宁 淼1 ，邵 霞2 ，刘 杰3 ，张 鑫4 ，刘伟* 1
(1．环境保护部环境规划院，100012；2．北京市环境保护科学研究院，北京 100037；3．中国涂料工业协会，北京 100079；4；中国科学院生态环境研究中心 ，北京 100085)
摘 要 ：基于溶剂型涂料与水性涂料涂装体系VOC排放水平及 VOC排放成分谱的比较分析，提出了我国工业涂装VOC治理技术路线 ，即重在源头，全面推进粉末、水性、高固体分、紫外光固化等低 VOC含量涂料 ；兼顾末端治理，着力提升VOC收集效率 ，从经济成本、减排效益、二次环境影响等方面，开展喷漆废气 、烘干废气治理技术的评估和筛选 ；针对不同工业涂装行业确定差异化的最佳可行控制技术。加强工业业涂装 VOC排放船管监管，制定覆盖“源头 一过程 一末端 ”的工业涂装排放标准体系， 从执法监测测 、自行监测 、台账管理、执行报告，信息公开等要求，实现工业涂装企业全过程精细化管理。
关键词 ：工业涂装；挥发性有机物；全过程管控；低VOC含量涂料；排污许可
传统工业涂装生产工序由于使用溶剂型涂料、稀释剂和清洗剂，形成大量VOC排放。依据2015年全国人为源VOC排放清单，工业涂装VOC排放占整个工业源VOC排放量的20%以上。此外已有监测结果表明，工业涂装废气排放中富含苯系物、含氧挥发性有机物（OVOC）等活性强、毒性大的VOC物质，基于此，国家发展改革委、环境保护部印发的《“十三五”节能减排综合工作方案》将工业涂装纳入“十三五”期间全国VOC减排的重点领域。然而，工业涂装涉及行业面广，现阶段各地对工业涂装VOC的管控缺乏统一、系统、科学的认识。本文重点从防治技术路线筛选、监管体系构建等方面，解读国家对工业涂装VOC排放管控的宏观思路，为各地和工业涂装企业VOC污染控制提供指导。
1 不同涂料涂装体系VOC排放特征比较
2016年我国涂料总产量达1899.78万t，同比增长7.2%，其中工业涂料占涂料总产量的65%以上。在工业涂料中，溶剂型涂料占50%左右，其余为水性、粉末、光固化等低VOC含量的涂料，溶剂型涂料所占比例远高于欧美日的20%~30%水平。为分析工业涂装VOC排放特征，本研究采集了汽车、钢结构等典型工业涂装企业在使用溶剂型涂料、水性涂料的VOC有组织排放样品，利用GC-MS/FID分析系统测定了多种VOC组分。
研究选取了某轿车厂水性中涂及水性色漆与溶剂型罩光清漆混合排口的VOC排放样品分别进行检测，如图1所示。
图1轿车水性中涂与水性色漆及溶剂型罩光清漆混合排放的VOC组分的比较
图1数据表明，水性中涂排放VOC中醇类占40%左右、酮类为15%左右、苯系物为20%、烷烃类为10%；而对于水性色漆和溶剂型罩光的混合排口，由于使用溶剂型罩光涂料，排放的VOC中苯系物含量达到70%左右，酯类为17%，醇酮类合计不到10%。
对于钢结构生产企业，分别选取了使用溶剂型底漆和水性底漆的2家钢结构企业涂装VOC排放成分
图2钢结构不同类型底漆涂装过程VOC排放组分分析
图2数据结果表明，使用水性底漆的钢结构生产企业排放VOC中醇酮酯类达到65%左右，苯系物为28%，烷烃、烯烃类约为15%；使用溶剂型底漆的排放VOC中苯系物占比达到50%左右，醇酮类占比不到10%，烷烃、烯烃类占比为12%。
依据典型工业涂装企业VOC排放监测结果，总结工业涂装企业排放的主要VOC物质见图3。
图3工业涂装排放主要VOC物质的光化学反应活性分析
根据典型工业涂装企业VOC排放检测结果可知，使用溶剂型涂料的工业涂装VOC排放中，苯、甲苯、乙苯、二甲苯、三甲苯的检出率较大，这些VOC物质的光化学反应活性大，即其单位排放的臭氧生成潜势和二次有机气溶胶生成潜势大，对复合型大气污染的生成产生较大贡献；而使用水性涂料的工业涂装VOC排放浓度相对较低，且排放富含醇类、酯类等低反应活性的VOC物质。
