文/梁龄予
山西晋环科源环境资源科技有限公司
摘要：晋中市工业涂装工序遍布于汽车整车制造、家具制造、金属制造、机械设备制造等众多行业中，是挥发性有机物（VOCs）的主要排放源之一。在2019年和2020年充分调研的基础上，分析了工业涂装工序VOCs的治理现状，统计了溶剂使用情况、VOCs治理设施的变化，核算了工业涂装工序的VOCs排放量的减排情况，并对源头替代和末端治理设施升级改造对VOCs减排的贡献进行分析。结果表明，在当前治理现状的基础上，按照溶剂型涂料替代30%，末端治理设施去除效率进一步提高到85%以上，预计可实现VOCs减排比率达到25%，增加的环保投资基本不会造成企业成本大幅增加，不会产生供给收缩效应，经济风险较低。
关键词：晋中市；工业涂装；挥发性有机物（VOCs）；减排核算
Industrial Surface Coating Governance Present Situation and the Countermeasures to Reduce Emissions of VOCs in Jinzhong City
Liang Lingyu
（Shanxi Jinhuan Keyuan Environmental Resources Technology Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030024）
Abstract:The industrial surface coating in Jinzhong City is one of the main emission sources of volatile organic compounds (VOCs), which exists in many industries such as automobile manufacturing, furniture manufacturing, metal manufacturing and mechanical equipment manufacturing. On the basis of full research in 2019 and 2020, this paper analyzes the treatment status of industrial surface coating VOCs,statistics the use of solvents, VOCs treatment facilities changes, accounting for industrial surface coating VOCs emissions reduction situation, and analysis of the source replacement and end treatment facilities upgrade contribution to VOCs emission reduction. The results show that, on the basis of the current treatment status, according to the solvent coating replacement of 30% , the removal efficiency of terminal treatment facilities further improved to more than 85%, is expected to achieve VOCs emission reduction ratio of 25%. The increase in environmental protection investment will not cause a substantial increase in enterprise costs, will not produce supply contraction effect,and the economic risk is low.
Key words: Jinzhong; industrial surface coating; VOCs; emission reduction accounting
安全第一课
