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工业涂装VOCs排放管控途径研究

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工业涂装VOCs排放管控途径研究

发布日期:2017-11-10 作者: 点击:

 

 

工业涂装涉及行业广,VOCs污染防治应结合不同行业特点确定差异化的防治技术路线,采取全过程的污染防治措施。生产源头应使用低(无)VOCs含量涂料;生产过程采用高喷涂传递效率的涂装工艺和设备,加强有机原辅材料存储、转运、调配、使用中无组织排放的控制;末端治理应完善有机废气收集系统,提升治理水平。同时,建立工业涂装工序的管理体系,加快出台相关排放标准,落实企业自行监测、台账记录、定期报告和信息公开制度。

 

引言

 

工业涂装由于使用涂料及稀释剂中含有大量有机溶剂,涂装前清洗脱脂、涂装后设备清洁、换色清洗等步骤也需消耗有机溶剂,因此由有机溶剂挥发逸散形成VOCs排放。工业涂装涉及行业众多,涵盖汽车、船舶、集装箱、家具、通讯设备及其他电子终端产品、通用设备、专用设备和电气机械及器材制造等;VOCs排放量大,约占整个工业源VOCs排放量的20%以上,且排放富含芳香烃和含氧有机物等光化学反应活性大、毒性高的物质,因此我国应对工业涂装工序VOCs排放予以重点管控。

 

工业涂装VOCs排放现状

 

行业构成

 

根据《中国涂料工业统计年鉴》统计,2015年,我国涂料总产量1710.82万吨,2016年涂料总产量达1899.78万吨,同比增长7.2%,其中工业涂料产量占涂料总产量的2/3以上,约1305万吨。在工业涂料中,仅有约15万吨的汽车原厂涂料、7万吨的水性木器涂料和138万吨的粉末涂料属于低(无)VOCs含量的涂料,其他均为溶剂型涂料,添加稀释剂后的即用状态下VOCs含量在50%~70%,使用过程中排放大量VOCs。

 

考虑到涂料生产基本处于供需平衡状态,依据2016年全国不同类型业涂料生产情况及其VOCs含量平均水平,采取物料衡算方法估算工业涂装的VOCs产生量及其行业分布情况。如图1所示,2016年,由汽车原厂涂料、汽车修补涂料、木器涂料、钢结构涂料、集装箱涂料、船舶涂料、工程机械涂料、卷材涂料生产消费产生的VOCs约318万吨,由其他分散在国民经济各个行业、起到工业品装饰保护及各类钢铁设施防腐功能的一般工业涂料使用产生的VOCs约467万吨。目前,排放量较大的行业为木器生产、钢结构生产和汽车整车制造与修补,VOCs排放量分别占工业涂装工序的12%、10%和7%。

 

 

VOCs种类

 

依据涂料有机组分测试,合并排放测试结果,总结工业涂装企业排放的主要VOCs种类见表1。可见,使用溶剂型涂料的工业涂装工序VOCs排放苯系物检出率较大,其MIR值和FAC值均较大,光化学反应活性较强,对O3和PM2.5的生成均产生较大影响。

 

 

工业涂装工序VOCs污染防治对策

 

工业涂装作为表面制造工艺的一个生产环节,涉及众多行业,因此工业涂装工序的治理应在全面推进的基础上,突出重点行业,选择行业集中度高、VOCs排放强度大,同时治理技术成熟、治理改造难度小的行业,先行开展VOCs治理。汽车、船舶、集装箱、家具、工程机械、卷材、钢结构七大行业较为集中,产生的VOCs占全部工业涂装工序的40%以上,应作为工业涂装工序重点控制的行业。

 

实施“源头—过程—末端”的全过程污染防治

 