2 工业涂装VOC污染治理技术路线的选择
2.1强化源头与过程控制
通过不同涂料涂装体系VOC排放特征的比较，可知减少工业涂装VOC排放及其对大气环境影响的最有效途径是实施源头和过程控制。即在生产的源头，采用低VOC含量的涂料，因此我国《大气污染防治法》第46条明确提出“工业涂装企业应当使用低挥发性有机物含量的涂料”。低VOC含量涂料包含粉末、水性、高固体分、紫外光固化涂料等多种类型，而不应简单将低VOC含量的涂料等同于水性涂料。粉末涂料固含量接近100%，涂装过程基本不排放VOC，使用粉末涂料替代溶剂型涂料，VOC排放可削减95%以上。
典型汽车和钢结构生产企业涂料成分测试结果如图4和图5所示。使用水性涂料替代溶剂型中低固体分涂料，可减少VOC排放50%左右。由于《大气污染防治法》未明确低VOC含量涂料的定义，各地在操作实施时，应制定不同行业低VOC含量涂料目录，依据当地大气环境质量改善需求、各行业涂料涂装技术的发展趋势，明确适用的低VOC含量涂料种类及其VOC含量限值要求。
图4轿车不同涂层涂料组分构成
图5钢结构不同类型底漆组分构成
对于涂装工艺过程的控制，一方面是要建立密闭型生产成套装置，大件喷涂采用组件拆分、分段喷涂方式，为后续VOC的收集治理奠定基础；另一方面是要推广应用自动连续化喷涂线，采用高传递效率的涂装技术，提高涂料利用效率，减少涂料消费量。目前，我国工业涂装企业普遍采用低涂料传递效率的传统手动空气喷枪进行喷涂作业，喷涂传递效率通常只有25%~40%左右，产生过量喷涂问题，增加了涂料消耗及VOC排放量，如表1所示。因此，工业涂装企业应优化产品设计，实施部件涂装，根据部件的材质和形状分类制定涂装工艺，选择传递效率最优的涂装技术和设备，如空气辅助喷涂、无气喷涂、静电喷涂等，减少涂料使用量和VOC排放。
表1不同涂装技术的涂料传递效率及其适用范围
2.2大幅提升末端收集与治理效率
现阶段末端治理仍是实现我国工业涂装行业VOC减排最为有效的手段之一，但目前我国VOC治理技术依然存在较多问题。由于不同行业排放VOC的浓度、物质种类、风量及其连续性各不相同，而治理企业拥有的治理技术良莠不齐，均存在一定的局限性和缺点，治理效果与期望值存在较大的差距。为提高工业涂装末端治理设施VOC的综合去除效率，首先迫切需要提升VOC收集效率，增加进入治理设施的VOC量、减少VOC无组织逸散排放，为此，涂料、稀释剂、清洗剂等含VOC原辅材料应密闭贮存，有条件可采用集中供料系统，无集中供料系统时原辅料转运应采用密闭容器封存，缩短转运路径；涂料调配、喷涂、烘干（晾干、风干）及涂装设备清洗等各工序应在独立密闭空间或密闭设备中进行，涉及VOC排放的区域应负压操作并设置压力监测仪表，建设帷幕式气罩，将整个工业涂装工序的VOC收集效率提高到80%以上。
为筛选出适合工业涂装的最佳可行末端治理技术，应建立一套末端治理技术评价指标，即涵盖“去除率、排放控制水平、运行稳定性、操作维护复杂程度、技术衔接性、安全性、成熟度、一次投资、能源消耗、消耗品、人力成本、资源回收、能源回收、环境效益、二次污染”15项评价指标，运用AHP分析法进行评价筛选，针对喷涂、晾（风）干废气等常温废气和烘干废气排放特征的不同，推荐采用不同的治理技术。评价结果显示，对于喷漆、晾（风）干废气，由于含有漆雾且废气风量大、浓度低，建议采用组合技术进行治理，鼓励采用干式过滤高效除漆雾、“湿式水帘+多级过滤除湿”联合装置、静电漆雾捕集等先进除漆雾装置，使用溶剂型涂料时建设“吸附浓缩+燃烧”处理设施；若喷漆废气风量小、浓度低、周边环境不敏感，在考虑一次性投资和运行成本的情况下，可联合采用“活性炭吸附+低温等离子”等组合技术，低温等离子法、光催化法等干式氧化技术也可与吸收技术组合使用。而使用溶剂型涂料的烘干工序产生的有机废气浓度、温度较高，应采用蓄热式热力燃烧装置或催化燃烧装置单独处理，在保证安全、有设备条件的基础上，可考虑采用回收式热力燃烧装置，产生热量作为烘干供热设备的热源，充分利用有机废气中VOC的热值，具有较好经济效益，而且去除效率高，VOC可达到国家和地方排放标准。
