電站制造企業揮發性有機物的減排與分析

毛哲斌，孫同華，蘇正國

(1.上海交通大學 環境科學與工程學院，上海 200240；2.上海電氣電站集團 上海 201199)

0　概　述

近年來，我國對SO2、NOX、煙粉塵等污染源的控制，取得了一定的進展。但是，揮發性有機物(VOCs)的排放量，仍然處于持續增長的態勢。VOCs是指參與大氣化學反應的有機化合物，是形成臭氧(O3)和細顆粒物(PM2.5)污染的重要前體物。目前，VOCs的排放對大氣環境的影響尤為突出。為了進一步改善環境空氣質量，很多企業將VOCs污染防治工作放在了更為重要的位置。現以某電站制造企業為例，分析了在生產過程中出現的VOCs排放問題，并根據污染源產生的原因，提出了解決措施和方法。

1　揮發性有機物

揮發性有機物(volatile organic compounds，VOCs)是某類化合物的統稱，通常是指在常溫常壓下，具有高蒸氣壓、易揮發的有機化學物質[1]。在國際上，對VOCs的定義有多種，美國國家環保署(Environmental Protection Agency，EPA)對VOCs 的最新定義為任何一種參加大氣化學反應的含碳化合物，其中不包括CO、CO2、碳酸、碳酸鹽、金屬碳化物及碳酸銨; 歐盟官方將VOCs(2004 /42 /CE)定義為在標準大氣壓(即101.3 kPa)下，初始沸點不高于250℃的有機化合物[2]。

根據DB 31/933-2015(大氣污染物綜合排放標準)中規定，對于苯排放濃度為1 mg/m3、排放速率為0.1 kg/h；甲苯的排放濃度為10 mg/m3、排放速率為0.2 kg/h；二甲苯排放濃度為20 mg/m3、排放速率為0.8 kg/h；苯乙烯(苯系物)排放濃度為40 mg/m3、排放速率為1.6 kg/h；非甲烷總烴排放濃度為70 mg/m3、排放速率為3.0 kg/h[3]。同時，根據DB 31/1025-2016(惡臭(異味)污染物排放標準)的要求，允許苯乙烯排放的最高濃度為15 mg/m3、排放速率為1 kg/h[4]。

2　揮發性有機物的來源

2.1　電站企業的主要產品

某電站制造企業制造各類壓力容器，主要產品包括電站鍋爐、冷壁式氣化爐、甲烷化廢鍋、加氫反應器等。

2.2　產品制造中的涂裝工藝

制造企業在產品的涂裝工序中，涉及了VOCs的排放。在A車間和B車間中生產的產品，包括了蛇形管、膜式壁拼排、集箱、大管道、石化容器、鍋筒等。在A車間及B車間中生產的產品名稱，如表1所示。

表1A車間及B車間的生產情況

序號生產車間產品名稱產量(VOCs減排工作開展前)123A車間蛇型管/根5381膜式壁拼排/片2290集箱、大管道/根200045B車間石化容器、鍋筒等/臺44(石化容器)30(汽包)

在該制造企業中，原采用的涂裝工藝較為落后。在2013年，A車間及B車間生產的產品，以及采用的涂裝工藝，如表2所示。

2.3　VOCs產生源

在涂裝產品的過程中，使用的原輔材料，主要是油漆及稀釋劑，原輔材料均采用桶裝。在物料轉移過程中，均通過人工或者叉車運送，存儲時，不涉及VOCs的排放。企業的涂裝過程均在廠房內進行，生產過程中的VOCs產生及排放，主要集中在涉及涂裝的車間內。根據產品特點及技術要求，涂裝采用了浸漆工藝或手工噴漆工藝。使用的底漆為鐵紅醇酸底漆(含二甲苯)，稀釋劑為鐵紅醇酸稀釋劑(松香水，乙酸異戊酯)，在整個涂裝周期內，產生了大量的VOCs排放。涂裝材料的化學性能，如表3所示。

