喷涂企业VOC产生和排放源强估算方法探讨

高翔宇，何艳丽，来庆云，谭大鹏

(浙江仁欣环科院有限责任公司，浙江宁波 315012)

喷涂企业VOC产生和排放源强估算方法探讨

高翔宇，何艳丽，来庆云，谭大鹏

(浙江仁欣环科院有限责任公司，浙江宁波 315012)

喷涂企业挥发性有机物(VOC)产生和排放量的估算是环境影响评价的重要环节。本文综述了常用的源强估算方法，并根据某大型汽车制造企业调研得到的物料、工艺及监测数据，利用常用的估算方法，对喷涂产生的VOC产生量和排放量进行估算，并将其与验收报告的监测值进行比较，为源强估算方法的完善提供了思路。

喷涂；VOC；排放源强；估算

由于汽车涂装车间的喷漆、流平和烘干工序会产生有机废气，若未经处理直接排放将对大气环境造成影响[1]。上海市《关于石化等5个行业挥发性有机物排放量计算方法》(沪环保防[2016]36号)中规定了汽车制造业(涂装)VOC排放量的计算方法，但仍处于试行阶段[2]。因此，目前我国尚未形成成熟的VOC产生量和排放量计算方法。另外，由于喷涂企业使用的油漆种类多，溶剂的属性复杂，导致产生量计算复杂且缺乏准确性[3]。因此在环评以及VOC总量核算中，VOC源强估算存在诸多问题。本文总结了几种常用的产生量和排放量的估算方法，并针对一家大型汽车制造厂的两条喷涂线，将估算方法得到的排放量与竣工验收监测报告进行比较，以期为汽车喷涂企业VOC产生量和排放量估算提供思路。

1 VOC产生源强的估算方法

1.1 方法1

喷涂废气主要产生于喷涂工序和烘干工序。喷涂工序产生的废气主要由油漆溶剂中的VOC，固化剂溶剂中的VOC和稀释剂溶剂的VOC共同贡献。具体计算公示如下：

Q=Qx+Qy+Qz

(1)

Qx=Gx·nx

(2)

Qy=Gy·ny

(3)

Qz=Gz·nz

(4)

式中，Qx、Qy、Qz分别为油漆中溶剂有机物挥发量、稀释剂中溶剂有机物挥发量、固化剂溶剂有机物挥发量；Gx、Gy、Gz分别为油漆用量、稀释剂用量和固化剂用量；nx、ny、nz分别为油漆中有机溶剂所占百分比、稀释剂中有机溶剂所占百分比、固化剂中有机溶剂所占百分比。

烘干工序产生的废气为喷雾废气，其计算公式如下：

Qw=Gx·nm·(1-η)

(5)

式中,nm为涂料中成膜物所占百分比;η为喷涂效率。

用式(1)、式(2)、式(3)和式(4)来计算喷涂中废气产生量。马君贤等在已有油漆及助剂的消耗以及涂料成分的基础上，用该方法估算了一家企业的喷涂生产线涂料中有机物的挥发量和漆雾颗粒物的年产生量[4]。

1.2 方法2

物料衡算法是以质量守恒为基础，对物料平衡进行计算，具体指单位时间内进入系统的全部物料质量必定等于离开系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物料质量，见图1。

图1 物料衡算示意图Fig.1 Schematic diagram of material balance

对于喷涂工艺进行分析(不考虑未喷上工件的VOC)，进料(设VOC总量为G)经过喷涂后，有部分VOC附着于工件表面，一部分VOC挥发成为喷涂废气，设喷涂过程挥发率为η1，附着于工件表面的VOC经过烘干，其中一部分成为烘干废气，设烘干过程挥发率为η2，另外一部分附于产品(见图2)，则喷涂工艺产生的VOC为(G-G·η1)·η2+G·η2。由上式可以看出VOC的源强取决于喷涂和烘干时油漆的挥发性。但该方法的估算需要了解喷涂工艺，具体问题具体分析。

图2 喷涂工序的VOC物料衡算Fig.2 Schematic diagram of VOC material balance in spray painting

苏伟健等[5]利用物料衡算法估算了某汽车4S店喷涂工序产生的废气污染物的源强。他们分别计算了喷涂过程和烘干过程产生的VOC和颗粒物的源强。由物料衡算可知，排放的废气污染物源强为喷涂和烘干废气之和(见图2)。因此，将两个过程的VOC和颗粒物分别加和，可得到喷涂工序产生的废气量[5]。

1.3 方法3

排放系数法是指在正常技术、经济和管理条件下，用单位能耗所排放的污染物数量的统计平均值进行估算排放量[6-7]。排污系数法的计算一般以原辅料的消耗和产品的产量为依据。计算公式如下：

G=M1×A1+M2×A2+…+Mi×Ai

(6)