工业涂装工序遍布于众多制造类企业，如汽车整车制造、金属制造、机械设备制造、家具制造、汽车维修等行业，涂装过程中排放的主要大气污染物为挥发性有机物（VOCs），占工业源VOCs排放量的20%以上[1-2]。VOCs是形成PM2.5和臭氧的重要前体物质，参与了大气中二次气溶胶的形成，形成的二次气溶胶不易沉降，较长时间滞留于空气中，显著降低大气能见度，形成灰霾天气，此外，大部分的VOCs具有高度的光化学反应性，在阳光下经由紫外线照射，形成高浓度的臭氧，刺激和破坏呼吸道黏膜和组织，对人体具有致癌作用[3]。
1 晋中市涉涂装工序行业现状
1.1 行业分布情况
晋中市涉涂装工序的行业主要包括汽车整车制造、家具制造、金属制造、通用和专用设备制造、电气机械和器材制造、汽修等行业，多数以中小企业为主。如图1所示，汽修企业数量最多，占比达到33.08%，制造业中通用和专用设备制造类企业数量占30.99%，家具制造占19.77%，金属制造占10.08%，汽车整车制造占0.19%。
1.2 涂装工序VOCs污染治理现状
涂装原料类型方面，工业涂装工序溶剂型涂料、稀释剂、胶粘剂的用量占比超过50%。其中，家具制造业、金属制造业、设备制造业、电气机械和器材制造业采用溶剂型原料的比例较高，钢结构制造采用水性涂料的比例较高，型材、汽车零部件生产采用粉末涂料的比例较高。
喷涂工艺类型方面，整体喷涂工艺和装备水平较落后。除汽车整车制造企业采用自动化喷涂外，其他大多数企业仍以人工空气喷涂为主，部分金属铸件和电气设备（如变压器）等采用浸涂方式。其中，人工空气喷涂时，涂料由于高速高压的气流带动，到达工件表面会有很大一部分反弹到空气中，原料利用率低，无组织排放特征明显。
喷涂废气收集方面，多数企业未设置专门的涂料调配间，涂料调配直接在喷漆室内进行，造成涂料调配时VOCs的无组织排放；工业涂装企业大部分喷涂、流平、烘干作业在喷漆室内进行，但部分喷漆室仅为普通生产车间安装独立大门便投入使用，密闭效果不佳，造成喷涂过程中VOCs的无组织排放；采用湿式喷涂和水喷淋处理工艺产生的喷涂废水经过混凝沉淀后回用于喷淋工序，废水液面的VOCs累积后造成无组织排放；工业涂装类企业产生的危险废物主要为漆渣、废油漆桶等，危废暂存间基本未安装负压收集系统，造成危废暂存间VOCs的无组织排放。
废气末端治理方面，喷涂环节废气具有风量大、浓度低的特点，烘干环节废气具有风量较小、浓度较高的特点。目前，汽车整车制造等溶剂使用量大的企业及采用溶剂型涂料较多的企业大多配置了转轮吸附浓缩+ 燃烧等高效的末端治理技术，处理烘干废气、流平废气和喷漆废气，但部分企业存在控制系统中参数设置不合理等情况，导致不能实现设计的去除效率。中小型涂装企业多采用光催化法和活性炭吸附（抛弃法）进行VOCs末端治理，但由于企业不及时更换UV灯管和活性炭、活性炭箱装填量小、活性炭堵塞严重等问题，大幅降低去除效率。
2 工业涂装工序VOCs排放核算
2.1 数据来源
晋中市工业涂装企业情况以现场调研为主，结合《晋中市2019—2020 重污染天气应急减排清单》《晋中市2020—2021重污染天气应急减排清单》进行VOCs的排放核算。
2.2 核算方法
VOCs的核算以排放系数法为主要核算方法，参照《城市大气污染源排放清单编制技术手册》、《大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南》、《第二次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册》及各行业排污许可证申请与核发技术规范等相关技术指南，以溶剂年使用量为基数，选取合适的产排污系数，结合各类型末端治理设施去除效率，估算得到各类污染源的VOCs排放量。晋中市工业涂装工序涉及汽车整车制造、金属制造、家具制造、机械设备制造、汽车维修等行业。各行业的排放量核算公式为式（1）：
式中：Ei为第i类行业的VOCs排放量；Ai为对应的溶剂产品使用量；EFi为污染物排放系数；η为污染控制措施对污染物的去除效率。
2.3 核算结果与分析
2.3.1 VOCs排放量核算结果
通过对晋中市汽车整车制造、金属制造、家具制造、机械设备制造及汽修等行业的VOCs排放量进行核算，核算结果见表1。
由表1 可见，晋中市工业涂装工序2019年VOCs排放量为686.83t，2020年VOCs排放量为531.02t，减排量为155.81t，减排比例为22.7%。各行业中，汽车整车制造业的分担率最高，占涂装工序VOCs排放量的一半以上。其余金属制造、家具制造、机械设备制造均实现减排，汽修行业排放量有所增加，这与汽修企业数量增加有一定关系。
