2006年對(duì)環(huán)境大氣中VOCs的人為來(lái)源進(jìn)行了研究和源解析，結(jié)果表明，各人為污染源年平均貢獻(xiàn)率分別為汽車尾氣62%、汽油揮發(fā)9%、石油液化氣10%、涂料6%、石油化工6%、未知源6%。盡管當(dāng)年由涂料貢獻(xiàn)的VOCs比例不算太高，到2011年我國(guó)涂料的總產(chǎn)量超過(guò)1氣000萬(wàn)t，是2002年的近5倍，因此涂料對(duì)VOCs人為污染源的貢獻(xiàn)不可小覷，應(yīng)該引起大家的關(guān)注。

    1涂料生產(chǎn)中廢氣的產(chǎn)生與排放量

    涂料生產(chǎn)過(guò)程VOCs的產(chǎn)生量相對(duì)較少，其產(chǎn)生量取決于溶劑種類、生產(chǎn)設(shè)備和工藝等。溶劑沸點(diǎn)高，生產(chǎn)過(guò)程密閉性好、溫度較低、時(shí)間短、自動(dòng)化程度高，品種類型少(清洗頻次少)，則VOCs的產(chǎn)生量就少；涂料中低沸點(diǎn)溶劑用量多、生產(chǎn)過(guò)程為開放式、溫度較高、時(shí)間長(zhǎng)、自動(dòng)化程度低，清洗頻繁，則VOCs的產(chǎn)生量就多。顯然通過(guò)采用密閉型設(shè)備，提高自動(dòng)化水平，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，可以有效地從源頭上控制VOCs的產(chǎn)生量。

    2生產(chǎn)廢氣中粉塵的治理

    涂料生產(chǎn)中產(chǎn)生的粉塵主要是顏料和填料，除去的方法有干法和濕法2種，干法分離的粉塵可回用，濕法脫出的粉塵不可回用。

    干法除塵設(shè)備有：電除塵器、旋風(fēng)除塵器、布袋除塵器。電除塵器效率高，可除去的顆粒粒徑小，但存在造價(jià)高、運(yùn)行費(fèi)用高和管理成本高等缺點(diǎn)。旋風(fēng)除塵器造價(jià)低、處理能力大，但對(duì)小粒徑的粉塵除去效率低；布袋除塵器除塵效率高，價(jià)格適中，但存在易堵塞的缺點(diǎn)。目前大多數(shù)企業(yè)是采用氧布袋除塵器。

    濕法除塵器是采用水作為洗滌液，通過(guò)氣液兩相的接觸，將粉塵轉(zhuǎn)移到了水相中，該方法的除塵效率較高，運(yùn)行成本較低，但增加了廢水量。濕法除塵的主要設(shè)備有：噴淋吸收塔、液柱吸收塔(改進(jìn)噴淋吸收塔)、動(dòng)力波洗滌器等。

    3生產(chǎn)廢氣中VOCs的治理

    3.1吸附分離技術(shù)

    吸附分離技術(shù)是利用固體吸附劑對(duì)混合氣體中VOCs進(jìn)行吸附，在加熱的條件下解吸吸附的VOCs，通過(guò)冷卻冷凝回收VOCs或利用焚燒設(shè)備熱分解VOCs，如圖1所示。

 

 

    目前在工業(yè)常用的吸附劑除活性炭外，還有活性碳纖維、分子篩等，活性炭依據(jù)不同的原材料，又有煤質(zhì)活性炭、椰子殼活性炭等?；钚蕴?jī)r(jià)格相對(duì)較低，對(duì)VOCs的吸附選擇性較小，因此大多數(shù)企業(yè)一般都是采用活性炭吸附劑。

    吸附設(shè)備的類型有固定床、移動(dòng)床和吸附轉(zhuǎn)輪等，解吸的熱源是水蒸氣或熱空氣。水蒸氣再生脫附的含VOCs的氣體進(jìn)行冷卻冷凝可回收溶劑；熱空氣再生脫附的含VOCs的氣體也可以冷凝回收有機(jī)溶劑，還可以利用焚燒設(shè)備進(jìn)行焚燒分解VOCs并回收熱能。