表2A車間及B車間采用的生產工藝

序號生產車間產品生產工藝123A車間蛇型管膜式壁拼排集箱、大管道蛇形管的表面涂裝,采用浸漆方式。浸漆完成后,將蛇形管放置在原包裝車間內,自然晾干。膜式壁拼排、集箱、大管道等產品的表面涂裝,采用手動噴漆的方式。噴涂完成后,將產品放置在原包裝車間內,自然晾干。45B車間石化容器、鍋筒等石化容器、鍋筒等產品的表面涂裝,采用手動噴漆的方式。噴涂完成后,將產品放置在車間外空地上,自然晾干。

表3油漆及稀釋劑的化學性能

名稱鐵紅醇酸底漆鐵紅醇酸稀釋劑成份/%40(醇酸樹脂)15(鐵粉)15(FST料)15(滑石粉)10(二甲苯)5(其它助劑)乙酸異戊酯(松香水)CAS/123-92-2理化特性粘稠液體,閃點:35℃,可混溶于有機溶劑。無色透明液體,有類似香蕉的氣味,蒸汽壓0.7kPa/25℃閃點:25℃;熔點-78℃沸點:143℃,不溶于水,可混溶于乙醇、乙醚、苯、乙酸乙酯、二硫化碳等多數有機溶劑。穩定性穩定穩定燃燒爆炸性易燃液體易燃液體毒理毒性急性毒性:200號溶劑汽油:小鼠腹腔LD50:6.9g/kg;吸入LC50:80～130(mg/m3)/2h。硫酸鋇:小鼠氣管內:LD:>600μL/kg。急性毒性:LD5016600mg/kg(大鼠經口);人吸入27000～53000mg/m3×短暫,眼、鼻輕度到明顯刺激;人吸入5000mg/m3×30min,鼻喉刺激,衰弱,頭痛,胸悶。刺激性:家兔經眼:500mg(24小時),中度刺激。家兔經皮開放性刺激試驗:500mg,輕度刺激。亞急性和慢性毒性:兔吸入26000mg/m3,4h/d,40天,貧血,血糖升高。貓吸入10000mg/m3,6h/d,6天,呼吸頻數。

在開展VOCs減排工作前，A車間的產品噴涂生產線上(包括噴漆及晾干過程)，產生的漆霧和VOCs，均未經凈化設備處理，直接被排放至大氣中。在A車間內，產品的噴涂流程，如圖1所示。

圖1A車間產品的噴涂流程

在A車間浸涂生產線上(包括浸涂及晾干過程)，產生的VOCs，也未經凈化設備處理，直接被排放至大氣中。A車間產品的浸涂流程，如圖2所示。

圖2A車間產品的浸涂流程

在B車間的產品噴涂區域內(包括噴漆及晾干過程)，由噴漆產生的漆霧及VOCs排放物，均未經凈化設備處理，直接被排放了。B車間產品的噴漆流程，如圖3所示。

圖3B車間產品噴涂生產線

在開展VOCs減排工作前, A車間的油漆有機溶劑消耗量，為63 t/a。在稀釋劑中，有機溶劑的消耗量，為187 t/a。總有機溶劑消耗量，為250 t/a，其中二甲苯消耗量，為42 t/a。這些有機溶劑100%呈無組織排放。在B車間，油漆中的有機溶劑消耗量，為1.25 t/a。在稀釋劑中，有機溶劑的消耗量，為1.2 t/a。總有機溶劑消耗量，為2.45 t/a，其中二甲苯消耗量，為0.95 t/a，仍然呈100%的無組織排放。據統計，該企業排放VOCs的總量，為252.45 t/a。

3　基于“現狀樹”的果-因-果分析

根據該企業的生產情況，造成VOCs排放超標的原因有多個方面。為了明確各種原因的主次關系，現限定一定數量的問題作為分析對象，并根據分析的深入程度，再進一步增加其它影響因素。通過對該企業的監督檢查及調研工作，發現產生污染的原因，主要存在于幾個方面。

