船舶行业挥发性有机废气治理技术

李明广

（上海环境保护有限公司，上海 200233）

近年来，我国的船舶建造行业得到了大发展，中国在建设多个大型船舶制造基地的同时，虽然促进了经济发展，但是也对区域环境产生了一定的影响。由于船舶建造和组装过程，生产过程比较复杂，包括切割、清洗除油、表面处理、涂装和焊接多种工艺过程，会有一定量的焊接烟囱和有机废气排出，其污染物排放量较大，会对区域环境造成污染。其中，造船涂装过程中排放的挥发性有机化合物（VOCs）的污染最为严重。因此，如何降低造船涂装过程中的VOCs 排放是针对船舶行业一个共同的任务。

1 现有大气污染物排放标准要求

为了加强VOCs 的治理工作，国家发布了很多法律法规及大气污染物排放标准，各地区也根据各地的实际情况和减排方向，相继发布了与大气污染物排放相关的地方排放标准或行业排放标准，这些标准作为推动VOCs 减排的主要依据。

船舶行业各制造厂需要在满足当地区域性综合排放标准的技术上，还要满足行业标准，例如上海市在2015 年发布了《船舶工业大气污染物排放标准》（DB31/934—2015），此标准可作为现阶段造船行业挥发性有机物治理参照标准。主要排放指标见表1。

表1 废气主要排放标准值

2 船舶行业挥发性有机物排放特点

船舶制造是一个比较复杂的过程，主要包括零件制造、分段制造、船台或坞内合拢、下水、码头舾装、泊系试验和试航等过程，而涂装则与各个造船过程相关，在每个制造工段中，需要确定与其相应的涂装工作内容。在目前的造船生产过程中，在钢板落料加工之前，就已经开始了涂装工作——钢板及钢材的预处理，一直到船舶交付使用，涂装贯穿于整个造船的全过程。

由于环保要求的提高，现在的喷涂工序需要在室内进行。但是由于船体部件比较大，喷漆室也就相应比较大，以至于对喷漆废气治理要求较高。其喷漆特点有3 点。1）喷漆房面积较大，废气收集及处理风量大，治理难度大、投资高。2）喷漆时间不固定，喷漆和晾干在同一房间，导致喷漆废气浓度不稳定，喷漆时浓度较高，晾干时浓度较低。3）很多船厂喷漆房多为厂房改造，相对比较简陋，没有水幕处理设施，废气中漆雾漆渣含量较大。

3 船舶行业挥发性有机废气治理方法的选择

3.1 现有治理方法介绍

针对不同的大气污染物有不同的治理方法，对于挥发性有机物（VOCs）治理工艺主要包括吸附技术、焚烧技术、催化技术、生物法治理技术、低温等离子体技术和光催化技术等。其主要原理如下所述。

3.1.1 吸附技术

吸附浓缩技术目前主要有2 种：活性炭吸附浓缩和沸石转轮吸附浓缩技术。早期主要使用活性炭作为吸附材料，但是活性炭存在寿命短、不稳定、受水气影响大、难脱附高沸点有机物、热气流再生过程中易发生火灾等缺点，逐渐被沸石转轮所代替。沸石转轮的吸附材料为沸石分子筛，具有均匀微孔，其孔径与一般有机分子大小相当，具有耐高温、不可燃、良好的热稳定性和水热稳定性等优点。沸石转轮吸附方法比较适合用来处理大风量、浓度低的VOCs，去除率可高达90%以上，具有高效率、运行稳定的优点。其关键是将有机废气从大风量低浓度转化为小风量高浓度，而在小风量的状态下VOCs 可经过后续处理，使得气体中的VOCs 得到有效去除。

3.1.2 焚烧技术

焚烧技术是目前针对VOCs 治理的主流技术，也是最为有效彻底的治理技术。焚烧技术主要有以下几种：直接燃烧（TO），催化燃烧（CO），蓄热燃烧（RTO）。无论是何种燃烧方式都需要将废气加热到相应的燃烧温度，只要废气中有机物的浓度较高，废气燃烧时所产生的反应热可维持有机物分解所需要的能量，就不需要消耗燃料，是一种经济可行的方法。

3.1.2.1 直接燃烧（TO）

直接燃烧法是将VOCs 直接通往能够焚烧的锅炉内，当VOCs 够高时，能够在炉中充分燃烧；如果VOCs 浓度不高或是燃烧热不高时，仅仅凭借自身燃烧产生的热量是无法实现持续燃烧的，这时就需要加入辅助燃料，使废气燃烧完全。

3.1.2.2 催化燃烧法（CO）

催化燃烧方法利用催化剂进行气-固相催化反应，降低废气进行燃烧反应的活化能，使其在300℃左右进行反应，将有机物分解成无毒、无污染的CO2和H2O。催化燃烧需要用到催化剂，催化剂的种类比较多，每一种催化剂的活性也不一样，常见的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂，一般贵金属催化剂的活性比较高，也有很好的耐高温性。非贵金属氧化物催化剂有铜、锰、铈等非贵金属氧化物，比贵金属氧化剂的价格低很多，也有不错的催化活性[1]。

