中小型涂装企业VOCs废气治理现状调研及整改实例

周玉娇 ，黎云祥

（1.四川化工职业技术学院，四川 泸州 646000；2.西华师范大学环境科学与工程学院，四川 南充 637009）

工业涂装行业排放大量含VOCs(挥发性有机物)的废气[1]，占整个工业源VOCs排放量的20%以上[2]。工业涂装等溶剂使用行业对VOCs的贡献受到了越来越多的关注[3]。VOCs组分繁多，对公众健康会产生直接或间接的不良影响[4-5]，部分VOCs对人体具有致癌作用[6]。VOCs已成为导致环境空气质量恶化的核心污染物之一[3]。

目前VOCs减排的研究主要集中在末端治理技术上[7-8]。VOCs的减排应从源头、过程和末端的全过程进行控制[9]。现场调查泸州市10家中小型涂装企业的VOCs废气治理现状后发现：这些企业全部使用低VOCs含量的涂料，VOCs产生量较少；其中30%的企业采用高压喷枪，油漆浪费较多；只有30%的企业对漆雾进行了回收利用；普遍VOCs废气收集不完善，虽然所有企业都集中收集处理了喷漆房的VOCs废气，但调漆间、流平室、固化区、危废暂存间的VOCs废气未进行有效的收集和处理；80%的企业的废气治理工艺不合理，如某使用紫外光(UV)固化油性漆的企业中的VOCs废气主要采用喷淋、UV光解和活性炭吸附的方式来处理，难以使废气中的VOCs达标排放。另外，从VOCs废气治理设备分析，这10家企业还存在以下问题：UV光解设备的处理能力都偏小；78%的企业中，活性炭吸附箱处理能力偏小；80%的企业废气收集管的管径不适当，风速不适宜；所有企业皆存在管线偏长，管道压力损失大，各并联管网压力损失不匹配，且未设置调压装置，风机风压不足以克服压力损失，VOCs废气收集系统难以正常运行。

本文以泸州市某中小型涂装企业为例，讲述如何从源头、过程和末端全过程整改其VOCs废气收集处理系统，确保达标排放。

1 某中小型涂装企业VOCs治理现存问题的分析

1.1 涂料

该企业使用的底漆和面漆属于紫外光固化油性涂料。紫外光固化溶剂型涂料属于《“十三五”挥发性有机物的污染防治工作方案》(环大气[2017]121号)中鼓励使用的涂料类型之一，因此原辅材料无需整改。

1.2 涂装工艺和设备

使用传递效率优良的涂装技术和设备，如空气辅助喷涂、无气喷涂、静电喷涂等，可减少涂料使用量，可以减少VOCs排放量[10]。该企业采用静电喷涂工艺，所以不需要整改。

底漆房和面漆房分别配置7支高压喷枪，工作压力0.4 MPa。高压喷枪的喷涂雾化能力强，喷漆效率高，但油漆浪费较多，因此需要将高压喷枪整改为低压喷枪。

1.3 漆雾回收

回收漆雾有利用企业节约油漆使用量，同时减少对废气收集管网和后续废气处理设备的不利影响。该企业只采用旋风装置回收底漆房漆雾，面漆房未回收，故需增加漆雾回收设备。

1.4 VOCs废气收集

收集是废气有效处理的前提。涂装企业生产主要经历待加工件除尘、喷底漆、流平、固化、喷面漆、流平、固化等工序。VOCs产生源主要来自油漆调配、喷漆、流平、固化等环节以及危废暂存。该企业仅对喷漆房废气进行了密闭收集处理，其余VOCs废气未收集，处于无组织排放状态。由于VOCs废气收集不全面，因此需要整改。

以长3.0 m、宽3.5 m、高2.2 m的面漆房为例，对现有引风机的风量符合性进行分析。风机型号为4-72-NO8C，风量范围12224～15705 m3/h。利用风机风量与通风面积(即长乘高)的比值计算出最小风速0.51 m/s和最大风速0.66 m/s，它们在《涂装作业安全规程 喷漆室安全技术规定》(GB 14444-2006)要求的控制风速0.38～0.67 m/s范围之内，故不需要整改。

