【重磅】重點工業(yè)涂裝行業(yè)VOC減排方法！
2023-04-26 10:46:34
admin
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揮發(fā)性有機物(VOCs)是生成近地面臭氧(O3)的重要前體物，已成為包括中國在內(nèi)的不同地區(qū)近地面O3生成的主要驅(qū)動因素，據(jù)研究，大多數(shù)危險的VOCs排放均來自人為源，其中苯、甲苯、乙苯和二甲苯是對人類毒性最大的揮發(fā)性有機物之一，主要來自化工行業(yè)以及溶劑使用等，鑒于其對環(huán)境和人類健康的不利影響，必須減少VOCs人為源排放。人為源中，工業(yè)涂裝行業(yè)大量使用油墨、稀釋劑和油墨清潔劑等溶劑，研究表明，2018年、2019年我國工業(yè)涂裝行業(yè)VOCs排放量分別為349.8×10…^4、331.0×10^4t，其VOCs排放占工業(yè)源VOCs排放總量的20%以上，且工業(yè)涂裝行業(yè)VOCs排（涂裝線及廢氣治理設(shè)備廠家：樊13141458653）放量仍呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢。工業(yè)涂裝行業(yè)在生產(chǎn)過程中所使用的涂料，尤其是溶劑型涂料，是造成揮發(fā)性有機物排放的重要污染源之一，尤其是部分成分(如甲苯、對二甲苯、丁烯、丁二烯和丙酮等)為中高等光化學(xué)活性的VOCs，是近地面大氣臭氧形成的主要因素。工業(yè)涂裝VOCs排放主要來自汽車、設(shè)備制造、家具制造等行業(yè)，廢氣產(chǎn)生量大、成分復(fù)雜、濃度波動大，治理較為困難，2019年生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》中明確指出工業(yè)涂裝行業(yè)是需要全面加強VOCs綜合治理的重點行業(yè)之一。因此，開展工業(yè)涂裝VOCs減排研究，在行業(yè)內(nèi)實施有效的VOCs控制策略是當前重要的研究方向。國內(nèi)外對工業(yè)涂裝行業(yè)的研究主要集中在工業(yè)涂裝VOCs排放及影響因素、減排技術(shù)評價及不同措施的VOCs減排效果及潛力、VOCs排放組分以及對健康的影響等。而針對中國工業(yè)涂裝行業(yè)揮發(fā)性有機物無組織排放量大、末端處理成本高、水性等低VOCs涂料能更有效地促進污染減排的狀況，尚缺少全過程減排效率評價或個性化措施的評估以及減排潛力測算。該研究選取重點工業(yè)涂裝行業(yè)，開展VOCs治理技術(shù)評估，識別VOCs治理的薄弱環(huán)節(jié)，開展VOCs深度減排策略和減排潛力研究，提出不同工業(yè)涂裝行業(yè)全過程控制技術(shù)路線建議，旨在為工業(yè)涂裝行業(yè)VOCs全過程控制提供參考和支持。當前工業(yè)涂裝行業(yè)主要廢氣污染物控制方法包括工藝改進和末端治理技術(shù)，為評價工業(yè)涂裝行業(yè)各環(huán)節(jié)技術(shù)對廢氣污染物排放的影響，該研究選取家具、汽車整車、汽車零部件、集裝箱、機械制造、船舶、鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)，針對其源頭替代、涂裝工藝、技術(shù)和（涂裝線及廢氣治理設(shè)備廠家：樊13141458653）設(shè)備、無組織排放收集以及末端治理等方面，開展調(diào)查實測研究。源頭替代方面，該研究收集重點行業(yè)不同工序、不同類型涂料樣本，測算涂料達標率在40%~92%之間，與其他研究調(diào)查結(jié)果相近。