汽修企业VOCs的污染防治措施和建议

杨阳

摘 要：分析和总结了北京市对于汽修行业大气污染治理措施的相关制度及形势，阐述了汽修行业挥发性有机物（VOCs）排放特点，综述了处置VOCs的主要技术，并结合某4S店的实际情况对VOCs的排放情况提出了污染防治控制措施和建议。

关键词：VOCs 汽修 大气污染防治

中图分类号：X512 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0117-03

近十几年来，北京市连续采取大气污染治理措施，空气中主要污染物浓度逐年下降，但大气污染物排放总量仍然超过环境容量，空气质量与国家新标准和公众期盼依然存在较大差距，大气污染复合型特征突出，城市正常运转和市民日常生活产生的污染物所占比重越来越大，大气污染防治形勢十分严峻。为贯彻落实国家《大气污染防治行动计划》，进一步改善空气质量，北京市特制定《北京市2013—2017年清洁空气行动计划》。

计划中明确要加强挥发性有机物治理。到2017年，北京市工业重点行业挥发性有机物排放量与2012年相比累计减少50%左右。尤其在汽车制造、电子、印刷、家具、建筑等行业，重点抓好挥发性有机物污染控制，推广使用先进涂装工艺技术，优化喷漆工艺与设备，深化涂装有机废气治理，溶剂型涂料涂装工序必须密闭作业，配备有机废气高效收集和回收净化设施，加强其他溶剂使用工艺挥发性有机物的治理。

同时，为贯彻国务院下发的《大气污染防治行动计划》，落实北京市政府发布的《北京市2013—2017年清洁空气行动计划》，鼓励排污单位开展大气污染防治环保技术改造，加快推进固定源大气污染治理，北京市特制定了《北京市大气污染防治技术改造项目奖励资金管理办法》。

2015年，北京市环保局重点对汽修企业开展了清洁生产审核工作，并对其中的部分企业采取了强制审核，通过清洁生产审核及资金奖励管理办法等措施，鼓励汽修企业开展挥发性有机物防治环保技术改造。

1 汽修行业VOCs排放特点

挥发性有机物（VOCs）（全称Volatile Organic Compounds）通常指沸点50 ℃～250 ℃[1]、室温下饱和蒸气压超过13.3 Pa的有机化合物，其主要成分为烃类、卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环香烃等，VOCs对大气环境质量的影响已引起国内大气化学科学家们的共同重视。

鉴于北京市的汽车拥有量基数大，以4S店为代表的汽车维修行业得到了快速的发展，汽车修理企业数量众多，遍布京城各地。4S店为顾客提供漆面修复服务时，在汽车修理的喷涂漆过程中产生大量的含VOCs排放，主要是甲苯和二甲苯等[2]，会对环境造成污染。目前，大多数4S店喷漆烤漆使用油基涂料，其中作为溶剂的挥发性有机物（VOCs）具有光化学活性，当排放到大气中，是形成细粒子（PM2.5）和臭氧的重要前体物质，从而增强温室效应，同时在环境中具有累积性和持久性等特点。研究表明，不同地区的大气中半挥发或不挥发的有机物在PM2.5细粒子中的比重占到20%～40%左右，还有部分的大气细粒子由VOCs转化而来。

2 国内VOCs处置技术

大气污染防治既是重大民生问题，也是经济升级的重要抓手[3]。从处理方式来看，VOCs污染控制技术分为破坏性、非破坏性方法，破坏性的方法是由化学或生化反应，用光、热、微生物和催化剂将VOCs转化成CO2和H2O等无毒无机小分子化合物。非破坏性法是通过物理方法，控制温度、压力或用选择性渗透膜和选择性吸附剂等来富集和分离挥发性有机物。它们分别应用于不同的场合。

对于高浓度（>5 000 mg/m3）或比较昂贵的有机废气，宜采用吸收法、冷凝法等加以回收；对于中等浓度（500～5 000 mg/m3）的有机废气采用直接燃烧、催化燃烧、生物过滤等，对于低浓度（<500 mg/m3）的有机废气一般采用吸附法、低温等离子技术、光催化技术等。

2.1 适用于高浓度（>5 000 mg/m3）的有机废气

2.1.1 吸收法

用溶液、溶剂或清水吸收工业废气中的挥发性气体，使其与废气分离的方法叫做吸收法。吸收法适合较高浓度的废气回收，去除效率高，投资低，能耗小，安全可靠，但操作条件要求苛刻，吸收剂消耗量大，需不断补充。

