修造船行业挥发性有机物治理分析

2022-11-04张晓明

中国资源综合利用 2022年10期

张晓明

（山东省威海生态环境监测中心，山东威海 264200）

挥发性有机物（VOCs）为参与大气光化学反应的有机化合物，而VOCs 是形成细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的重要前提物。研究表明，VOCs 是现阶段O3生成的主控因子。目前，国家已将间/对二甲苯、乙烯、丙烯、甲醛、甲苯、乙醛、1,3-丁二烯、三甲苯、邻二甲苯、苯乙烯等VOCs 确定为需要重点控制的臭氧前体物，其中间/对二甲苯、甲苯、三甲苯、邻二甲苯等苯系物主要来源于表面涂装过程所使用的溶剂型涂料。据调查，2017年，威海市VOCs 排放量约为3.55 万t，其中溶剂使用源排放1.16 万t，占比达32.7%，对区域臭氧的生成贡献突出。针对上述情况，笔者以溶剂型涂料使用量较大的修造船企业为重点，对修造船行业VOCs 治理情况进行调研，以期对今后区域O3污染防治有所帮助。

1 修造船企业溶剂型涂料使用及VOCs 处理的基本情况

1.1 油漆（溶剂型涂料）使用情况

以威海市某大型修造船企业为例，造船工艺油漆及稀释剂设计使用量如表1所示，修船工艺油漆及稀释剂设计使用量如表2所示。

表1 造船工艺油漆及稀释剂设计使用量

表2 修船工艺油漆及稀释剂设计使用量

1.2 VOCs 产生环节

造船工艺VOCs 产污环节主要为分段涂装工序及完工涂装工序；修船工艺VOCs 产污环节主要为零部件喷涂工序和零部件补漆工序。其中，造船工艺分段涂装工序、修船工艺零部件喷涂工序均在标准化涂装车间内进行，造船工艺完工涂装工序及修船工艺部分零部件安装后补漆工序在露天船坞进行。

涂装车间采用的喷漆工艺是高压无气喷涂。喷涂部位一般分为压载舱、货舱、机舱、空舱、外板和住舱。涂装车间均采用电加热机组加热烘干，烘干温度约为50 ℃，时间约为 60 min。造船工艺完工涂装工序在船台（或船坞）合拢成型后进行，将船体零部件、分段、总段在船台（或船坞）上装焊成船体，在船坞内通过吊车将各分段组合、安装，中间会涉及船体合拢缝的焊接和补漆。受作业空间限制，相关作业均在露天进行。虽然修船工艺部分零部件安装后补漆工序在露天船坞操作，但具体作业点位多在船体内。

1.3 VOCs 治理情况

涂装车间喷漆间采用密闭空间作业，使用“干式过滤器+活性炭吸附床+催化燃烧脱附装置”，该废气治理设施基本参数如表3所示。造船工艺完工涂装工序目前尚无有效的VOCs 收集处理措施。修船工艺船坞补漆过程中有少量喷漆废气产生，补漆工序主要在船舱中进行，产生的少量喷漆废气经移动式活性炭吸附装置吸附处理后无组织排放。

表3 涂装工场VOCs 废气治理设施基本参数

1.4 设计VOCs 排放情况

分段涂装工序采用“干式过滤器+活性炭吸附床+催化燃烧脱附装置”进行有机废气处理，废气收集效率为95%，有机废气VOCs 处理效率取95%。造船工艺完工涂装工序喷漆及风干过程产生的VOCs 全部无组织排放。修船工艺船坞补漆工序主要在船舱中进行，产生的少量喷漆废气经移动式活性炭吸附装置吸附处理后无组织排放。通过物料平衡计算可知，该修造船企业VOCs 排放量为27.916 9 t，其中二甲苯排放量11.968 4 t。

2 调研过程中发现的主要问题

2.1 源头替代工作开展不利

当前，要严格落实国家和地方产品VOCs 含量限值标准，大力推进低（无）VOCs 含量原副材料替代。有关标准[1]对修造船行业所用底漆、面漆、防污漆、维修漆等主要涂料的VOCs做出限量要求，根据该标准，对该修造船厂使用的主要涂料VOCs 含量进行核算，结果表明，企业提供的13 种涂料中，符合要求的有8种，不符合要求的有5 种。对照相关标准[2]进行核算得知，企业提供的13 种涂料中，能够达到要求的仅有3 种。其中1 种无溶剂环氧漆，VOCs 含量为123 g/L，但并未达到无溶剂涂料标准要求（限值60 g/L）。

