是造成城市光化学污染及灰霾的主要成因之一[1]。《“十三五”生态环境保护规划》将表面涂装行业列入VOCs污染削减控制的重点行业。由于企业污染防治能力参差不齐，制约整体治理进展。本文结合企业现场调研中发现的问题，从源头控制、过程管理及末端治理等方面提出对应的防治措施，以期促进企业对VOCs污染的规范整治。

1 表面涂装企业防治VOCs的主要措施

表面涂装涉及多个行业，以厦门市为例，主要有眼镜架制造、汽车喷涂、家具制造、集装箱制造、运动器械制造等行业，涂装原料普遍以溶剂型涂料为主。涂装工序由预处理、涂布、流平、烘干等步骤组成，除少数工件需要有机溶剂清洗外，预处理步骤一般不产生VOCs排放。VOCs主要来源于涂料的调配、运送、喷涂、流平、烘干等环节。因此，相应的污染控制措施包括源头控制、过程管理和末端治理，通过采用低（无）VOCs的原辅材料、推广先进的生产工艺、完善废气收集，选用并维持稳定有效的治理系统等，减少VOCs污染排放。

1.1 源头控制

源头控制是指从工艺的开端减少VOCs的输入量，从而实现整个生产过程VOCs减排的目的。对于表面涂装企业，源头控制可以从两个方面着手，一是选用环境标志产品认证的低（无）VOCs的原辅材料，如高固含量涂料、紫外光固化（UV）涂料、水性涂料、粉末涂料等，直接减少 VOCs输入量。二是通过改进喷涂的方式，提高涂料的传递效率。据调研，目前大多数企业采用手动空气喷枪进行作业，传递效率通常只有25%～40%左右，效率较低，而先进的旋杯式雾化静电喷涂传递效率可提高至 90%以上[2]。另外，家具制造的平面状板材采用辊涂工艺，配合使用UV涂料，涂着效率接近100%；汽车制造采用整车电泳，涂装效率90%～95%。因此，企业可根据工件特点，选用合适的涂装方式，提高涂料的传递效率，降低含VOCs涂料的使用量。

1.2 过程管理

过程管理是指企业在生产过程中做好VOCs废气所有可能逸散环节的管控。企业往往只注意喷涂工艺的污染治理，而忽视其他产污环节。目前，大多数企业存在调漆废气未收集处理、涂料运送过程未密闭、流平环节废气未收集，产生的废涂料桶、废溶剂桶、废渣未密闭存放等问题。针对这些问题，首先应完善废气收集系统，将调漆、喷涂、流平、烘干等废气并入处理设施。其次，制定含VOCs原辅材料的使用规范，强调使用过程的密闭措施。最后，培养员工的环保意识，加强生产过程的操作监督考核，督促员工养成良好的操作习惯，如进出生产车间随手关门，禁止原辅材料随意敞开，禁止打开门窗排放废气等。

1.3 末端治理

表面涂装行业的VOCs废气应结合工序特点分类收集治理。喷涂环节废气风量大，VOCs浓度低，且夹带漆雾颗粒；烘干环节风量小，废气浓度高，需要热风；调漆、流平环节风量小，废气浓度低，废气不含颗粒。因此，烘干废气宜单独处理，可以采用直接燃烧或者辅助燃烧的手段，并回用燃烧热能。喷涂环节的废气需要进行前处理，否则漆雾进入处理设施后所含的树脂将固化，会影响设备使用寿命及处理效率。喷涂废气经前处理后，与调漆、流平等环节废气并管收集，进入废气治理设施。处理流程见图1、图2。

图1 烘干废气处理流程

图2 其他废气合并处理流程

1.3.1 喷涂废气前处理

喷涂废气前处理主要去除漆雾。去除方法有干法、湿法和静电法，其中以干法和湿法最为常见，静电法适合水性漆喷涂且需要风循环利用的特殊场合[3]，在厦门市涂装行业未见使用案例。

干法是使用金属过滤网、滤布、过滤棉、无纺布等滤材将漆雾拦截，缺点在于滤料阻力会随拦截量增加而加大，需要定期更换，比较适合涂料用量较少的涂装生产线，如汽车维修店喷漆房。

湿法常见的有水帘喷淋式、水旋式（含文丘里型、漩涡型）等。利用惯性或离心力将颗粒状的漆雾携入水中，与水中添加的化学药剂反应，使漆雾颗粒失去黏性，絮凝成团，在水中沉淀而被取出，水体再补充药剂后循环使用。需要特别注意的是，废气通过湿法去除漆雾后，含湿量大，废气中的水分子会与气体分子在活性炭吸附中产生竞争，导致活性炭吸附效能下降，甚至使已吸附的气体分子脱附[4]。因此，使用湿法除漆雾，后续必须增加拦截水汽的装置，并且要定期更换。

