表面涂装行业挥发性有机物污染防治措施研究

安增莉

(山东绿清环保技术有限公司，山东 青州 262500)

0 引言

随着对环境污染物迁移转化机理研究的深入，挥发性有机物(VOCs)的污染问题引起了人们的广泛关注。自2017年以来, 国务院相关部门和地方政府相继出台了《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》及《重点行业挥发性有机物综合治理方案》等政策性文件以强化重点地区、重点行业、重点污染物的减排，降低环境空气中细颗粒物和臭氧的上升趋势，有效促进区域环境空气质量的改善。

1 挥发性有机物(VOCs)

根据《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》，挥发性有机物(VOCs)是指参与大气光化学反应的有机化合物，包括非甲烷烃类(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等)、含氧有机物(醛、酮、醇、醚等)、含氯有机物、含氮有机物、含硫有机物等，是形成臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)污染的重要前体物。根据我国产业分布特点，VOCs主要来源于化工生产、燃料、涂料制造、溶剂涂料使用等过程，部分VOCs具有“三致”作用，即致癌、致突变、致畸作用，可对人体健康造成直接危害[1]。

近年来，我国PM2.5污染控制取得了一定进展，但各地区PM2.5浓度仍然较高，超标现象比较普遍，根据京津冀及周边地区PM2.5污染源解析结果，当前阶段PM2.5的最主要组分为有机物(OM)，其占比高达20%～40%，而二次有机物(由VOCs转化生成)在OM中所占比例为30%～50%，因此VOCs的排放对PM2.5的形成有重要影响。目前，我国对二氧化硫、氮氧化物、粉尘等重点污染物的控制已取得明显效果，但对VOCs的污染控制还处于起步阶段，为进一步改善区域环境空气质量，需全面加强对VOCs的污染防治工作。

2 表面涂装行业挥发性有机物(VOCs)产生情况

2.1 表面涂装行业分布

表面涂装行业是表面涂装企业或生产设施中具有涂装工序的企业的总称，涉及涂装工序的企业行业种类众多，如金属制品业、通用设备制造业、专用设备制造业、汽车零部件及配件制造业、电气机械和器材制造业等，故表面涂装行业涉及企业数量较大。

2.2 挥发性有机物(VOCs)产生环节

表面涂装行业产生VOCs源于涂料的使用。典型的表面涂装工艺过程包括：前处理→喷底漆→喷面漆→烘干。涂料涂装工艺产生VOCs环节主要为涂料涂装过程和固化过程。按照作业方式的不同，分为刷涂、滚涂、喷涂和浸涂等方式，其中以喷涂居多。喷涂过程使用的喷枪的种类主要有空气喷枪、高压无气喷枪、空气辅助式喷枪及手提式静电喷枪，因此，相应的喷涂工艺分为空气喷涂技术、无气喷涂技术、辅气喷涂技术和静电喷涂技术。常用的涂料固化工艺主要为自然晾干和烘干。一般情况下，喷漆单元产生的有机溶剂挥发量和烘干(或自然晾干)单元产生的有机溶剂挥发量各占喷涂过程中产生总有机挥发量的50%[2]。

2.3 挥发性有机物(VOCs)产生特点

首先，表面涂装工业VOCs的产生量与涂料类型有关。涂装工序产生的VOCs主要来自涂料本身及涂料调配所用的稀释剂、固化剂中的有机溶剂，故涂装过程产生的VOCs的种类与涂料、稀释剂、固化剂挥发分中所含有机物的成分基本相同。柯云婷等的研究结果表明，在木器涂料中，溶剂型、水性和光固化(UV)涂料的平均VOCs含量分别为37.28%、9.88%和18.02%[3]。故涂装面积相同的情况下，使用油性涂料产生的VOCs多于水性涂料。粉末涂料采用静电喷涂技术，不使用稀释剂，涂料本身不含有机溶剂，挥发分含量低，故粉末涂料涂装过程中VOCs的产生量更低。

其次，表面涂装工业中VOCs的产生量与涂装技术密切相关。刷涂、辊涂、喷涂和浸涂几种涂装方式中，喷涂工艺产生的VOCs最多，刷涂、辊涂和浸涂工艺产生的VOCs较少。前述几种喷涂技术中，使用空气喷涂技术和无气喷涂技术产生的VOCs相对较多，辅气喷涂技术和静电喷涂技术产生的VOCs较少。