    水蒸氣再生法會(huì)導(dǎo)致再生后的活性炭的吸附容量顯著降低，因此會(huì)縮短吸附分離的時(shí)間，導(dǎo)致吸附-解吸的周期縮短，從而增加能量和水的消耗。熱空氣再生法對(duì)活性炭吸附容量的影響較小，但冷凝分離回收VOCs的設(shè)備更大。

    活性炭吸附分離只有在合適的工藝條件下，才可能具有較高的除去VOCs的效果，首先吸氣罩的安裝位置到廢氣產(chǎn)生部位的距離在1m左右，捕集點(diǎn)適宜的風(fēng)速取在0.5～1m/s。吸附系統(tǒng)操作參數(shù)則應(yīng)滿足表1的指標(biāo)。

 

 

    活性炭吸附法能耗低，設(shè)備投資較小，適用于低濃度的多種有機(jī)物，并且有回收溶劑的可能性，但是不宜處理高濃度的有機(jī)物，并且對(duì)于含水或含顆粒物的廢氣需進(jìn)行預(yù)處理。

    3.2催化燃燒技術(shù)

    催化燃燒技術(shù)與吸附分離技術(shù)最大的差別是解吸的條件及對(duì)解吸VOCs的處置方式不同。催化燃燒技術(shù)工藝流程圖見圖2。

催化燃燒技術(shù)工藝流程圖

    由于催化燃燒技術(shù)在解吸階段采用的溫度更高，采用活性炭吸附劑存在著火的安全隱患，因此多采用分子篩為吸附劑。由于分子篩的吸附容量小于活性炭，因此吸附-解吸的周期縮短。催化燃燒系統(tǒng)的操作參數(shù)見表2。

涂料生產(chǎn)與涂裝過(guò)程中廢氣排放與治理

    催化燃燒后的氣體溫度較高，一般通過(guò)熱交換器加熱進(jìn)口氣體后，部分用于吸附的VOCs的解吸，達(dá)到廢熱利用和節(jié)能的目的。

    催化燃燒技術(shù)對(duì)高濃度有機(jī)廢氣處理效率高，催化燃燒室將有機(jī)氣體轉(zhuǎn)變成無(wú)害的CO2和H2O，并保持穩(wěn)定的自燃燒狀態(tài)，處理較為完全，一次啟動(dòng)后無(wú)需外加熱，燃燒后的熱廢氣又用于對(duì)吸附劑的脫附再生，達(dá)到了廢熱利用、有機(jī)物處理徹底的目的。

    但是，催化燃燒對(duì)催化劑要求比較高，在催化氧化過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生一些二次污染物，含硫和含氯的VOCs易使催化劑中毒等；對(duì)一些低濃度的有機(jī)物直接進(jìn)行催化燃燒的運(yùn)行成本高；對(duì)于高濃度廢氣進(jìn)行治理，對(duì)控制要求高，存在安全隱患。

    3.3生物凈化技術(shù)

    生物法主要利用微生物的代謝作用，將VOCs轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等無(wú)機(jī)物。生物濾塔、生物洗滌塔和生物滴濾塔是3種主要的生物處理工藝，工藝簡(jiǎn)圖如圖3。

 VOCs生物處理工藝簡(jiǎn)圖

    3種典型VOCs生物處理工藝比較(見表3)。

3種VOCs生物處理工藝對(duì)比

    生物處理優(yōu)點(diǎn)是工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，無(wú)二次污染，可處理含不同性質(zhì)組分的混合氣體等。由于生物降解速率較慢，廢氣中VOCs的濃度要低于5000mg/m3，承受負(fù)荷不能過(guò)高，處理的廢氣量有限，廢氣中不能含有對(duì)具有生物毒性的物質(zhì)。

    3.4低溫等離子體分解技術(shù)

    低溫等離子體技術(shù)又稱非平衡等離子體技術(shù)，是在外加電場(chǎng)的作用下，通過(guò)介質(zhì)放電產(chǎn)生大量的高能粒子，高能粒子與有機(jī)污染物分子發(fā)生一系列復(fù)雜的等離子體物理-化學(xué)反應(yīng)，從而將有機(jī)污染物降解為無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)。