(1)涂裝作業時，未按照操作規程進行。

(2)在原輔料中，VOCs的含量過高。

(3)對最新的環境保護法律、法規、標準的內容，不甚了解。

(4)涂裝作業所在車間內存在大量刺激性氣體。

(5)僅以生產效益作為考核指標。

(6)近年來，國家環境保護法律、法規、標準中的指標，已越來越高。

(7)車間的現場上，放置了大量油漆桶及稀釋劑桶。

(8)廠區周邊的居民不斷地進行投訴。

通過梳理，對各項問題進行存在性和清晰度的驗證和描述，從而對產生VOCs的原因，有了更明確的了解。整理后的相關內容，如表4所示。

表4問題存在性和清晰度驗證

序號最初問題存在性和清晰度驗證1涂裝作業時,未按照操作規程進行。為了追求效率,在涂裝作業時,存在隨意刷涂的現象,導致油漆的大量耗費。2在原輔料中,VOCs的含量過高。對原輔材料的采購要求,僅以符合工藝要求為標準,忽視環保方面的要求。如高品質、低VOC含量的原輔材料,將導致價格偏高。3對最新的環境保護法律、法規、標準,不甚了解。設計、工藝、制造等部門,不了解環保政策中的相關規定。4涂裝作業所在車間存在大量刺激性氣體。涂裝作業場所內的VOCs濃度比較大。5僅以生產效益作為考核指標。工藝、制造等部門,僅以生產效益的達成,作為績效工作的重點。6近年來,我國環境保護法律、法規、標準的指標,越來越高。我國法律、法規、標準中的要求,比以往更高,對VOCs排放指標要求更加嚴格。7車間現場內,放置了大量的油漆桶及稀釋劑桶。不能及時處置已經使用過的油漆桶及稀釋劑桶。8廠區周邊的居民不斷地進行投訴。廠區周邊的居民經常性向政府環保部門投訴。

根據存在的問題，確定各問題之間存在的果-因-果關系。從分析可知，在果-因-果關系中，主要有2種類型。一種是由共同原因導致連接2個或2個以上關聯的果-因-果關系，這種關系被稱為“V形連接”，另一種類型是1個問題構成了另1個問題產生的原因，這種連接關系被稱為“線形連接”[5]。

根據該企業面臨的問題，著手分析問題中的第5點“僅以生產效益的達成作為其目標”，導致了生產中以效率為先、忽視作業培訓及對自身環保意識的培養。企業為了降低單位產品生產成本，而采用傳統的批量生產方式。為了降低企業的采購成本，對原輔材料的采購僅以符合工藝要求為標準，而忽視環保方面的要求。企業在采購原輔材料(油漆、稀釋劑)的過程中，更傾向采購同樣滿足工藝要求，但VOCs含量較高，且價格偏低的油性油漆，這就與第2點“原輔材料中VOCs含量過高”聯系了起來。第4點“涂裝作業所在車間存在大量刺激性氣體”，則是導致第8點“廠區周邊的居民不斷地進行投訴”的原因，進而導致了環保風險的加重，以至于面臨罰款或者停產停業整頓的嚴重后果。因此，通過以“V形連接”和“線形連接”為基礎，分析問題之間的果-因-果聯系，繪制了分析對象之間的聯系并構成現狀圖。采用樹形結構，搭建了各種問題與之間的因果關系。將企業面臨的一系列問題，通過邏輯思維的方法，將各類問題有機地聯系在一起，進而才能識別造成不良效應的核心。該企業VOCs排放的現狀樹，如圖4所示。

