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2.3VOCs排放浓度与组分特征
3家典型企业VOCs排放的主要物种组成如表3,苯系物是汽车涂装企业VOCs排放的重要组分,各企业排放最高占比在33.2%-64.6%之间。苯系物中最主要的物种是二甲苯,喷涂车间占比10.3%-22.9%。乙酸丁酯、异丙醇、丁醇等醇酯类物质占比也相对较高,各企业排放最高占比在29.6%-61.2%之间。随着溶剂行业的污染控制逐步加严,排放成分产生了显著的变化。酯类和醇类等物质在近年来作为苯系物溶剂的代替成分,它们的使用量大大增加,特别是一些稀释剂和清洗剂。总体来看,各家企业的排放物种大类有相似性,但具体物种组成与浓度贡献仍存在较大的差异,一是由于使用涂料成分不同,稀释比例也不一样;二是由于使用不同的末端处理技术对尾气排放组分产生影响,很难用统一的源谱代表整个汽车喷涂行业的排放特征。
表3典型企业特征VOCs组分浓度
2.4最佳适用技术
根据污染排放特征研究结果,汽车涂装行业VOCs排放集中在喷涂与烘干环节,主要来源于使用的涂料,排放组分基本与使用涂料中组分一致。污染控制措施可分为源头控制和末端治理两大类。
采用粉末涂料、水性涂料和高固体成分涂料等代替溶剂型涂料,能有效降低VOCs排放量。国内轿车涂装绝大多数采用阴极电泳+溶剂型中涂+溶剂型色漆+单组分罩光清漆工艺体系。轿车底漆已实现了全面的更新换代,但是中涂、面漆还是以溶剂型为主,VOCs排放量高于发达国家(地区)的排放水平,距环保型(低VOCs化、水性化)涂料的应用发展仍有一定的距离。目前,国内少数大型汽车企业新建生产线采用了水性涂装工艺,大大降低了汽车表面涂装VOCs排放水平,接近或达到欧洲汽车涂装VOCs排放标准。
表4不同车身涂装配套体系VOCs排放量水平
采用先进的涂装工艺,可减少涂料使用量,配合使用低VOCs含量的涂料,可大幅度削减VOCs排放。目前先进的涂装工艺包括3C1B技术和水性免中涂工艺。3C1B涂装工艺取消了3C2B工艺的中涂烘烤和打磨工序,待中涂、色漆、罩光漆三层涂装后一起进行烘干固化处理,可节省涂料使用量。水性免中涂工艺将经济型轿车和商用车车身由3涂层体系简化为2涂层体系,与3C2B涂装工艺相比,简化了车身涂装工艺,能减少20%的VOCs排放。
汽车喷涂行业的末端处理措施包括喷漆室漆雾收集措施、VOCs废气收集与治理措施。喷漆室内的漆雾收集是汽车涂装行业重要的废气前处理措施,对VOCs的末端治理效果起关键作用。漆雾处理方法主要有过滤法、冷凝法和液体吸收法等,其中过滤法(干式)和液体吸收法(湿式)适用性较广,我国应用最广的文丘里型水旋(漩涡)漆雾分离技术是湿式处理法的一种。由于湿式(水洗)漆雾分离技术会产生漆渣等危险废弃物,美国和欧洲已限制其使用,并逐渐采用干式漆雾分离技术,有效降低能耗,且基本不产生化学凝结物。
经漆雾处理后的喷漆废气和流平、烘干废气主要含有VOCs有机废气,普遍采取吸附、燃烧和一些组合方式进行降解处理。采用直接燃烧法处理废气时,为提高废气处理的温度、减少燃料的消耗,通常使燃烧后的废气与燃烧前的废气进行热交换,根据热交换与废热利用形式的不同,常见的直接燃烧形式有RTO(蓄热式热力燃烧系统)和TAR(回收式热力燃烧系统),国内大型汽车企业涂装多采用RTO进行VOCs废气末端治理。对于新建的汽车涂装生产线,欧美汽车企业首选TAR来进行烘干室末端VOCs废气处理,处理效率可达到99%以上。采用吸附法-脱附再生技术如设备维护长长也可达到90%以上处理效率。由于喷漆室风量大、浓度低,往往不能直接采用焚烧法处理,转轮浓缩吸附-蓄热式焚烧技术是目前喷涂废气治理效果最好的技术之一,采用吸附-脱附-浓缩焚烧等三项连续程序,将低浓度废气吸附浓缩,而后脱附采用焚烧技术处理,处理效率达到99%以上。
3结论
(1)汽车涂装行业VOCs排放主要来自中涂和面漆喷涂、烘干过程,排放量主要受使用涂料、涂装工艺、废气收集与处理措施影响。
(2)苯系物是汽车涂装企业的重要组分,典型企业排放最高占比在33.2%-64.6%之间,其中最主要的成分是二甲苯,占喷涂车间占比10.3%-22.9%。近年来乙酸丁酯、异丙醇、丁醇等醇酯类等物质广泛用来代替苯系物溶剂,典型企业排放最高占比在29.6%-61.2%之间。
(3)大客车面漆普遍采用人工喷涂,车间密闭等污染控制措施较为薄弱,单位涂装面积VOCs排放量达到300g/m2以上,而小轿车在40-60g/m2间。
(4)采用3C1B技术、水性免中涂等先进涂装工艺,并使用粉末涂料、水性涂料和高固体成分涂料等代替溶剂型涂料,能有效从源头控制VOCs排放。采用干式漆雾分离技术、转轮浓缩吸附-蓄热式焚烧技术等先进技术VOCs去除率可达到99%以上。
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