該研究假設(shè)各行業(yè)不同涂料中VOCs含量為《低揮發(fā)性有機物含量涂料產(chǎn)品技術(shù)要求》(GB/T38597—2020)中主要產(chǎn)品類型最高限量值，通過不同類型產(chǎn)品替換，測算源頭替代減排潛力。涂裝技術(shù)和設(shè)備方面，根據(jù)2017年北京市家具制造、國內(nèi)某汽車生產(chǎn)企業(yè)使用不同涂裝技術(shù)設(shè)備前后的漆膜干質(zhì)量、涂料固含量、涂料使用量等測算VOCs減排效果，遵循《涂料固體含量測法》(GB/T—2007)等標準方法。無組織控制技術(shù)方面，對北京市5家、河北省1家、河南省1家木質(zhì)家具制造企業(yè)，采用基于氫火焰離子化檢測器（FID）法的便攜式VOCs分析儀，按照《環(huán)境空氣和廢氣總烴、甲烷和非甲烷總烴便攜式監(jiān)測儀技術(shù)要求及檢測方法》(HJ1012—2018)要求開展無組織排放濃度實測分析。選取自然通風車間、密閉噴漆房、水簾柜排風等典型的無組織排放收集方式，對改造前涂裝工位和改造后涂裝車間門口無組織濃度進行對比研究。末端治理技術(shù)評估方面，采用與無組織評估相同的儀器和方法進行實測分析。選取低溫等離子體、活性炭吸附、UV光解(光催化氧化還原)+活性炭、催化燃燒、吸附+催化燃燒、沸石轉(zhuǎn)輪+RTO/RCO、RTO等治理設(shè)施前后端排放水平進行了實測，獲取共計70個進出口非甲烷總烴濃度樣本(見表1)，在此基礎(chǔ)上開展不同治理技術(shù)污染物去除效果評估。
該研究從源頭、過程、末端等方面提出工業(yè)涂裝VOCs深度減排路徑，采用系數(shù)法測算企業(yè)層面不同減排路徑下的減排潛力。在源頭替代方面，綜合考慮可能采取的途徑及不同途徑下涂料VOCs含量差異，測算VOCs產(chǎn)生系數(shù)。涂裝技術(shù)和設(shè)備測算方面，主要基于噴件涂料附著率的變化測算VOCs產(chǎn)生系數(shù)。無組織排放減排潛力測算方面，根據(jù)改造前后涂裝工位和涂裝車間門口無組織濃度，測算無組織排（涂裝線及廢氣治理設(shè)備廠家：樊13141458653）放收集率。末端治理技術(shù)減排潛力測算方面，根據(jù)不同治理技術(shù)污染物去除效果測算不同末端治理設(shè)施下的VOCs去除效率。計算公式如下：2.1工業(yè)涂裝行業(yè)VOCs排放現(xiàn)狀分析涂料類型的使用直接影響噴涂過程VOCs的產(chǎn)生水平，傳統(tǒng)溶劑型涂料溶劑成分為65%~80%，VOCs產(chǎn)生量較大，溶劑型涂料廢氣的VOCs濃度高于水性、粉末涂料廢氣。經(jīng)調(diào)研及行業(yè)專家評估發(fā)現(xiàn)，我國工業(yè)涂裝行業(yè)源頭替代以粉末涂料、水性涂料為主。其中，集裝箱和汽車整車制造水性涂料替代比例較高，分別為90%和60%~70%，其他行業(yè)水性涂料、粉末涂料占比較低，仍然以溶劑型涂料為主。我國重點工業(yè)涂裝行業(yè)水性涂料使用占比仍然較低，與發(fā)達國家相比仍有較大差距。如我國木質(zhì)家具、乘用車(中涂和底漆)水性涂料使用占比分別約為12%、50%，與其他研究結(jié)果相近。通過對實測數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)溶劑型涂料替代為水性涂料后，涂料平均VOCs含量會降低40%~75%，相應(yīng)的VOCs產(chǎn)生量也有所降低。工業(yè)涂裝過程噴槍與待噴件表面的角度、霧化壓力及噴槍距離等因素均會影響涂裝效率，傳統(tǒng)手工噴涂作業(yè)多以空氣霧化為主，難以做到精準施工，易導(dǎo)致過量噴涂，無形中增大了VOCs排放量。