圖4企業VOCs排放現狀樹

4　提出減排方案

根據“現狀樹”的分析結果，認為是相關人員淡化了環保意識，導致以生產效益的達成作為績效的重點。而產品產量的增加，則會使涂裝工序的生產壓力更重，現場不可避免地堆放了大量油漆桶、稀釋劑桶，造成VOCs的大量揮發，不僅影響員工的健康，還導致周邊居民的投訴，增加了企業環保風險，導致企業面臨罰款、停業整頓等嚴重后果。在第2種問題中，是要保證排放指標的達標，降低排產，由于此類問題的存在，可能導致企業無法完成訂單，無法完成生產指標，將降低企業在行業內的競爭力，影響企業的發展。分析了該企業的具體情況后，希望尋求有效的措施，及時處置生產過程中產生的VOCs，減少VOCs的排放，才是解決實際問題的關鍵。針對這些問題，可以從各個節點提出有效的解決方法。

(1)源頭控制

采用水性丙烯酸漆替代醇酸底漆，可從源頭上減少VOCs的產生。

(2)改進工藝

將噴漆及烘干操作，置于獨立的密閉空間內進行，通過密閉空間內的送排風系統，保持密閉空間內的氣壓處于負壓狀態，可大大改善原本無組織的排放狀態。

設計通過式的噴漆生產線，采用捕集罩隨著噴漆工位移動。晾干時，捕集罩仍置于晾干工位之上，可有效捕集VOCs，并將VOCs引入后續處理系統，然后進行排放處理。

(3)末端治理

對揮發性有機污染物的凈化方法，主要有冷凝法、吸收法、吸附法、燃燒法、氧化法和生物法，可根據產品的特性，選取合適的VOCs處置方法。

該電站制造企業針對膜式壁、集箱管系、汽包化工產品，采用設置密閉式專用噴烘一體室噴漆，并用活性炭吸附有機溶劑排放的廢氣。利用噴漆廢氣經水旋處理，去除漆霧，再經過活性炭吸附和催化燃燒系統處理后，通過排氣筒進行排放。將烘干廢氣直接引入燃燒器，重新進行催化燃燒，凈化后，再通過排氣筒排放。該企業的末端治理工藝流程，如圖5所示。

圖5末端治理的工藝流程

在減排治理工作開展前，該企業VOCs的排放總量，為252.45 t/a。經減排治理措施實施后，該企業VOCs的產生量，為110.41 t/a，對排放總量的處理效率超過93%，該企業VOCs的減排量，為103.19 t/a。

(4)運行控制

健全和完善VOCs的排放制度、建立VOCs排放設施的運行和維護保養記錄制度。

(5)教育培訓

建立職業健康檔案，對涂裝作業員工進行職業危害告知及安全教育。

(6)合規性評價

定期進行合規性評價，更新企業運營過程中相關的環保法律、法規、標準，并對生產制造過程中是否觸犯法律、法規、標準進行驗證。

(7)日常監控

建立和完善VOCs排放控制定期監測、巡檢制度，建立和完善激勵制度。加強日常巡檢，避免發生跑冒滴漏事故的發生，確保各系統的正常運行。

(8)建檔及申報

建立VOCs排放控制信息管理臺賬，定期申報VOCs排放量等信息。

5　結　語

分析了該企業的生產制造情況，針對生產過程中VOCs的排放來源，提出了相應的減排措施。目前，該企業已完成對VOCs排放的治理，取得了明顯的效果，現階段的VOCs排放，已符合我國法律、法規、標準以及地方標準的要求。

參考文獻:

[1] 王海林，張國寧，聶磊，等.我國工業VOCs減排控制與管理對策[J]．環境科學，2011，32(12) ：3462-3468.

[2] 林立，魯君，王英歌.國內外VOCs 排放管理控制歷程[J]．環境監測管理與技術，2011，23(5) : 12-16.

[3] DB 31/933-2015,大氣污染物綜合排放標準 [S].

[4] DB 31/1025-2016,惡臭(異味)污染物排放標準 [S].

[5] 金升龍.制約理論/突破企業經營瓶頸的有效方法[M].廣州：廣東省出版集團，2014.