2.3针对不同行业实施差异化控制
由于工业涂装覆盖行业广阔，对不同行业应结合自身特点实施差异化控制。从整体上看，工业涂装VOC排放治理的技术路线可分3类。第一类是低（无）VOC含量涂料替代技术已经较为成熟的行业，如汽车、木质家具、集装箱制造等，应重在源头控制，可全行业全面使用低VOC含量涂料替代，推动行业绿色转型。集装箱制造行业除一次打砂工序外，整箱打砂、箱内外涂装、底架和木地板涂装应全面使用水性涂料；使用溶剂型涂料的一次打砂工序，应配套建设VOC收集治理设施。汽车制造的中涂、色漆应使用水性涂料，或中涂、色漆、罩光清漆全面替换为高固体分涂料，配套使用“三涂一烘”、“免中涂”等紧凑型工艺；对溶剂型涂料喷涂与流平、烘干的VOC排放进行分类收集和治理。木质家具生产使用水性、紫外光固化涂料替代，人造板家具推广使用粉末涂料，全面使用水性胶粘剂。
第二类是末端治理技术和治理模式，较为成熟的行业如卷材制造，其涂料采用高沸点溶剂，涂装VOC排放主要集中于烘干环节，对烘干废气采用燃烧装置进行处理，产生热量进行回用，对喷涂废气采用活性炭吸附装置进行处理。对于此类行业，重点应做到行业内所有企业应治尽治，并加强末端治理设施运行监管，提高末端治理设施的投运率。
第三类是船舶、钢结构、工程机械等行业治理技术路线不明确，应多措并举，采取综合措施推动VOC减排。船舶制造行业应全面使用高固体分涂料，在机舱内部、上建内部推广使用水性涂料；优化涂装工艺，加大有组织排放涂装比例，在2020年底前将船舶制造企业60%以上的涂装作业实现封闭喷涂施工，强化喷涂车间VOC排放的收集与处理。工程机械制造行业推广使用高固体分、超高固体分和粉末涂料，在部分工艺环节试点推行水性涂料，加强喷涂车间废气的收集与治理。钢结构制造应全面使用高固体分涂料，在复合型大气污染严重区域试点推行水性涂料，取缔钢结构露天喷涂，改为车间作业，建设喷涂废气收集治理设施。
3 工业涂装VOC监管体系建立健全建议
3.1制定覆盖“源头—过程—末端”的工业涂装排放标准体系
目前国家层面上没有针对工业涂装VOC排放标准，为环境监管带来难度，无论是国家还是地方层面，均应加快建立工业涂装VOC排放标准体系，其建议架构如图6所示。
图6工业涂装VOC排放标准体系架构
工业涂装VOC排放标准体系的设计，应突出VOC排放量大、排放集中度高、对大气环境质量影响显著的行业，如汽车、家具、集装箱、船舶等行业，结合行业VOC污染控制技术路线，制定单独、有针对性的行业排放标准，针对其他工业涂装工序制定统一的综合排放标准。在控制指标选择上，考虑到工业涂装VOC无组织排放所占比重较大，应转变传统排放标准的管理思路，由原有对末端排污口浓度的管控转变为生产全过程排放控制，体现在标准制定中增加不同行业涂料原材料VOC含量限值控制指标；设置涂装工位或涂装车间无组织监控点，提高无组织排放限值要求，从而督促企业加大工艺改进力度，实现密闭生产；此外，为体现全过程控制原则，制定涂装全过程VOC排放总量控制指标，如单位产品或单位涂装面积的VOC排放限值，鼓励企业采取多种组合措施减少VOC排放。标准限值的制定应体现可行性和先进性兼顾的原则，具有空间差异性，复合型大气污染严重的重点区域应实施特别排放限值，或制定更加严格的地方标准。
3.2加快建立工业涂装VOC监测监控体系