漆雾的去除效果可通过简单的肉眼观察来评价，目测排气管道不被喷涂料着色为佳。

1.3.2 废气后处理

VOCs废气治理技术种类很多，需要根据废气的风量及浓度，结合处理效率、治理设施投入等具体情况来选择较为合适的处理工艺，可参考表1。

表1 表面涂装行业常用的VOCs治理技术应用情况[5]

总体而言，吸收法、生物法、低温等离子法、紫外光催化法因各种原因在涂装行业的废气净化上少有应用案例。例如，在生物法中，微生物分解有机物的速率较慢，要求废气的水溶性强且过气速度慢，不适合高风量的溶剂型喷涂[6]；吸收法采用的吸收剂技术含量高，吸收剂需要再生、循环使用，要配套吸收剂的热脱附及脱附气体的低温冷凝设施，能耗较高，设备占地面积大，设备易受腐蚀；低温等离子法作为一项新的技术，目前对于其作用机理研究还不够充分，一般净化效率低于70%，如果反应器设计不当，则净化效率会更低[7]。紫外光催化法因存在催化剂易中毒失活、不易固定，及催化剂催化活性不高等问题，导致了治理效率存在较大波动，因而限制其实际应用[8]。

从治理效率看，燃烧方式最为稳定高效，可达95%以上。VOCs的燃烧处理方式涉及多种技术的复合应用，由于废气初始浓度较低，一般采用活性炭进行吸附富集再热脱附，提高废气浓度后进入蓄热式燃烧室燃烧。常见的有吸附浓缩+催化蓄热燃烧技术、吸附浓缩+蓄热燃烧技术，两者的区别在于，前者因采用催化剂则所需温度较低，为300～400℃，后者温度较高，为680～900℃。因而前者外加燃料的消耗较少，更加节能，但是催化剂有一定的使用寿命，铅、硫等元素和高温因素等会引起催化剂失效，其应用受到一定的局限[9]。此外，活性炭经热脱附再生后，可延长活性炭的使用周期，但必须注意的是，废气组分若有酮类化合物存在，会引起活性炭的燃点降低，热空气脱附的再生过程中容易发生着火现象。为避免活性炭热脱附的着火问题，一要控制热脱附的温度，二是采用低压蒸汽脱附，三是把活性炭替换成沸石，采用转轮式沸石替代活性炭。用活性炭吸附的治理设施，技术含量低，装置简单，初期投入小，适合排污总量小的企业，如涉及喷漆的汽车维修店。但必须注意的是，活性炭吸附饱和后要及时替换，否则在夏天等高温环境下，活性炭有自燃现象，业主可以安装PID式的VOCs浓度在线监控设备，根据在线监控的VOCs排放浓度数据判断何时替换活性炭。

2 结论

强调VOCs废气的密闭收集及排放削减已在全国范围内达成共识。近年来，各省市先后出台了与VOCs相关的地方新标准，新标准均降低排放标准限值，甚至有些地方将无组织监测点位从之前的厂界外1m改变为生产车间门窗外或设备外1m，意在加严对无组织排放的管控。

表面涂装企业的VOCs污染防治应从源头控制、过程管理及末端治理等三个方面着手。建议在源头管理上采用环保涂料，改进喷涂方式，提高传递效率；在过程管理中，完善废气的收集系统，规范含VOCs原辅材料的密闭操作；在末端治理中，烘干废气宜单独收集处理，喷涂废气等并管后选用高效、稳定的废气治理工艺设施，若用活性炭吸附时，注意废气的含湿问题及活性炭的饱和更替，运行期间做好设施的维护保养工作，确保VOCs废气的达标排放。

[1] 李晓亮,李京,曹凤中. 我国需协同严加管控挥发性有机污染物(VOCs)的发展的势头[J]. 黑龙江环境通报,2016(3):1-3.

[2] 李鹏，张伦周.自动静电喷涂工艺简述[J].涂装工艺,2015,18(11):25-28.

[3] 王锡春,李文刚. 喷漆室节能减排环保的新思路——由湿式漆雾捕集装置转换成干式或静电漆雾捕集装置[J]. 现代涂料与涂装,2010(6):41-47.

[4] 周剑峰,吴祖成. 不同条件对活性炭吸附挥发性有机物的影响[J]. 浙江大学学报(理学版),2013,40(2):201-206.

[5] 广东省环境保护厅. 广东省家具制造业挥发性有机废气治理技术指南[Z]. 2015.

[6] 孙佩石.生物法净化低浓度挥发性有机废气的动力学模式研究[J]. 上海环境科学，1997,16(8):13-14.

[7] 刘祥,陈文清.挥发性有机污染物处理技术综述研究[J]. 科技经济市场，2015(3):186-187.

[8] 汪涵,郭桂悦,周玉莹,等.挥发性有机废气治理技术的现状与进展[J]. 化工进展，2009,28(10):1833-1841.

[9] 唐运雪.有机废气处理技术及前景展望[J]. 湖南有色金属，2005,21(5): 31-35.