我國重點工業(yè)涂裝行業(yè)的自動化涂裝方式占比較低，如木質(zhì)家具行業(yè)很多中小型企業(yè)還是用手工噴涂方式，自動化涂裝約占20%；汽車整車制造中，客車自動化涂裝占比不足10%，乘用車自動化涂裝占比相對較高一些。全自動噴涂設(shè)備及涂裝技術(shù)應(yīng)用對VOCs減排有較好的促進作用。自動化噴涂方式有助于提高涂料附著率，實現(xiàn)VOCs減排，通過對實測數(shù)據(jù)分析，與手工噴涂相比，高效涂裝技術(shù)和設(shè)備更有利于VOCs的排放控制，木質(zhì)家具行業(yè)手工混氣噴涂、往復(fù)式噴箱噴涂、靜電噴涂涂料的附著率分別為47.1%、74.8%、67.0%，自動噴涂技術(shù)比手工混氣噴涂涂料附著率提高19.9%~27.7%；汽車整車制造行業(yè)靜電噴涂技術(shù)涂料附著率總體高于其他噴涂技術(shù)，溶劑型涂料噴涂相同面積時，加電懸杯相較于不加電懸杯涂料用量可減少15%。在廢氣收集方面，工業(yè)涂裝行業(yè)普遍存在廢氣收集率低等問題。VOCs的無組織排放控制取決于車間的密閉性和廢氣收集效率，家具、汽車、機械設(shè)備、集裝箱等行業(yè)易于在車間內(nèi)施工，控制水平較高；船舶、鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)多數(shù)工序難以在室內(nèi)完成，無組織控制相對較差。廢氣收集方式和收集率對無組織排放治理水平有較大的影響，噴涂方式、換風頻次、送風速率等均對收集效率有較大的影響。調(diào)研結(jié)果(見表2)發(fā)現(xiàn)，與敞開式環(huán)境相比，密閉噴漆工位無組織排放濃度可下降67%~92%之間。工業(yè)涂裝企業(yè)存在治理措施覆蓋率低、治理設(shè)施處理效率較低、低效治理設(shè)施占比大等問題。為評估我國工業(yè)涂裝行業(yè)VOCs末端治理現(xiàn)狀，科學(xué)提出治理路徑，筆者所在課題組2017年開展的工業(yè)涂裝行業(yè)末端治理調(diào)研結(jié)果顯示，木質(zhì)家具制造、汽車零部件制造、金屬結(jié)構(gòu)制造等行業(yè)燃燒、吸附燃燒等高效單體或組合治理技術(shù)使用占比不足10%。從治理技術(shù)看，木質(zhì)家具企業(yè)多采用活性炭、UV光解等末端治理技術(shù)，汽車整車制造烘干工序多采用燃燒技術(shù)，使用溶劑型涂料的涂裝工序多采用沸石轉(zhuǎn)輪+燃燒治理技術(shù)，汽車零部件制造多采用活性炭吸附、UV光解、吸附+燃燒等技術(shù)，機械設(shè)備、集裝箱、船舶等有組織排放工序多采用活性炭吸附或吸附+燃燒技術(shù)，鋼結(jié)構(gòu)制造大多以無組織排放為主，極少數(shù)企業(yè)試點采用活性炭吸附或UV光解技術(shù)。通過對實測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，燃燒、吸附燃燒等高效單體活組合技術(shù)對工業(yè)涂裝VOCs排放的去除效果好，RTO、TO、沸石轉(zhuǎn)輪+RTO、沸石轉(zhuǎn)輪+RCO等（涂裝線及廢氣治理設(shè)備廠家：樊13141458653）末端治理技術(shù)對揮發(fā)性有機物的去除效率普遍較高，平均去除率均在90%左右，而低溫等離子、活性炭吸附等末端治理技術(shù)VOCs的去除效不足50%。2.2工業(yè)涂裝VOCs全過程控制技術(shù)減排路徑與潛力評估該研究根據(jù)行業(yè)特點，從源頭替代、涂裝工藝和設(shè)備、無組織排放收集和末端治理等方面，測算不同減排路徑下的VOCs減排潛力。