3.1.2.3 蓄热燃烧法（RTO）

蓄热燃烧法是使用高温陶瓷蓄热体，将燃烧尾气中的热量通过热交换储存在蓄热体中，用来预热新进入的待处理废气，蓄热效率可达到95%以上 ，可减少了辅助燃料的使用，降低燃烧成本，此方法的废处理效率可达99%以上。

3.1.3 生物处理方法

生物技术处理方法利用将有机废气作为碳源和能源来维持生命活动的微生物，经过微生物的新陈代谢反应将废气中的有害物质分解为二氧化碳和水等无机物及细胞组成物，从而达到净化的目的。当前生物处理方法的工艺主要有以下3 种：生物过滤器、生物洗涤器以及生物滴滤器。几种方法各有优缺点，需要根据实际工况进行合理选择。

3.1.4 等离子处理方法

等离子法是通过施加外电场使离子放电，形成大量的活化粒子，粒子具有能量与污染物分子剧烈碰撞，从而发生化学反应，然后污染物分子被分解成为二氧化碳、水等小分子化合物或氧化成低毒或无毒物质。

3.1.5 光催化氧化处理方法

光催化氧化技术是一种相对比较新的技术，原理是催化剂在紫外光或可见光光照的条件下就会发生反应形成具有强氧化性的电子空穴对，电子空穴对可以与VOCs 上的有害物质发生氧化还原反应，分解释放出无害的二氧化碳和水，从而将有毒物质净化成无毒物质。

3.1.6 组合处理工艺

很多情况下，针对不同类型的有机废气处理，特别是成分复杂的有机废气，单一处理方法不一定能满足处理需要，经济上也不合理，通常需要采用多种治理技术组合使用，例如吸附浓缩+催化燃烧工艺、吸附浓缩+高温焚烧工艺、吸附浓缩+吸收工艺、低温等离子体+吸收工艺、低温等离子体+催化工艺等，特别是针对低浓度有机废气，更易使用“活性炭+燃烧”，“活性炭+冷凝”或“分子筛转轮+燃烧法”进行处理。

从当前的实际情况看，很多行业中VOCs 的治理比如喷涂、包装印刷、涂料生产等行业都需要采用组合技术，以实现治理效果。

3.2 船舶行业有机废气治理方法

3.2.1 工艺选择

船舶喷漆处理废气，具有废气风量大、浓度相对不高、废气组分复杂、无回收价值等主要特点，适合采用“吸附浓缩+氧化燃烧”的处理方式。吸附方式可选择活性炭或分子筛转轮，由于在安全风险和处理效果方面，沸石转轮吸附的性能要明显要优于活性炭。同时，因为喷涂废气组分中含有沸点高于120℃的高沸点有机组分，活性炭无法满足脱附温度，沸石转轮脱附温度可达到200℃，可以有效脱附高沸点有机物。因此，船舶行业吸附浓缩建议采用沸石转轮吸附浓缩[2]。

氧化燃烧可采用催化燃烧技术（CO）或蓄热式热力焚烧技术（RTO）均可，处理效率均可满足需求。

3.2.2 废气设计浓度核算

喷漆废气浓度需根据喷房面积及喷房内的喷枪数量来进行核算，以及所用的油漆种类和有机成分的挥发率。喷房的换气次数需根据室内喷漆使用油漆量及室内环境要求，合理选择。例如某船舶厂喷漆房废气浓度可按表2 核算，其浓度在579 mg/m3。

表2 喷房废气浓度核算表

3.2.3 分子筛转轮选择

确定分子筛选型主要有以下参数需要评估、考量。1）废气风量，特别注意要换算为标态风量。2）废气浓度，核算客户提供数据，确定废气浓度。3）废气温度，一般不高于40℃。4）废气相对湿度，一般控制在不高于75%。5）排放浓度，按照标书要求设计吸附效率，需注意系统要整体达标。6）浓缩倍率，保证达标情况下，选择最优的倍率。7）去除效率，此项与排放浓度、浓缩倍率相互影响，保证最高的去除效率。

3.2.4 运行模式设定

喷漆房内在喷漆和晾干工况下的废气浓度不同，喷漆时的废气浓度高，晾干时的浓度低，针对这种情况可设置不同的运行模式，根据不同工况编制自动运行程序。设置喷漆室工况与系统主风机进行连锁，在晾干工况下风机自动调频，降低风量，使喷房内的废气浓度升高，从而提高浓缩后的废气浓度，使后续的燃烧设备可实现自供热燃烧，不消耗燃料。设置运行模式后，不仅可以使系统自适应车间生产工况，而且还起到了节能的作用。实现不同工况下废气处理系统的自动切换。

4 结语

针对船舶行业喷漆废气处理，需要充分考虑其喷漆工况，结合船厂涂装作业空间大、不连续、浓度不稳定等特点详细核算其设计参数，易于选择“转轮吸附浓缩+氧化燃烧（RTO/CO）”工艺。但是要想更好地解决船舶行业喷漆废气挥发问题，需要从源头替代上想办法，通过使用水性涂料或高固份油漆等低VOCs 含量的涂料来替代高VOCs 含量的涂料。