从加强监督性监测和自行监测两方面，实施对工业涂装企业VOC排放的全方位监控。在监督性监测方面，加强地市、区县一级基层环保执法人员装备和能力建设，探索向社会检测机构开放监督性监测市场，规范工业涂装VOC执法监测工作，强化对工业涂装企业VOC排放的日常监管。在企业自行监测方面，以省为单位修订更新重点排污单位名录，将单体VOC排放量大的涂装类企业纳入重点排污单位名录，对主要排污口安装VOC自动监控设备，并与地市、省级环保部门联网，此外VOC重点排放源还应在厂界建设环境VOC监测设施。对于未纳入重点排污单位名录的企业，要求其每年至少开展一次VOC废气处理设施进、出口监测和厂界无组织监控浓度监测，监测指标包含原辅料所含主要特征污染物和非甲烷总烃等指标，并根据废气处理设施进、出口监测参数核算VOC处理效率。强化工业涂装的环境台账管理。工业涂装企业应逐步完善有机废气监测台账，有机废气处理设施运行台账，含VOC有机原辅材料的消耗台账，包括使用量、废弃量、去向及其VOC含量，有机废气处理耗材（吸附剂、催化剂等）的用量和更换及转移处置台账。台账保存期限不得少于3a。建立非正常工况申报管理制度，包括出现项目停产、废气处理设施停运、突发环保事故等情况时，企业应及时向当地环保部门进行报告并备案。
4 结语
1、“十三五”时期，全面推进工业涂装VOC排放控制，全国汽车、家具制造行业应在2019年前完成工业涂装工序VOC治理，其他工业涂装行业2020年底前完成治理；位于京津冀及周边、长三角、珠三角等重点区域的工业涂装行业2018年底前完成VOC治理，具备达到国家和地方排放标准的能力，为实施排污许可制奠定基础。3以排污许可证为载体实施全过程精细化管理根据国家的统一部署，对溶剂型涂料和稀释剂年使用量超过10t的工业涂装企业将实施排污许可重点管理。到2019年，家具制造、汽车制造行业全面实施排污许可管理；到2020年，其他交通运输设备制造、电子信息制造行业全面实施，京津冀及周边地区、长三角区域、珠三角等重点区域将加快排污许可证核发进程。排污许可证是企业排污行为的唯一行政许可，其明确了企业排污行为依法应当遵守的环境管理要求和承担的法律责任义务。以排污许可证为载体，确保工业涂装企业落实使用低VOC含量原辅材料；通过无组织许可排放量推进企业密闭生产、提高VOC收集效率；通过有组织排污口许可排放量，敦促企业建设高效VOC治理设施，多措并举全面达标排放并且达到年度总许可排放量的要求；同时落实企业自行监测、台账记录、定期报告和信息公开制度，提高企业环境管理的精细化水平。工业涂装企业应依法申领排污许可证，按证排污；地、市环保部门基于其申请排污许可证时的守法承诺，依法发放排污许可证，依证强化事中事后监管，对违法排污行为实施严厉打击；排污许可证申领、核发、监管流程全过程公开，接受社会的监督。
2、工业涂装VOC排放控制应重在源头，大力推广使用粉末、水性、高固体分、紫外光固化等低VOC含量涂料；兼顾末端治理，建设VOC全面围风系统，将VOC收集效率提高到80%以上，对喷漆废气（含晾风干废气）、烘干废气治理进行分类收集治理，末端治理技术的选择应综合考虑经济成本、减排效益、二次环境影响等因素。
3、“十三五”时期，不同工业涂装行业VOC排放控制各有侧重。汽车、木质家具、集装箱制造等行业强制使用低VOC含量涂料替代，推动全行业绿色转型升级；卷材等以烘干废气排放为主的行业，VOC末端治理模式成熟，应做到行业内所有企业应治尽治；船舶、钢结构、工程机械等行应多措并举，采取“源头-过程-末端”全过程措施推动VOC减排。
4、加快建立健全工业涂装VOC排放监管体系。加强对工业涂装工序VOC排放的监督性监测和企业自我监测，逐步完善工业涂装工序的VOC监测台账、VOC处理设施运行台账、含VOC有机原辅材料消耗台账、VOC处理耗材更换及转移处置台账，建立非正常工况申报管理制度，建立VOC排放定期报告和信息公开制度，落实排污许可制各项管理要求。
文章发表于2017年《涂料工业》第12期
(0)