2.3.2 涂料使用量情况
通过对晋中市汽车整车制造、金属制造、家具制造、机械设备制造及汽修等行业涂料用量进行统计，统计情况见图2。从2019年到2020年，涂料用量总体增加11.9%，其中，溶剂型涂料减少37.5%，水性涂料增加15.3%，粉末涂料增加66.6%；汽车整车制造、汽修行业的水性及粉末涂料替代率较高。
2.4 污染物治理设施使用情况
通过对吸附燃烧法、光氧化+活性炭吸附法、活性炭吸附（抛弃法）、光氧化法等治理措施的企业数量进行统计，统计情况见下页图3。从2019年到2020年，采用光氧化+活性炭吸附法、光氧化法的企业数量最多，其中汽修行业多采用光氧化，其他行业多采用光氧化+活性炭吸附。采用吸附燃烧法的企业数量增加83.3%，主要为金属制造企业进行了末端治理设施升级；单纯采用光氧化法的企业数量增加13.9%，主要为汽修企业；采用光氧+活性炭吸附法和活性炭吸附（抛弃法）的企业数量分别减少23.0%和25.4%。
3 工业涂装工序VOCs减排对策分析
VOCs的减排应通过源头替代、过程控制和末端治理全过程进行控制[4]。通过对比2019年和2020年的涂料使用情况、末端治理设施使用情况及污染物排放情况可知，经过源头替代和末端治理设施升级改造可以有效降低工业涂装工序VOCs排放量。目前溶剂型涂料及低效的VOCs治理措施在产业结构中仍占有很大比重，因此在今后的VOCs减排对策中，继续加大源头替代比例和持续推进末端治理设施升级改造措施是行之有效的策略。
使用空气辅助喷涂、高压无气喷涂、静电喷涂等传递效率优良的涂装技术和设备[5]，减少涂料用量同时进一步提高家具制造、金属制造、机械设备制造的低挥发性涂料替代，可以有效降低VOCs排放量。对采用单一吸附法或单一光氧化法治理措施的企业根据企业实际情况，进行末端治理设施升级改造，探索在城市建立集中涂装中心、VOCs集中治理中心，提高VOCs废气的集中治理效率。按照溶剂型涂料每年20%替代比例，将治理效率从9%~15%提高到85%以上计算，预计可实现VOCs减排25%以上。
在涂装过程中，应整体满足《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB 37822—2019），最大限度控制无组织排放。针对整体密闭的喷漆室，应控制风速满足《涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定》（GB14444—2006）要求，针对大型设备的喷涂作用可采用伸缩式喷漆室，并进行废气收集减少无组织排放。喷涂过程中产生的废水、固废等在储存、处理过程中应加盖密闭，可设置微负压危废暂存间，收集废气并入工艺末端治理设施处理后排放。
在实现VOCs减排同时，会增加企业的治理成本，未达标的企业需在低挥发性有机物原辅料替代、改进喷涂工艺、治理设施升级改造等方面进行投资，平均每家企业约30万元，基本不会造成企业成本大幅增加，不会产生供给收缩效应，经济风险较低。
4 结论
1）晋中市涉涂装工序行业主要包括汽车整车制造、家具制造、金属制造、机械设备制造等。在涂装原料、喷涂工艺、废气收集、末端治理等方面均存在可以改进的空间。
2）通过核算VOCs排放量，对比企业溶剂使用量、末端治理设施使用比例，源头替代、末端治理设施升级改造等措施可有效减少工业涂装工序VOCs的排放量。
3）持续推进涂装源头替代、涂装过程控制、末端治理设施升级改造，探索建设集中喷涂中心、VOCs集中治理中心可以进一步发掘VOCs的减排潜力。
参考文献：
[1] 孟凡飞,王海波,刘志禹,等.工业挥发性有机物处理技术分析与展望[J].化工环保，2019，39（4）：387-395.
[2] 宁淼，邵霞，刘杰，等.对构建工业涂装VOC 全过程管控体系的系统思考[J].涂料工业，2017，47（12）：42-47，52.
[3] 孙丽娜，刘刚。环境空气中挥发性有机物的研究现状[J].环境与健康，2011，28（10）：930-933.
[4] 张瑞，陈吉祥，刘凤军，等.工程机械涂装中挥发性有机化合物的治理形势与对策[J].电镀与涂饰，209，38（6）：274-283.
[5] 高宗江.典型工业涂装行业VOCs排放特征研究[D].广州:华南理工大学，2015.
本文转载自《山西化工》2023年第5期
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