    低溫等離子體的特點(diǎn)是能量密度較低，重粒子溫度接近室溫而電子溫度卻很高，整個(gè)系統(tǒng)的宏觀溫度不高，其電子與粒子有很高的反應(yīng)活性。低溫等離子體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是適于各類VOCs的治理，處理效率高，易操作，比較適于濃度低的VOCs的處理。

    4涂料涂裝中廢氣的產(chǎn)生與排放量

    涂料中的VOCs基本上是在涂裝過(guò)程中排放的，但我國(guó)還沒(méi)有各行業(yè)VOCs的排放標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297－1996)規(guī)定了特征污染物苯、甲苯、二甲****、甲醇和非甲烷總烴的排放限值。目前涂料生產(chǎn)與涂裝企業(yè)都參照?qǐng)?zhí)行上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

    廣東省為了改善區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量，加強(qiáng)汽車行業(yè)、包裝印刷行業(yè)、家具行業(yè)和皮革行業(yè)VOCs排放控制和管理，促進(jìn)上述行業(yè)工藝和污染治理技術(shù)的進(jìn)步，由廣東省環(huán)境保護(hù)廳和廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局共同發(fā)布了4個(gè)行業(yè)的廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)：

    《家具制造行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB的44/8142010)、《包裝印刷行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB44/8152010)、《表面涂裝(汽車制造業(yè))揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB44/8162010)、《制鞋行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB44/8172010)，其中有2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與涂裝有關(guān)。

    這些標(biāo)準(zhǔn)已于2010年11月1日正式實(shí)施。其中《表面涂裝(汽車制造業(yè))揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB44/8162010)，規(guī)定從2013年1月1日起，涂裝生產(chǎn)線單位涂裝面積的VOCs排放量限值應(yīng)滿足表4的要求。

涂裝生產(chǎn)線單位涂裝面積的VOCs排放量限值

    在各行業(yè)中的涂裝多采用噴涂工藝，因此產(chǎn)生的廢氣中除了VOCs外，還含有細(xì)顆粒的固體物質(zhì)(樹脂和顏填料)，因含有樹脂等黏稠物質(zhì)，因此處理噴涂廢氣的第一步就是除去這些黏稠的細(xì)顆粒物質(zhì)。目前采用的有濕法和干法2種，濕法是通過(guò)水簾或噴淋塔吸收脫出細(xì)顆粒物質(zhì)，細(xì)顆粒物質(zhì)進(jìn)入水中形成漆渣，用絮凝劑凝結(jié)后過(guò)濾除去，水循環(huán)使用。起始新鮮水開始能溶解少量的溶劑，循環(huán)很短的就被溶劑所飽和，其后的水不能再溶解溶劑。

    隨著循環(huán)次數(shù)的增加，漆渣量在不斷地積累，其中黏稠物質(zhì)在循環(huán)過(guò)程中很容易黏附在管道和設(shè)備上，最終將導(dǎo)致管道的堵塞，因此水循環(huán)一段時(shí)間后，需要全部更換的。

    干法是采用過(guò)濾棉、粉體等吸附廢氣中的固體物質(zhì)，過(guò)濾棉和粉體吸附飽和后，重新更換。采用濕法脫漆渣后廢氣中含有的水分被活性炭吸附，占據(jù)了吸附劑的容量，不利于有機(jī)溶劑的吸附分離操作。如果采用熱氧化分解，水分的增多則會(huì)提高過(guò)程的能量消耗。

    由于過(guò)濾棉的價(jià)格高，目前干法更多的是應(yīng)用在噴涂廢氣產(chǎn)生量較少的行業(yè)或?qū)嶒?yàn)室。涂裝后的廢氣經(jīng)過(guò)濾處理后的廢氣中的VOCs量并沒(méi)有減少，需要進(jìn)一步處理降低排放濃度和總量，除了可以采用前面論述的吸收、吸附、冷凝、催化燃燒法外，更多的是采用蓄熱式廢氣焚燒爐，又稱蓄熱式熱氧化器(RTO)。

    RTO的工作原理是：有機(jī)廢氣經(jīng)預(yù)熱室吸熱升溫后，進(jìn)入燃燒室高溫焚燒，有機(jī)物氧化成二氧化碳和水，再經(jīng)過(guò)另一個(gè)蓄熱室蓄存熱量后排放，蓄存的熱量用于預(yù)熱新進(jìn)入的有機(jī)廢氣，經(jīng)過(guò)周期性地改變氣流方向從而保持爐膛溫度的穩(wěn)定。