2.1.2 冷凝法

冷凝法是用来回收VOCs的一种有效方法，其基本原理是利用气态污染物在不同的温度和压力下具有不同饱和蒸气压，通过降低温度和增加压力，使某些有机物凝结出来，使VOCs得以净化和回收。该方法适合沸点较高的有机物，具有回收纯度高、设备工艺简单、输出为液态油可直接利用等优点，但冷凝法要达标需要降到很低的温度，耗电量巨大，不是真正意义上的“节能减排”。

2.2 适用于中等浓度（500～5 000 mg/m3）的有机废气

2.2.1 燃烧法

燃烧法分直接燃烧法和催化燃烧法。

（1）直接燃烧：直接燃烧技术将废气作燃料加热到有机溶剂的燃点温度以上（760 ℃～980 ℃）燃烧净化，适用于净化含可燃有害组分浓度较高的废气或者燃烧时热值较大的废气，优点是净化效率高，净化彻底，基本没有有机副产物。但缺点是燃烧室温度过高，有较大的安全隐患。

（2）催化燃烧：催化燃烧技术是借助催化剂使VOCs在较低的起燃温度条件下进行无火焰燃烧分解成二氧化碳和水蒸气，用于处理可燃或者在高温下可分解的有机气体，适合于较高浓度没有回收价值的混合有机废气。该技术的优点是降低燃烧温度，提高能量利用率；无焰燃烧产生的热流温度适中，无需冷却空气稀释，提高了热效。但是该技术的气体燃烧反应条件非常苛刻，需高温、高空气和高水蒸气分压；催化剂须具备高活性、高热稳定性，抗中毒。

2.2.2 生物过滤

利用微生物的新陈代谢过程对多种有机物和某些无机物进行生物降解，可以有效去除工业废气中的污染物质，此即为处理有机废气的生物法。该法处理效率高，工艺简单，费用低，无二次污染，但对高浓度、生物降解性差及难生物降解的VOCs去除率低。

2.3 适用于低浓度（<500 mg/m3）的有机废气

2.3.1 吸附法

吸附技术是最为经典和常用的气体净化技术，也是目前工业VOCs治理的主流技术之一。活性炭因其具有大比表面积和微孔结构而广泛应用于吸附回收有机气体。活性炭适用于低浓度的各种污染物，活性炭价格不高，能源消耗低，应用起来比较经济，通过脱附冷凝可回收溶剂有机物，应用方便，只与空气相接触就可以发挥作用。但是该法存在的主要问题是由于混合气体中存在大量水蒸气会导致活性炭的使用寿命较短，因此需要经常更换活性炭，造成了回收处理成本的增加。

2.3.2 低温等离子技术

低温等离子技术是一种通过外加电场的作用，使介质放电产生大量的高能电子，高能电子和挥发性有机物的分子经过一系列复杂的等离子物理和化学反应，进而将有机物降解为无毒无害物质的方法。废气处理浓度范围广泛（1～10 000 ppm），在100 ppm以下处理效果更佳，但该技术的设备投资费用较高。

2.3.3 光催化氧化

光催化氧化是目前研究较多的一种高级氧化技术，催化剂受光照射，电子跃迁，生成电子-空穴对，对有机废气氧化还原净化。此技术的优点是反应条件温和（常温、常压），催化剂无毒。缺点是催化剂效率下降易失活，副产物较多，后期的净化效率较低。

2.4 汽修企业VOCs处置措施

2016年，对某4S店开展了清洁生产审核工作，清洁生产的过程就是不断采取改进设计、使用清洁的能源和原材料，采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。因此，通过综合手段在源头、生产过程中全面预防污染物的产生，发现该企业在挥发性有机物处理存在的问题：（1）未使用环保水性漆；（2）调漆间与洗枪区设置在一个房间，但洗枪环节未单独设置废气处理系统，且未在密闭空间进行；（3）通过污染因子平衡可知，该4S店产生的挥发性有机物量远大于每年活性炭的用量，明显处理能力不够，因此需对原喷烤漆房废气处理系统进行改造。

针对该企业的以上情况，经过研讨提出了以下环保防治措施。

方案1：将面漆（油性漆）更换为环保水性漆。

（1）方案简介。

由于油性漆中含有大量的苯、甲苯及衍生物，使得车辆作业中产生较多的VOCs排放，严重影响作业健康和大气环境，通过使用环保水性漆替代油性漆，可大量减少VOCs排放。

水性漆和油性漆在施工的时候都需要用稀释剂进行调和，油性漆的稀释剂中包含各种有害物质，其挥发时间可能需要5～8年，有的甚至长达10年，而环保水性漆中主要以水和水合溶剂作为漆料的溶剂，因此大大减少了有机溶剂的含量，从而降低了VOCs排放。