1.5 治理工艺

VOCs治理技术主要有：直接燃烧法、蓄热燃烧法、催化燃烧法、低温等离子体法、臭氧法、冷凝法、膜分离法、吸附法、吸收法、生物降解法、光解法、光催化法等[11-13]。

该企业主要采用“两级水喷淋 + 活性炭吸附 + UV光解”处理技术。据《四川省2018年度挥发性有机物(VOCs)减排核算方法说明》，活性炭吸附技术的VOCs去除效率为30%；UV光解的VOCs去除效率为20%；水喷淋的VOCs去除效率为10%。该企业使用油性漆，从原理上讲水喷淋对油性漆VOCs的去除率低，因此不考虑水喷淋对VOCs的去除效果。该企业现有废气治理工艺的VOCs去除总效率为44%，不满足《四川省固定污染源大气挥发性有机物排放标准》(DB 51/2377-2017)的“表3”对表面涂装行业VOCs去除率不低于80%的要求。因此，VOCs废气治理工艺需要进行调整，将VOCs去除率提高至80%以上。

1.6 治理设备

1.6.1 喷淋塔

一级喷淋塔内径1.50 m，高度3.00 m；二级喷淋塔内径1.50 m，高度4.50 m。如前所述，水喷淋对油性漆VOCs的去除效果较差，不适用于本项目，需要整改。

1.6.2 UV光解设备

该企业原有的UV光解设备的尺寸为2.7 m × 1.1 m × 1.3 m，安装有紫外灯管60根，每根灯管电压100 V，长度90 cm。据设备说明书所述，该设备设计处理风量为10000 m3/h，远小于企业目前实际收集的底漆房和面漆房VOCs废气量24448～31410 m3/h，其处理能力不足，因此需要整改。

1.6.3 活性炭吸附设备

该企业采用固定床吸附装置，尺寸为0.9 m × 1.0 m × 1.3 m，活性炭箱为3层，每层20 cm高。每15 d更换一次蜂窝状活性炭。根据处理风量与活性炭吸附箱中通风面积计算出废气最小流速为6.79 m/s，不符合《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ 2026-2013)中小于1.2 m/s的要求。废气在活性炭吸附箱中停留时间较短，设备处理能力不足，需要整改。

1.7 VOCs废气收集管网

以底漆房至风机的通风管(长达15 m)为例进行计算，底漆房至风机的通风管断面为边长500 mm的正方形，断面面积为0.25 m2。根据风量范围12224～15705 m3/h可算出通风管内风速为13.58～17.45 m/s，不符合《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50019-2015)中风速在2～14 m/s范围内的要求，通风管内径偏小。

通风管阻力包括摩擦阻力和局部阻力，通风管阻力计算参照《简明通风设计手册》。由于并联管道阻力损失相差大于10%，因此需要安装调压阀，但该企业现有废气收集系统未进行调压处理。

该企业现有的废气收集处理系统是自行设计的，矩形管和圆形管混接，管径不适当，存在管线偏长、管道压力损失大、各并联管网压力损失不匹配、未设置调压装置等问题，风机风压不足以克服系统压力损失，废气收集系统难以正常运行，因此需要整改。

2 VOCs废气收集处理系统的整改

由上述分析可知，该企业现在的VOCs废气治理问题主要是：涂装设备不合理，使油漆浪费较多；漆雾回收效率较低；废气收集不全面；废气治理工艺不适当；废气治理设备规模偏小；废气收集管网不匹配。于是对存在的问题进行逐项整改。

2.1 涂装设备的整改

建议改用工作压力不超过0.3 MPa的低压喷枪。

2.2 有机废气收集系统的整改

根据对VOCs产生源的分析，按表1进行有机废气收集系统风量计算。

表1 有机废气收集系统的风量设计 Table 1 Design of exhaust gas volumetric flow rate for VOCs collection system