減排潛力測算采用情景分析法，假設(shè)基準情景為滿足當前標準要求下的最低要求，減排情景設(shè)定各環(huán)節(jié)采用不同的治理技術(shù)，根據(jù)2.1節(jié)測算的不同技術(shù)下減排效率，測算不同減排情景下減排潛力。家具制造行業(yè)具有排放濃度高、濕度高、風量大的特點，甲苯、二甲苯等為其特征物種。設(shè)定基準情景為全部使用溶劑型涂料、手工空氣噴涂技術(shù)、密閉收集方式、末端治理采用等離子體、光氧催化或活性炭吸附技術(shù)(減排效率為10%左右)。減排情景根據(jù)可行的VOCs控制技術(shù)，從源頭替代、涂裝方式、廢氣收集、末端治理等4個方面設(shè)定為7類(見表3)，測算不同情景下的減排潛力。結(jié)果顯示，對于單個木質(zhì)家具企業(yè)而言，采取不同減排路徑相對于基準情景的VOCs減排潛力在67%~99%之間，源頭替代及涂裝工藝改進是其最主要的減排手段，其減排量占總減排量的80.3%左右。汽車整車制造行業(yè)涂裝環(huán)節(jié)風量大，VOCs濃度波動大、產(chǎn)生量高，烘干環(huán)節(jié)VOCs濃度相對較低、產(chǎn)生量少。采用水性涂料、高固分涂料等環(huán)保型涂料可大幅降低涂裝過程中VOCs的排放量。該研究以乘用車整車、貨車駕駛艙涂裝為例，設(shè)定基準情景下企業(yè)為溶劑型涂料、采取傳統(tǒng)3C2B涂裝體系、外板采用靜電噴涂、內(nèi)板采用手工混氣噴涂方式、密閉噴漆房、涂裝廢氣未安裝治理設(shè)施、烘干廢氣采用燃燒技術(shù)。減排情景根據(jù)可行的VOCs控制技術(shù)，從源頭替代、涂裝方式、廢氣收集、末端治理等4個方面設(shè)定為7類(見表4)，測算不同情景下的VOCs減排潛力。結(jié)果顯示，與基準情景相比，汽車整車制造企業(yè)采取不同的減排路徑VOCs減排潛力在54%~86%之間，無組織收集和末端治理是其重點減排環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)減排量占總減排量的80.3%左右。對于塑料零部件企業(yè)，設(shè)定基準情景下企業(yè)采用溶劑型涂料、自動空氣噴涂技術(shù)和密閉噴漆房，末端治理采用UV光氧+活性炭吸附技術(shù)；對于金屬零部件企業(yè)，設(shè)定基準情景下企業(yè)采用溶劑型涂料、手工空氣噴涂技術(shù)、密閉噴漆房、末端治理采用UV光氧+活性炭吸附技術(shù)。減排情景根據(jù)可行的VOCs控制技術(shù)，從源頭替代、涂裝方式、廢氣收集、末端治理等4個方面設(shè)定為7類(見表5)，測算不同情景下的VOCs減排潛力。結(jié)果顯示，對于塑料零部件制造企業(yè)，采取不（涂裝線及廢氣治理設(shè)備廠家：樊13141458653）同減排路徑相對于基準情景的VOCs減排潛力在66%~88%之間；對于金屬零部件制造企業(yè)，VOCs減排潛力在58%~68%之間。對于集裝箱制造行業(yè)，設(shè)定基準情景下企業(yè)采用溶劑型涂料、外板采用自動噴涂、內(nèi)板采用手工噴涂方式、密閉噴漆房、末端治理設(shè)施采用活性炭吸脫附/轉(zhuǎn)輪吸脫附+RCO/RTO技術(shù)。減排情景根據(jù)集裝箱制造行業(yè)可行的VOCs控制技術(shù)，從源頭替代、涂裝方式、廢氣收集、末端治理等4個方面設(shè)定為3類(見表6)，測算不同情景下的VOCs減排潛力。結(jié)果顯示，相對于基準情景，集裝箱制造企業(yè)采取不同減排路徑下VOCs減排潛力在15%~31%之間，無組織收集和末端治理是其最主要的減排環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)減排量占總減排量的61.5%。