再次，表面涂装行业VOCs的排放量与生产车间密闭性及有机废气末端治理措施密切相关。生产车间的密闭效果会严重影响有机废气的收集效率，现有部分表面涂装企业的生产车间未完全密闭或采用半封闭形式，喷涂工序涉及的生产设备分布不集中，部分企业只对污染较集中、较严重的喷漆、烘干工位产生的废气进行收集和处理，而调漆、补漆、晾干等工序产生的有机废气仍自由排放，造成厂区有机废气的收集有限。另外，有机废气末端治理技术的有效性会直接影响VOCs的处理效率。目前部分企业仅安装水吸收、活性炭吸附等简易的VOCs治理设施，VOCs处理效率低，排放量和排放浓度仍较高。

3 污染防治措施建议

3.1 强化源头控制

根据前述分析，涂装过程中VOCs的产生量与涂料类型密切相关，使用粉末、水性、光固化(UV)等VOCs含量低的涂料替代溶剂型涂料可有效降低VOCs的产生量。生态环境部发布的《重点行业挥发性有机物综合治理方案》(环大气[2019]53号)明确要求针对重点区域汽车制造、钢制集装箱制造、木质家具制造、金属家具制造、工程机械制造、电子产品制造等行业应推广使用水性涂料、辐射固化涂料、高固体分涂料、粉末涂料等低VOCs含量的涂料和水性胶粘剂，以从源头上减少VOCs的产生。

3.2 改进涂装技术和工艺

根据企业生产特点和要求，淘汰落后的、污染严重的喷涂设备，加快紧凑式涂装工艺的推广，采用静电喷涂、喷涂机器人自动化喷涂、辊涂等更先进和环保的涂装技术和工艺是我国涂装设备发展的新方向。生态环境部发布的《重点行业挥发性有机物综合治理方案》(环大气[2019]53号)重点指出汽车制造、汽车金属零配件、集装箱制造、木质及板式家具制造、工程机械制造等重点行业推广使用紧凑型生产工艺、粉末静电喷涂技术及自动化喷涂设备；对采用溶剂型、辐射固化涂料的企业，推广使用辊涂、淋涂等工艺。通过上述工艺和措施的应用来有效降低VOCs的产生量。

3.3 加强对无组织排放的控制

涂料、稀释剂、固化剂不光在使用过程中会产生VOCs，其调配、回收、晾干过程也会产生大量的VOCs，因此应加强厂区VOC 无组织排放控制。对企业涉及VOCs的原辅材料如涂料、稀释剂、固化剂等的场所采取密闭措施，在密闭空间内进行涂料调配、使用、回收等工艺过程，采取集中调配并禁止敞开式喷涂、晾干作业，有条件的企业应当将调配、自然晾干等工序排放的VOCs集中收集处理后变为有组织排放。

3.4 提高废气末端治理效率

我国VOCs的治理仍然处于起步阶段，2019年以前，推荐并常用的末端治理措施为低温等离子装置、光催化装置和光解装置，这些技术在有些地区的市场占有率曾高达80%，但随着建设项目验收和污染源监测工作的开展，发现上述治理措施和技术的处理效率普遍较低，污染治理效果并不理想。因此，选择合适而有效的末端治理措施是下一步VOCs治理工作的关键，也是环境工程技术发展的新方向。表面涂装工业喷涂废气的治理中对VOCs排放量大的工艺，目前比较认可的处理方式为吸附浓缩+燃烧处理的方式，对于产生量小、小风量的设备推荐采用活性炭吸附等较经济的污染治理工艺，但使用时应及时进行废活性炭的更换。对于采用溶剂型涂料的企业烘干废气的处理，推荐使用热力燃烧或回收式热力燃烧的方式，但后者环保投资较大。

4 结语

挥发性有机物(VOCs)是形成臭氧和细颗粒物的重要前体物，是造成雾霾和重污染天气的重要污染因素，需重点关注污染防治工作。全过程控制表面涂装过程产生的挥发性有机物(VOCs)，强化源头控制，改进涂装技术和工艺，提高无组织排放的控制并提高废气末端治理效率，可有效提高其污染治理水平。随着我国环境工程技术的提高和污染机理研究的深入，必将会有更加有效的污染防治措施应用于挥发性有机物(VOCs)的污染防治工作中。