（2）改造方案。

将目前使用的面漆由油性漆更换为水性漆，需对原有设备进行适当的改造，并添置必要的专用设备，设备改造包括如下内。

①对调漆间重新规划、布局，采购水性调漆架、调漆桌一套。

②过滤装置配备足量过滤棉及活性炭。

③采购带气压表的水性漆专用喷枪。

④采购安装文丘里（水性漆专用吹风筒），用于局部干燥。

⑤采购安装油水分离器。

⑥选用环保水性漆。

（3）环境及经济可行性分析。

采用水性漆替代油性漆产生的环境效益是可以大大减少VOCs的排放，体现在3个方面。

第一，降低了面漆VOCs排放：根據4S提供的面漆（油性漆、水性漆）的成分表，可以看出，采用油性漆VOCs排放量占比56%，采用水性漆VOCs占比10%，有效降低了VOCs的产生及排放。

第二，降低了稀释剂和固化剂的使用量：使用面漆（油性漆），需要稀释剂和固化剂调配，而采用面漆（水性漆）以水作溶剂，因此可降低稀释剂和固化剂的使用量，减少VOCs的排放。

第三，降低了洗枪稀料的使用量：油性漆需要用稀料进行清洗喷枪，而水性漆可用水清洗，大大减少稀料的消耗，并有效减少对作业人员的伤害。

方案2：VOCs废气治理改造。

（1）方案简介。

VOCs废气治理分为：调漆及洗枪过程VOCs废气、喷烤漆房喷漆废气。设计方案如下。

①调漆间：购置一台洗枪机，加集气系统，调漆及洗枪过程VOCs废气集中汇集至喷烤漆房末端一体化处理设备设施。

②喷烤漆房：根据企业实际情况，两间喷烤漆房轮流使用，因此设计一套末端处理设施，并在每间喷烤漆房尾气排放管道加装一个管道阀，分别进入末端处理设备，不用时关闭，使用时打开，处理设备末端设置一个排放烟囱。

（2）改造方案。

改造设施包括如下几项。

①预处理系统：以过滤棉除漆雾+精过滤的方式去除漆雾和细粉尘，目的是保护活性炭的使用寿命，为后续活性炭再生创造条件。

两级过滤后可以保证粉尘净化效率在99%以上，净化后进入吸附剂层的废气中粉尘浓度在1 mg/m3以下，保证吸附设备长时间正常运行。当被捕集物逐渐堵塞过滤棉或滤筒的孔道，减少过滤面积、增加过滤阻力时，过滤材料会达到容尘饱和，更换时间根据系统的浓度不同而不同。

②活性炭吸附系统：活性炭吸附技术具有净化效率高，适应范围广，工艺路线简单，治理费用相对较低等优点，是目前VOCs治理的主流技术。根据企业实际情况选择活性炭吸附法处理VOCs。

③更换风机、烟囱。

④建议安装VOCs在线监测探头，可随时监测活性炭吸附率，从而节省运行成本。2016年执行《汽车维修业大气污染物排放标准》DB11/1228-2015标准，标准要求，“采用非原位再生吸附处理工艺，应按审定的设计文件要求确定吸附剂的使用量及更换周期，且每万立方米每小时设计风量的吸附剂使用量不应小于1 m3，更换周期不应长于1个月”。VOCs在线监测装置监测活性炭吸附饱和度，达到设定预警值时报警，此时进行活性炭更换，以节省活性炭费用。

3 结语

VOCs的污染控制技术包括源头控制和末端治理两类。在源头控制方面，首要措施是调整或替换油性漆为水性漆，从而减少强毒性VOCs的使用，其次是改良工艺，如提高设备的自动化和密封程度来减少VOCs的逸散。在末端治理方面，活性炭吸附技术是目前VOCs治理的主流技术，催化法有广阔的应用前景，可配合相应的处置技术，形成如低温等离子体催化、光催化等新的联合技术。

防治大气污染、改善空气质量是全社会的共同责任。要大力弘扬生态文明理念，加快培育首都特色的环境文化，系统开展大气污染防治的知识普及、公益广告等活动，动员全社会践行绿色环保的生产、生活方式，引导全社会树立关心环保、践行环保的新风尚，形成保护环境、人人有责，改善环境、人人行动的新局面。

参考文献

[1] 邓睿.VOC的排放以及控制措施和建议[J].材料导报2014（11）：25.

[2] 张伟亮.汽车涂装VOC处理新技术[J].汽车工艺与材料，2013（11）：27.

[3] 齐祥昭.涂料行业VOC污染控制政策法规研究[J].中国涂料，2015（2）：26.