    為了進(jìn)一步減低能耗、穩(wěn)定操作和提高VOC的除去率，RTO的設(shè)備和工藝流程得到不斷地改進(jìn)。圖4為三室RTO工藝流程，該工藝中有3個(gè)蓄熱室和2個(gè)燃燒室，有機(jī)廢氣由風(fēng)機(jī)引入蓄熱室A吸熱升溫后，進(jìn)入燃燒室燃燒，燃燒后的氣體進(jìn)入蓄熱室B存蓄熱量后排出，同時(shí)蓄熱室C中殘留未分解的有機(jī)廢氣被凈化后的氣體反吹回燃燒室燃燒處理；

    一定時(shí)間后，廢氣引入蓄熱室B吸熱升溫后，進(jìn)入燃燒室燃燒，燃燒后氣體中的熱量蓄存在蓄熱室C中后排出，同時(shí)蓄熱室A處于反吹狀態(tài)；再經(jīng)一定時(shí)間后，廢氣引入蓄熱室C升溫后，經(jīng)燃燒室燃燒，熱量蓄存于蓄熱室A中后排出，同時(shí)蓄熱室B處于反吹狀態(tài)；不斷交替循環(huán)，保證燃燒室溫度在800排

    ℃以上，保證高的換熱效率和VOC的除去率。

三室RTO工藝流程簡(jiǎn)圖

    RTO適宜的VOC濃度范圍在2～8g/m3，對(duì)于低熱值氣體，可提高其濃度達(dá)12g/m3。燃燒室溫度需穩(wěn)定維持在800℃以上，當(dāng)廢氣中VOC濃度低時(shí)，需要補(bǔ)充燃?xì)饣蛉加汀?/span>

    5問(wèn)題和建議

    目前對(duì)涂料生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的VOCs大多數(shù)企業(yè)都是活性炭吸附的處理方法，不對(duì)活性炭進(jìn)行再生而是更換，更換的活性炭屬于危險(xiǎn)廢物，需要交給有危險(xiǎn)廢物處理資質(zhì)的單位處理，這樣會(huì)增加企業(yè)的成本，加上監(jiān)管上比較困難，因此有些企業(yè)很少更換甚至從未更換活性炭，目前有些地區(qū)的環(huán)保部門對(duì)新上項(xiàng)目產(chǎn)生的VOCs采用活性炭吸附處理工藝不認(rèn)可。

    VOCs新的處理方法和工藝在不斷推出，但很多成果還處于實(shí)驗(yàn)室階段，有些工藝對(duì)VOCs降解的中間產(chǎn)物不清楚，工程應(yīng)用實(shí)例很少。所有處理VOCs的裝置對(duì)廢氣的流速、溫度和濃度等都有其要求，就是說(shuō)上述條件規(guī)定了設(shè)備的大小和處理的流程，不按照要求設(shè)計(jì)和安裝處理裝置，那就意味著這些裝置的無(wú)效性。涂料生產(chǎn)過(guò)程控制VOCs產(chǎn)生量的最好的辦法就是采用先進(jìn)的密閉的設(shè)備和工藝，從源頭上減少VOCs的產(chǎn)生，減少車間的氣味有利于操作工人的健康，減少環(huán)保設(shè)施的投入有利于節(jié)約投資和運(yùn)行費(fèi)用。

    采用RTO處理低VOCs濃度廢氣，操作費(fèi)用較高。由于輥涂生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢氣中，氣霧少，VOCs濃度較高，排放量及濃度穩(wěn)定，容易收集，采用冷卻——吸附——解吸——冷凝的處理工藝可回收大部分VOCs，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。廣東省執(zhí)行的《表面涂裝(汽車制造業(yè))揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB程44/8162010)，要求轎車生產(chǎn)企業(yè)必須采用水性涂料才可達(dá)標(biāo)排放。我們也期望各行業(yè)抓緊VOCs排放總量和限值的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)環(huán)境友好涂料的開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，真正從源頭控制VOCs的產(chǎn)生量和排放量。