VOCs组合治理工艺在某工程装备涂装车间的应用

闫伯骏，薛 强，卢晓东，刘海娇，马 麒，朱兆立，崔钰凡

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 节能环保劳卫研究所，北京100081；2.中国环境科学研究院 环境管理研究中心，北京100012）

0 引言

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指在标准状况下沸点在50～260℃、饱和蒸气压大于133.32 Pa，并且能以蒸汽的形式存在于空气中的有机化合物[1-3]，包括烃、醛、酮、醇、醚、酯、杂原子取代烃等300多种有机物。大气中VOCs具有种类繁多、来源广泛、毒性大(部分VOCs具有致癌、致畸、致突变效应)、浓度相对较低但污染物总量大等特点。

2017年9月原环境保护部出台的《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》[4]提出，到2020年，重点行业VOCs排放总量要减少10%以上。随着愈加严格的环保政策和污染物排放标准的制定与实施，需进一步加大VOCs的治理力度，强化VOCs减排控制技术创新，进一步改善环境空气质量。

本文基于某大型桥梁制造公司涂装车间的VOCs治理应用工程进行分析。该装备公司涂装车间的作业内容广，涂装作业量大，正常生产作业时尘毒污染物产生量大且污染源点集中，对作业人员的身体健康和大气环境产生危害。通过对该车间环保设施进行专业设计和升级改造，达到降低污染排放、改善作业环境、保障工人健康、保护大气环境的目的。该VOCs治理工程涵盖了5个涂装车间，完成了5套涂装废气VOCs治理设备的升级改造，设备运行效果良好，厂区生产环境得到了有效改善。在此，以某一涂装车间为例对治理工程进行详述。

1 涂装车间改造前状况

1.1 涂装车间作业点基本情况

桥梁钢结构组件生产流程较为复杂，主要生产环节如图1所示[5]。涂装车间主要承担钢结构生产过程中底漆、中间漆和面漆喷涂作业，部分构件喷涂作业完毕后需要在涂装车间内晾干。

图1 桥梁钢结构组件生产流程

喷漆方式分为无气喷涂、有气喷涂和手动刷漆3种形式，作业过程中会产生大量漆雾和有机废气。现有作业厂房存在一定程度破损，喷涂生产未在全封闭车间内进行；原有污染物净化设备治理工艺落后、老化严重，污染治理效果不佳，漆雾和有机废气不能被有效净化处理，对作业人员的身体健康存在较大危害。此外，该装备公司位于我国东南沿海区域，受气候条件影响，涂装车间内空气湿度常年维持在85%以上，对油漆的流平、固化存在较大影响[6]。涂装车间的现有生产条件已不能满足正常作业需求，亟需进行改进提升。

1.2 作业点污染源分析

该公司钢结构年生产量约3万～5万t，正常生产时，涂装车间每年喷涂所需油漆最大量约235 900 L，所需的稀释剂量约45 550 L。桥梁钢结构喷涂的原料有环氧富锌底漆、环氧云铁中间漆、环氧厚浆漆、环氧沥青漆、稀释剂等；产生的VOCs种类主要是甲苯、二甲苯、酯类和非甲烷总烃等。

涂装过程所用油漆及废气污染物组分分析如表1所示。

表1 涂装工序及废气污染物分析

1.3 改造前作业点位职业病危害因素检测结果

涂装车间升级改造前委托第三方检测机构对车间尾气排放口进行了采样检测分析，检测项目涵盖苯、甲苯、二甲苯、总VOCs和颗粒物。检测期间，涂装车间保持正常生产，检测结果如表2所示。

由表2可知，涂装车间废气中没有检测到苯的存在，甲苯、二甲苯、总VOCs浓度均超出排放限值，无法满足当地环保排放要求。

2 涂装车间治理方案及效果

2.1 治理方案

涂装车间新增送风系统和排风系统各1套，根据喷涂作业特点和车间生产现状，气流组织采用顶部送风、底部侧面排风形式。喷涂作业过程中产生的漆雾和有机废气可被送风气流有效下压，减少了污染物与人体的直接接触。根据涂装车间实际大小和生产量等关键参数设计送风系统和排风系统风量，车间内一侧设置废气收集装置，并加装初效过滤棉以过滤废气中的漆雾。车间外设末端废气治理净化设备，选用“沸石转轮吸附+催化燃烧”治理工艺。送风系统增加了恒温除湿功能，确保正常涂装作业时，车间内的空气湿度≤70%。该功能有效解决了空气中湿度过大导致的涂装作业后漆膜不容易固化的问题，保证了喷漆质量，提升了操作人员工作环境质量。同时，对原有老旧涂装车间整体结构进行局部修补，增加涂装车间的密闭性，以更好地保证涂装车间的使用效果，防止作业产生的漆雾及有机废气外溢，提高生产质量，节约能耗。

表2 治理前涂装车间废气检测结果

生产作业时，产生的有机废气可被车间内集气装置有效收集，废气经4级干式过滤后沿排风管道进入沸石转轮吸附净化装置。该装置可实现有机污染物的吸附净化和在线脱附浓缩，有效保证了污染物的吸附净化效率。脱附浓缩后的废气引入催化燃烧床进行无焰燃烧，有机废气最终可被彻底净化。同时，脱附过程产生的热气体可在系统中循环使用，有效降低了能耗。

环保设施主要设备组成包括：送风系统、恒温除湿系统、排风及漆雾处理系统、废气治理净化系统、可燃气体监测报警系统、电控系统、在线监测系统等。方案工艺原理如图2所示。

图2 涂装车间治理工艺流程

2.2 治理效果评价

经过对涂装车间环保设施的升级改造，该车间的生产环境得到有效改善。经定点采样检测，涂装车间废气排放浓度和排放速率全部符合当地排放要求，有机废气治理净化效果显著，检测结果如表3所示。

3 结论

（1）“沸石转轮吸附净化+催化燃烧”有机污染物治理技术对复杂生产工艺和多变生产条件具有良好的治理效果，设备性能稳定，可有效实现废气污染物达标排放。

（2）涂装车间环保设备升级改造项目实施后，涂装作业场所空气质量得到了显著改善，废气中各项污染物排放指标均优于地方环保标准要求，可为同行业相关场所的尘毒治理提供参考。

（3）环保工程方案的设计应以人为本，在确保治理方案满足环保标准要求的同时尽可能降低污染物对作业人员身体健康的影响。

表3 治理后涂装车间废气检测结果