式中，G为VOC产生源强，t/a；M1、M2、Mi为i工序原辅料的消耗，t/a；A1、A2、Ai为i工序该原辅料的排污系数。

根据苏建伟的文章中部分行业基于原辅材料的VOC排放系数表，油漆的排放系数为0.6，固化剂的排放系数为0.5，稀释剂的排放系数为1[5]。

黄碧捷利用排放因子法估算了武汉市及主要6个农作物产区的秸秆燃烧VOC排放量，并分别计算了耕地排放强度和区域排放强度。通过不确定性分析对数据来源进行考察，得到统计数据能大致反映当地秸秆燃烧VOC排放现状。最后依据分析结果提出秸秆燃烧VOC控制对策[8]。

1.4 VOC排放源强的估算

确定了废气产生源强后，排放源强与气体收集率和环保措施的处理效率有关[9-10]。计算公式如下：

G排=G产×η1×(1-η2)

(7)

式中，G排为VOC排放源强，t/a；G产为VOC产生源强，t/a；η1为VOC收集效率，%；η2为VOC治理效率，t/a。

2 估算方法与实测数据比较

本文利用某地监测站的验收监测报告中的数据进行VOC排放源强估算。该企业有两条喷涂线，喷涂工艺流程如图3所示，废气处理流程及喷涂废气去向如图4所示。企业的涂料成分、处理方式及效率等基本数据如表1所示，上漆率和挥发率如表2所示，监测结果如表3所示。

图3 喷涂线工艺流程Fig.3 Spray painting process flow

图4 喷涂线喷涂废气去向Fig.4 Waste gas treatment of spray painting

喷涂线涂料涂料用量/(t/a)溶剂含量/%收集方式收集效率/%处理方式处理效率/%1#喷涂线底漆11.556.4色漆17.2567.7罩光漆17.2553.6喷涂房密闭抽气90RTO催化燃烧≥902#喷涂线溶剂型清漆89140水性色漆13200.5喷涂房密闭抽气90烘干废气经燃烧处理干式漆雾净化系统≥90

表2 喷涂上漆率及烘干挥发率

注：喷漆时的挥发率取决于油漆中易挥发组分的量；烘干时的挥发率取决于附着于汽车上的油漆中的VOC的量。

根据以上介绍的估算方法，依据表1和表2的数据，分别用三种方法估算废气产生源强和排放量并与实测值进行比较，三种估算方法中，第2种方法估算值最高。具体估算结果见表4。 由于企业的喷涂工艺操作工艺连续，收集效率高，假定企业的无组织排放为有组织排放的10%。

表3 主要污染物的监测结果

注：由于监测时段并未达到运行的实际生产负荷，因此需要通过折算系数将监测的排放量折算成实际工况下的排放量。

表4 源强及排放量估算值与监测值

注：用方法2估算时的上漆率和挥发率见表2。方法2的估算涉及到多个喷涂工段的串联，估算时假定各个喷涂工段间不相互干扰，同时流平和烘干后的溶剂完全挥发。监测数据括号内为无组织排放量。

图5 估算的VOC产生量Fig.5 Estimated VOC output

从图5中可以看出三种方式估算的VOC产生量不尽相同。1#喷涂线中用方法1得到的VOC产生量略小于方法3估算值，方法2的估算值最大。2#喷涂线，方法1估算值最小，方法2的估算值最大。由此可见，用三种方法得到的VOC产生量大小依次为：方法2>方法3>方法1。

图6 VOC排放源强与监测值Fig.6 Emission intensity comparison of estimation results and monitoring results

由图6可以看出，1#和2#喷涂线，用估算方法得到的VOC排放量均大于监测值，符合环境影响评价的一般要求。因此三种估算方法都比实际监测结果大了很多。若环评估算的结果远大于实测值，导致企业增加不必要的环保措施。一般情况下，最佳的估算值应略高于监测值。从上面这个例子可以看出三种方法中方法一比较符合要求。

3 分析与讨论

根据上面的比较，讨论三种废气产生量估算方法和排放源强估算的特点。

(1)方法1。该方法在估算时无须了解明确的工艺情况，仅需知道涂料成分和溶剂量。假设溶剂全部挥发，计为VOC，通过估算得到源强，因此估算比较简单。缺点是它忽略了涂料溶剂的特殊性。比如水性涂料的分散介质是水，喷涂于工件上后，从涂膜上挥发的是水和少量助剂，VOC源强较小。而溶剂型涂料的分散介质是有机溶剂，从涂膜中挥发的多属于有毒有害物质。因此用该方法计算源强时要清楚了解涂料的种类和溶剂组成。

(2)方法2。在用该方法估算时，需要了解喷涂工艺，针对涂料的挥发性进行估算。本文章将喷涂工艺分为喷涂工序和烘干工序。喷涂工序会有部分VOC挥发，之后在经过烘干工序，附着于工件表面的部分VOC挥发，因此喷涂废气为两部分挥发VOC之和。使用该方法时需要了解涂料的成分和性质，喷涂采用的方式和上漆工件的尺寸形状等。