由于工业涂装工序VOCs排放主要源自涂料、稀释剂及其他有机溶剂产品的使用,减少工业涂装工序VOCs排放首先应考虑源头控制,目前最主要的方式是采用粉末涂料、水性涂料、高固体分涂料、紫外光固化等低(无)VOCs含量的涂料。其中,粉末涂料中不含VOCs,涂装过程中除产生涂料粉尘外,基本不产生VOCs,使用粉末涂料替代溶剂型涂料,VOCs排放可以削减95%以上;水性、高固体分、紫外光固化涂料VOCs含量低,与传统溶剂型中低固体分涂料相比,可减少VOCs排放50%左右。

 

对于涂装工艺过程,不同类型工业产品采用不同涂装工艺和涂装设备,因此理论上并不存在最优的涂装工艺和设备。然而,目前我国的工业涂装企业普遍采用具有最低喷涂传递效率的手动空气喷枪进行喷涂作业,喷涂传递效率通常只有25%~40%左右,产生过量喷涂问题,增加了涂料消耗和涂装过程的VOCs排放量。因此,工业涂装企业可通过进行涂装工艺及设备改进,依据工业产品的材质和形状,选择空气辅助无气喷涂、无气喷涂、静电喷涂、辊涂、浸涂等高传递效率的涂装工艺,减少工业涂装过程的VOCs排放。

 

对于末端治理,目前存在两方面因素制约综合去除效率的提升,一是无组织排放导致的有废气收集效率低下问题,二是考虑经济成本、技术可行性、运行稳定可靠程度的最佳技术筛选。为控制VOCs无组织排放,涂、稀释剂、清洗剂等含VOCs原辅材料储存、输送、调配应密闭,宜采用集中供料系统。涂装工序各环节及涂装设备清洗过程应在独立密闭空间或设备中进行,污染排放区域符合负压操作并设有压力监测仪表,或建设帷幕式气罩,将有机废气的收集效率提高到80%以上。对于末端治理设施的建设,工业涂装企业涂装排气筒和烘干排气筒,分别安装末端处理设备。涂装工序有机废气含有漆雾,且废气风量大、浓度低,一般采用组合工艺进行治理,如水帘除雾+多级过滤+颗粒炭吸附+水蒸汽解吸+冷凝回收技术、水帘除雾+水吸收塔吸收+吸附浓缩—燃烧技术、水帘除雾+水吸收塔吸收+低温等离子体净化技术。而烘干工序产生的有机废气浓度和温度较高,通常采用蓄热催化燃烧(RCO)或者蓄热直接燃烧(RTO)技术净化,对燃烧后产生的热量进行回收,可以充分利用废气中有机物的热值,直接回用于烘房的加热,具有非常好的经济效益,而且净化效果良好,废气净化后可以达标排放。

 

不同重点行业确定差异化的VOCs防治技术路线

 

不同行业的工业涂装工序VOCs排放环节、排放特征以及适用的污染控制技术差别较大,因此应对各行业实施差异化控制,筛选最佳可行技术。其中集装箱、汽车、家具制造等行业应重在源头控制,全面推进低(无)VOCs含量涂料替代;船舶、工程机械、钢结构生产等行业应采取源头控制和末端治理相结合的方式,重点在于提升有机废气的收集效率和末端治理水平;对于卷材制造行业,末端治理技术较为成熟,重点是做到行业内所有企业应治尽治。具体各行业VOCs治理的技术路线如下。

 

集装箱制造行业应在整箱打砂、箱内涂装、箱外涂装、底架涂装和木地板涂装等工序全面使用水性涂料替代溶剂型涂料;对使用溶剂型涂料的一次打砂工序,推广采用辊涂涂装工艺;加强废气收集和处理,并配套建设吸附回收、吸附燃烧、吸附等高效治理设施。汽车制造行业应在中涂、底色漆环境推广使用水性涂料,或全面使用高固体分涂料,配套使用“三涂一烘”“两涂一烘”或免中涂等紧凑型涂装工艺;对喷漆与流平、烘干等环节产生的废气,分别建立有机废气分类收集系统,采取吸附燃烧、燃烧等末端治理措施。家具制造行业重点针对木质家具等大力推广使用水性、紫外光固化涂料,全面使用水性胶黏剂;加强废气分类收集与处理,对喷漆、烘干废气要采取吸附、吸附燃烧和燃烧等末端治理措施。