2.3 有机废气处理工艺整改

据《四川省2018年度挥发性有机物(VOCs)减排核算方法说明》，催化燃烧的VOCs去除效率为90%。该企业VOCs产生浓度经计算约为188 mg/m3，若采用活性炭吸附浓缩后催化燃烧去除废气中90%的VOCs，则VOCs排放浓度为18.8 mg/m3，低于DB 51/2377-2017的VOCs排放限值60 mg/m3。因此VOCs废气去除率和排放浓度可以同时达标。

为保护后端处理设备和提高油漆回收利用率，拟对喷漆室进行脱脂预处理。

挥发性有机废气主要来自喷漆房和固化室，因此这两处采用脱脂箱(预处理)加活性炭吸附浓缩催化燃烧工艺。为充分利用现有设备，底漆房的旋风回收集漆雾设备保留，在其后端安装脱脂箱，如图1所示。

图1 VOCs废气处理工艺流程示意图 Figure 1 Schematic diagram of VOCs-containing exhaust gas treatment process

油漆分装间和危废暂存间产生的挥发性有机废气少，浓度较低，并且持续产生，因此经收集后利用现有活性炭吸附设备处理后排放。

2.4 漆雾回收设备的整改

对喷漆室进行脱脂预处理，保护了后端处理设备之余，又增大了油漆回收利用率。面漆房和底漆房分别配置一个脱脂箱，其处理能力大于收集风量13662 m3/h。

2.5 末端控制设备的整改

2.5.1 喷漆房和固化室的有机废气末端控制设备

将现有的喷淋塔、UV光解设备、活性炭吸附箱等末端控制设备改为活性炭转轮浓缩-催化燃烧处理设备，它主要由活性炭转轮浓缩、脱附系统、催化燃烧系统、控制系统等部分组成，要求处理能力达到40000 m3/h，同时符合《催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》(HJ 2027-2013)的要求。

2.5.2 油漆分装间和危废暂存间有机废气的处理

油漆分装间和危废暂存间的废气经收集后，利用现有的活性炭吸附设备处理后排放。这两处废气量为1400 m3/h，现有活性炭吸附设备尺寸为0.9 m × 1.0 m × 1.3 m，算得废气风速为0.3 m/s，符合HJ 2026-2013标准中小于1.2 m/s的要求。因此现有活性炭吸附设备满足这两处废气的处理要求。

2.6 通风管的整改

VOCs废气收集管网的设计与安装应根据废气性质、废气量来确定管材、管径，各并联管路进行调压，根据压力损失和风量来选择适用的风机。各处理设施尽量缩短连接距离，减小通风管道压力损失。并联风管应安装压力调节阀、密闭止回阀。各有机废气污染源的收集通风管采用圆形管，长度、管径及压力损失见图2。有机废气处理系统配置的风机应能克服管道和设备压力损失。

图2 整改后通风管示意图 Figure 2 Diagram of ventilation duct after rectification

2.7 整改工程投资及运行费用估算

VOCs废气收集处理系统整改前后的对比见表2。这次整改投资主要体现在活性炭吸附浓缩催化燃烧设备的采购费用和通风管的整改费用，具体的投资估算见表3。

表2 有机废气收集处理系统整改前后的对比 Table 2 Comparison of VOCs-containing exhaust gas treatment system before and after rectification

表3 投资估算表 Table 3 Investment estimate

本项目的有机废气处理系统的运行成本主要包括活性炭采购及废活性炭处置费用、脱脂箱耗材、电费、催化燃烧设备维护和检修费用。处理能力为40000 m3/h的吸附浓缩催化燃烧设备的年运行费用大概4～8万元。

3 结语

企业VOCs废气收集系统整改后，VOCs废气去除率和排放浓度同时符合相关标准要求。本文可为中小型涂装企业VOCs废气治理提供一定的参考。