對于機械制造行業(yè)，設(shè)定基準情景下企業(yè)采用溶劑型涂料、無氣噴涂技術(shù)、密閉噴漆房、末端治理設(shè)施采用UV光氧+活性炭吸附技術(shù)。減排情景根據(jù)機械制造行業(yè)可行的VOCs控制技術(shù)，從源頭替代、涂裝方式、廢氣收集、末端治理等4個方面設(shè)定為2類(見表7)，測算不同情景下的VOCs減排潛力。結(jié)果顯示，機械制造企業(yè)采取不同減排路徑，相對于基準情景的VOCs減排潛力在58%~86%之間，無組織收集和末端治理是其重點減排環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)減排量占總減排量的58.6%。由于船舶制造行業(yè)多數(shù)產(chǎn)品體積較大，除防腐底漆和分段涂裝工序外，其他工序仍存在涂裝廢氣無組織排放的情況。設(shè)定基準情景下企業(yè)采用溶劑型涂料、無氣/混氣噴涂技術(shù)、分段涂裝密閉噴漆房、活性炭吸附治理技術(shù)，合攏及其他涂裝無組織排放。減排情景根據(jù)船舶制造行業(yè)可行VOCs控制技術(shù)，從源頭替代、涂裝方式、廢氣收集、末端治理等4個方面設(shè)定為3類(見表8)，測算不同情景下的VOCs減排潛力。結(jié)果顯示，相對于基準情景，船舶制造行業(yè)采取不同減排路徑下VOCs減排潛力在35%~68%之間，源頭替代及工藝改進是其主要減排環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)減排量占總減排量的75.5%。2.2.7鋼結(jié)構(gòu)制造行業(yè)由于鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)多數(shù)產(chǎn)品體積較大，全國仍存在涂裝廢氣無組織排放的情況。設(shè)定基準情景下企業(yè)采用溶劑型涂料、無氣噴涂技術(shù)、涂裝廢氣無組織排放。減排情景根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)制造行業(yè)可行VOCs控制技術(shù)，從源頭替代、涂裝方式、廢氣收集、末端治理等4個方面設(shè)定為4類(見表9)，測算不同情景下的VOCs減排潛力。結(jié)果顯示，對于鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)，采取不同減排路徑相對于基準情景的VOCs減排潛力在35%~85%之間，源頭替代及工藝改進是其最主要的減排環(huán)節(jié)，減排量占總減排量的68.2%左右。該研究采用實測法和情景分析法測算工業(yè)涂裝行業(yè)不同措施的VOCs排放量，其涂料中的VOCs含量、無組織排放濃度、末端排放濃度等來自測試及最新的研究成果。VOCs減排潛力主要來自各行業(yè)涂料用量、VOCs含量、涂裝技術(shù)、廢氣收集方式及治理水平，從單個企業(yè)來看可信度較高，但由于現(xiàn)場測試有組織、無組織排放濃度時，與企業(yè)當時生產(chǎn)狀況密切相關(guān)，不同工況下核算的VOCs減排潛力結(jié)果可能有較大的不確定性。為避免此類不確定性帶來的誤差，該研究選取企業(yè)正常生產(chǎn)工況下多次測量的方法。工業(yè)涂裝行業(yè)在末端治理技術(shù)選擇上，應(yīng)著重高效治理設(shè)施，并做好設(shè)施的運行及維護。RTO、TO、沸石轉(zhuǎn)輪+RTO、沸石轉(zhuǎn)輪+RCO等末端治理技術(shù)對VOCs的去除效率普遍較高，平均去除率均在90%左右；而低溫等離子、活性炭吸附、UV+活性炭、催化燃燒等末端治理技術(shù)對VOCs的去除率不足50%。末端治理設(shè)施的運行維護對其VOCs治理效率有較大影響。
來源：水漆助手