2.2 无组织排放控制存在盲点

当前，企业要全面执行有关标准[3]，在保证安全的前提下，在无组织排放排查整治过程中加强含VOCs 物料的全方位、全链条、全环节密闭管理。相关技术规范[4]规定，船舶及相关装置制造业排污单位船坞、码头、平台室外喷涂作业宜采取有效的有机废气收集处理措施，船坞区船舱室涂装作业应设有临时收集处理设施。现场调研发现，该修造船企业主要无组织排放点位为船坞等室外涂装作业区，从2021年油漆、稀料用量统计情况看，室外涂装作业区VOCs物料用量高达93 019.5 L，占物料总量的19.2%。由于缺乏有效治理手段，该厂区无组织排放VOCs 数量高达数十吨，存在超总量排放风险。

2.3 现有VOCs 治理设施有待进一步改造

目前，该修造船企业涂装车间采用“干式过滤器+活性炭吸附床+催化燃烧脱附装置”处理挥发性有机废气。其中，干式过滤器采用进口玻璃纤维过滤棉去除废气中的漆雾、粉尘和水等，净化后的废气进入活性炭吸附床，吸附饱和的活性炭通过热空气进行脱附再生，脱附的高浓度有机废气通过催化床进行催化燃烧，最终去除VOCs。调研发现，涂装车间采用电加热机组对工件表面涂层进行烘干加热，烘干过程产生的废气温度不符合“进入吸附装置的废气温度宜低于40 ℃”[5]的基本要求；企业设计处理风量为110 000 m3/h，排气筒内径为1.6 m，核算气体流速为15.2 m/s，远高于1.2 m/s 的标准；其他颗粒物含量、蜂窝活性炭比表面积等参数均不符合相关技术规范要求，现有有组织VOCs 治理设施难以保证净化效率大于90%。

3 修造船行业VOCs 治理建议

3.1 大力推进源头替代，有效减少VOCs 产生

该修造船企业并未严格落实相关标准要求，不符合《船舶涂料中有害物质限量》（GB 38469—2019）的涂料种类占比高达38%；符合《低挥发性有机化合物含量涂料产品技术要求》（GB/T 38597—2020）的涂料种类占比仅为23%。从企业提供的油漆使用情况看，虽然低VOCs 含量涂料种类不多，但其用量已占涂料使用总量（体积比）的46.7%，部分船舶低VOCs 含量涂料用量占比甚至超过90%。这说明低VOCs 含量涂料研发及推广使用已经成熟，进一步推进船舶涂料源头替代已成为当务之急。

3.2 全面加强无组织排放管理，重点控制露天喷涂

对于大型构件（船舶、钢结构），应实施分段涂装，废气进行收集治理；对于确需露天涂装的，应采用符合国家或地方标准要求的低（无）VOCs 含量涂料，或使用移动式废气收集治理设施。2021年，该修造船企业露天涂装区域涂料使用量为93 019.5 L，其中符合国家或地方标准要求的低（无）VOCs 含量涂料使用量约为38 218 L，占比为41.08%。按照相关要求，54 801.5 L 非低（无）VOCs 含量涂料使用过程应采用移动式废气治理装置。企业应进一步加大研发投入，设计适合船坞、平台露天喷漆作业的废气收集处理装置，有效处理露天作业产生的VOCs。

3.3 稳步提升VOCs 治理设施处理效能

活性炭吸附+催化燃烧技术是当前较为高效的VOCs 治理工艺，但该修造船企业涂装车间建设时间较早，当时技术尚不成熟，因此吸附温度、气体流速等关键参数不符合现状设计规范。针对烘干废气温度较高、不符合吸附条件的情况，使用溶剂型涂料的生产线烘干废气宜采用燃烧方式单独处理，具备条件的可采用回收式热力燃烧装置。严格按技术规范对现有VOCs 治理设施进行改造，切实提高VOCs 治理效率，是该修造船企业当前面临的重要环保工作任务。