粉末喷涂行业污染源强估算及措施建议

2018-07-09祁洪刚

资源节约与环保 2018年6期

祁洪刚刘静

（天津市联合泰泽环境科技发展有限公司天津 300042）

引言

近年来，随着社会经济的发展和日益严格的环保要求，水泵阀门、家电、供暖换热、汽车零部件等行业需求较大，需要进行表面喷涂的产品也随之增多，粉末涂料作为一种含VOCs较低的涂料，受到市场和环保管理部门的大力推广[1]，主要应用于主要应用于建筑、装潢、家用电器、金属家具、仪器仪表、高速公路护栏、汽车和零部件、健身运动器材涂装等行业。粉末喷涂往往采用静电喷涂的方式进行喷涂，涉及到的工艺主要有前处理、静电喷涂和固化。

1 前处理污染源强估算和防治措施分析

为了使粉末涂料更好地附着在金属表面，需要对待涂装工件进行前处理，去除金属表面的氧化皮和其他杂质。目前主要的前处理工艺为喷砂、抛丸和酸洗，一般机加工类企业采用抛丸方式进行金属表面的前处理。

1.1 污染源强估算

喷砂、抛丸过程会产生颗粒物，颗粒物的产生量可根据美国俄亥俄州环境保护局和污染工程分公司编制的《逸散性工业粉尘控制技术》[2]中清理铸件的逸散尘排放因子产生系数1.25kg/t（抛丸）进行估算。

酸洗过程产生的酸雾，企业一般使用盐酸或硫酸溶液对金属表面进行处理，配酸和酸洗过程中会产生酸雾。根据《化学化工物性数据手册无机卷》P216页表3.12.3知[3]，硫酸溶液在硫酸浓度小于80%时饱和蒸汽组成中100%为水，没有硫酸；而在硫酸浓度大于81%时，饱和蒸汽的组成中才有硫酸，所以建议企业在产品工艺允许的条件下优先使用硫酸溶液作为表面处理试剂。

对于配酸或酸洗过程中产生的酸雾，可根据《环境统计手册》[4]中推荐的酸雾统计公式计算其挥发量，其计算公式如下：

式中：Gz：液体蒸发量（kg/h）；

M：液体分子量；

V：蒸发液体表面空气流速，取0.20m/s；

P：相应于酸液温度下的空气中的蒸汽分压；

F：液体蒸发面表面积。

1.2 防治措施

（1）颗粒物防治措施

目前抛丸过程中产生的颗粒物处置方法较成熟，主要使用布袋除尘器对收集的颗粒物进行处置，处置效率可达到90%～99%以上。

袋式除尘器是一种干式滤尘装置。它适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘。滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤，当含尘气体进入袋式除尘器后，颗粒大、比重大的粉尘，由于重力的作用沉降下来，落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，使气体得到净化。

（2）酸雾防治措施

酸雾的净化措施较成熟，目前主要为酸雾喷淋塔进行净化处理，净化效率能达到90%以上，但企业在安装净化设施时往往忽略了酸雾收集方式的可行性，在此本文提出以下几点建议：①充分考虑生产工艺的可操作性，选择酸雾的集气方式，一般采取侧吸风的方式；②收集位置应布置在酸雾产生的部位，距离不能太远，理论上不能超过半米；③应充分考虑集气面积、风机风量，从而实现负压收集，提高收集效率。

2 静电喷涂源强估算和防治措施分析

静电喷涂是利用电晕放电现象使粉末涂料吸附在工件上。粉末涂料由供粉系统借压缩空气送入喷枪，在喷枪前端加有高压静电发生器产生的高压，由于电晕放电，在其附近产生密集的电荷，粉末由枪嘴喷出时，形成带电涂料粒子，它受静电力的作用，被吸到与其极性相反的工件上去，随着喷上的粉末增多，电荷积聚也越多，当达到一定厚度时，由于产生静电排斥作用，便不继续吸附，从而使整个工件获得一定厚度的粉末涂层。

2.1 污染源强估算

静电喷涂一般在带负压的喷涂室内进行，会产生有组织颗粒物。有组织颗粒物的产生量可根据粉末涂料的上粉率进行估算，一般上粉率约为90%左右，其余以颗粒物的形式排放，根据物料衡算法即可计算出有组织颗粒物的产生量。

2.2 防治措施

目前静电喷涂室一般会配套“旋风除尘及滤芯除尘器”对产生的有组织颗粒物进行收集净化或者直接用布袋除尘器进行净化，上述除尘器的效率均能达到90%以上。

旋风除尘是使含尘气流作旋转运动，借助于离心力将尘粒从气流中分离并捕集于器壁，再借助重力作用使尘粒落入灰斗。为了净化器收集的涂料颗粒物便于回收利用，建议企业使用旋风除尘+滤芯除尘器进行除尘。

3 固化源强估算和防治措施分析

为得到产品所需要的工件表面效果，喷涂好的工件需送入固化炉进行固化，固化温度介于140～200℃之间，固化时间约为15～20分钟，固化过程中会有VOCs产生。挥发性有机物（VOCs）是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要前体物，主要来源于化工生产、燃料涂料制造、溶剂涂料使用等过程，部分VOCs具有致癌、致突变、致畸作用，可直接对人体健康造成危害。

粉末涂料是高分子合成材料之一，目前市场上使用较多的是环氧树脂粉末涂料，其主要成分见下表。

表1 环氧树脂粉末主要成分一览表

3.1 污染源强估算

由于粉末涂料中小分子挥发物质含量无法确定，所以固化过程中VOCs的产生量主要通过同类企业实测的污染源强进行类比或者根据《浙江省工业涂装工序挥发性有机物排放量计算暂行方法》[5]附表中粉末涂料VOCs含量的参考值进行估算，其值为涂料中环氧树脂的2%。由于实测值一般较小，考虑到环境影响评价分析的是不利条件下对环境的影响，所以本文建议在评价过程中源强的估算利用参考值进行估算。

3.2 防治措施

由于环氧树脂粉末涂料在固化过程中产生的挥发性有机物VOCs较少，目前企业使用较多的净化方法为UV光催化氧化法或低温等离子法。由于低温等离子设备容易出现火灾和爆炸等安全事故，所以环保治理市场目前主要推广UV光催化氧化法。

UV光氧催化原理为利用高能高臭氧UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧，即活性氧，因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合，进而产生臭氧，然后通过臭氧对有机物进行氧化以达到分解有机物的目的。挥发性有机废气VOCs进入净化器，净化器内特制高能高臭氧UV紫外线光束照射有机废气，在高能紫外线光束照射下，有机废气降解转变成低分子化合物CO2、H2O等，净化废气最后通过排气筒排入环境空气。

UV光氧催化处理低浓度有机废气目前属于较成熟、应用较广的有机废气处理方法，其具备占地面积小，性能稳定，可直接将有机废气完全氧化成无毒无害的物质，不留二次污染等优点，但由于市场上设备厂家的鱼龙混杂，目前普遍认为该方法对恶臭污染物的处理效果较好，对其他有机废气的净化效率较低，一般认为其净化效率在50%～60%左右。