 

船舶制造行业在机舱内部、上建内部推广使用水性涂料,对于溶剂性涂料应优先采用高固分涂料;优化涂装工艺,将涂装工序提前至分段涂装阶段,力争实现60%以上的涂装作业实现密闭喷涂施工,推广使用高压无气喷涂、静电喷涂等高效涂装技术;强化车间废气收集与处理,配套采取吸附燃烧、燃烧等治理措施。工程机械制造行业推广使用高固体分、粉末涂料,试点推行水性涂料;积极采用自动喷涂、静电喷涂等先进涂装技术;加强废气的收集与治理,喷漆与烘干废气采用吸附燃烧、燃烧等方式进行处理。钢结构制造行业大力推广使高固体分涂料,试点推行水性涂料;大力推广高压无气喷涂、空气辅助无气喷涂、热喷涂等涂装技术,限制空气喷涂使用;逐步淘汰钢结构露天喷涂,推进钢结构制造企业进入车间作业,建设废气收集与治理装置。

 

卷材制造行业全面推广使用自动辊涂技术;加强烘烤废气收集,配套建设燃烧等高效治理措施。

 

建立完善工业涂装VOCs控制管理体系

 

一是加快出台工业涂装排放标准。在标准体系设计上,建议针对VOCs排放量大、排放集中、对居民生活影响显著的重点行业,如汽车、家具、船舶、集装箱、汽修等,依据各自差异化的治理技术路线,制定有针对性的行业排放标准,针对其他工业涂装工序制定统一排放控制标准。考虑到工业涂装VOCs排放以无组织排放为主的特征,应转变管控思路,由原有的末端控制转变为全过程控制,采用的VOCs控制指标,应涵盖有机原辅材料如涂料、油墨等VOCs含量限值指标,工艺过程包括工艺设计、设备、运行操作要求,末端排放包括有组织排放、无组织排放浓度限值,以及生产全过程的VOCs排放总量控制指标。

 

二是建立工业涂装VOCs监测监控体系。加强地市、区县等基层环保执法人员装备和能力建设,配备便携式VOCs检测仪,强化对工业涂装企业VOCs排放的日常监管。将汽车、集装箱、家具、船舶、工程机械、卷材、钢结构等工业涂装重点行业纳入重点排污单位名录,“十三五”期间对主要排污口安装污染物排放自动监控设备,并与环保部门联网。推进VOCs重点排放源厂界环境VOCs监测设施建设。企业每年至少开展1次VOCs废气处理设施进、出口浓度监测和厂界无组织监控浓度监测。

 

三是强化工业涂装的环境台账管理。各类涉及工业涂装的企业应针对工业涂装工序建立环境管理台账,逐步完善有机废气的监测台账,有机废气处理设施的运行台账,含VOCs有机原辅材料的消耗台账包括使用量、废弃量、去向及其VOCs含量,有机废气处理耗材(吸附剂、催化剂等)的用量和更换及转移处置台账。台账保存期限不得少于三年。

 

四是全面实施工业涂装企业的排污许可管理。建立健全涉及工业涂装工序行业的排污许可证申请与核发程序、监督管理要求及相关技术规范等。“十三五”期间,工业涂装重点行业应全面推行排污许可制度,京津冀及周边地区、长三角区域、珠三角区域应加快实施进程。通过排污许可管理,落实各行业源头使用低(无)VOCs含量涂料,过程规范涂料的存储、转运、调配、使用等无组织排放控制要求,末端完善废气收集和提升治理水平的要求,落实企业自行监测、台账记录、定期报告和信息公开制度,推进企业全面达标排放。

 

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