(3)方法3。该方法是以上估算中最为简单的方法。仅需要了解原辅料的种类和消耗量以及对应的产污系数。我国曾于1996年出版工业《污染源产生和排放系数手册》，但由于年代久远以及我国经济和技术的发展，该系数已经不再适用。各个省市都在开展排污系数的研究[11-12]，但由于缺乏完整和系统的理论，行业的复杂以及对基础数据采集真实性的质疑，研究进展比较缓慢[13]。在环评行业中仍然没有统一的标准。国家应尽快出台相关的排污系数标准，以适应现在的行业发展。

(4)排放源强的估算。VOC排放量主要取决于环保措施的收集和处理情况。为了响应国家“十二五”重点区域大气污染防治规划，浙江省于2015年10月出台了《浙江省涂装行业挥发性有机物整治规范》[14]。规范中规定了“双九十”，即涂装废气的总收集效率不低于90%，溶剂型涂料烘干废气处理设施VOC总净化效率不低于90%。但这仅仅针对整改后的或新建喷涂项目的企业。实际上很多喷涂企业的废气收集和处理措施达不到上述标准。在环评中，各种处理措施的处理效率主要取决于工程师的经验。因此造成了排放量估算与实际情况不吻合。若企业能遵守“双九十”，在生产中确保开启环保设备，排放量的估算较为准确。

4 结论

本文分析了三种常用的源强估算方法，并计算得到排放源强，将三种估算法计算得到的排放源强与实际监测的数据进行比较，结论如下：

(1)VOC产生量大小估算：方法2>方法3>方法1。

(2)VOC排放量大小估算：方法2>方法3>方法1>监测值。

(3)方法1。该方法假设溶剂全部为VOC，但忽略了涂料溶剂的特殊性。因此物料的性质对估算的准确性影响显著。

(4)方法2。该方法估算主要取决于油漆在喷涂和烘干的挥发度，需要了解油漆的挥发性，以及油漆的消耗量。

(5)方法3。该方法计算方便，但排放系数不细致，没有涉及所有的物料。另外排污系数是动态的，需要定时补充更新。

(6)排放源强估算。排放源强主要涉及喷涂废气的收集和处理效率。浙江省出台了涂装行业挥发性有机物的整治规范，其中要求收集和净化效率均不低于90%，使环评源强估算值较准确。另外也倒逼企业对喷涂工艺进行整改。

[1] 张禾.喷漆废气废漆渣的估算及处理措施[J].汽车工艺与材料,2006,(11):28- 32.

[2] 上海市环境保护局.关于石化等5个行业挥发性有机物排放量计算方法[Z].2016.

[3] 郭永葆.喷漆工艺及其污染治理[J].科技情报开发与经济,2008,31(18):126- 127.

[4] 马君贤.环境影响评价中喷涂工序主要大气污染物排放量的确定[J].中国环境科学学会学术年会优秀论文集,2007:1835- 1838.

[5] 苏伟健,黎碧霞,李霞,等.挥发性有机化合物(VOCs)源强核算方法研究[J].监测与评价,2013:121- 126.

[6] 王海兰.产排污系数法在环评污染源核算中的广泛应用[J].资源节约与环保,2013,(8):63- 64.

[7] 胡瑞,张学伟.环境统计中污染物产生量排放量核算方法的探讨[J].科技视界,2012(34):115.

[8] 黄碧捷.武汉市秸秆燃烧VOCs排放估算及管理对策.环境科学,2013,12(34):4543- 4551.

[9] 许海萍,刘琳,任婷婷,等.机加工行业环境影响评价中常见污染物源强估算及污染治理[J].湖北大学学报,2010,3(32):344- 348.

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[11] 香杰新,李娴,蔡勋江.东莞市特征污染行业产排污系数研究[J].广东化工,2009,200(36):126- 129.

[12] 狄凌峰,颜海波,吴京达,等.温岭市制鞋业产排污系数的核算研究[J].环境污染与防治,2009,8(31):55- 59.

[13] 段宁,郭庭政,孙启宏,等.国内外产排污系数开发现状及启示[J].环境科学研究,2009,5(22):622.

[14] 浙江省环境保护厅. 浙江省涂装行业挥发性有机物整治规范[Z].2015.

A Discussion on VOC Emission Source Intensity Estimation for Enterprises Involving Spray Painting

GAO Xiang-yu, HE Yan-li, LAI Qing-yun，TAN Da-peng

(Zhejiang Renxin Environmental Research Institute Co., Ltd., Ningbo 315012, China)

The estimation of volatile organic compounds (VOC) emission source intensity plays a significant role in environmental impact assessment (EIA). This paper reviewed the literatures involving the estimation methods, and estimated the VOC emission source intensity in an automobile manufacture enterprise. Comparing the intensity data with the monitoring ones, this study further discussed the estimation methods. This paper paved the way for estimating VOC emission source intensity for enterprises involving spray painting.

spray painting; VOC; emission source intensity; estimation

2016-06-12

高翔宇(1987—)，男，硕士，主要从事环境影响评价研究,E-mail:bryangao@163.com

谭大鹏(1959—)，男，教授级高级工程师，本科，主要从事环境科研及环境影响评价工作,E-mail:tandapeng@rxhky.com

10.14068/j.ceia.2017.01.017

X701

A

2095-6444(2017)01-0069-05