粉末噴涂行業污染源強估算及措施建議

祁洪剛 劉 靜

（天津市聯合泰澤環境科技發展有限公司 天津 300042）

引言

近年來，隨著社會經濟的發展和日益嚴格的環保要求，水泵閥門、家電、供暖換熱、汽車零部件等行業需求較大，需要進行表面噴涂的產品也隨之增多，粉末涂料作為一種含VOCs較低的涂料，受到市場和環保管理部門的大力推廣[1]，主要應用于主要應用于建筑、裝潢、家用電器、金屬家具、儀器儀表、高速公路護欄、汽車和零部件、健身運動器材涂裝等行業。粉末噴涂往往采用靜電噴涂的方式進行噴涂，涉及到的工藝主要有前處理、靜電噴涂和固化。

1 前處理污染源強估算和防治措施分析

為了使粉末涂料更好地附著在金屬表面，需要對待涂裝工件進行前處理，去除金屬表面的氧化皮和其他雜質。目前主要的前處理工藝為噴砂、拋丸和酸洗，一般機加工類企業采用拋丸方式進行金屬表面的前處理。

1.1 污染源強估算

噴砂、拋丸過程會產生顆粒物，顆粒物的產生量可根據美國俄亥俄州環境保護局和污染工程分公司編制的《逸散性工業粉塵控制技術》[2]中清理鑄件的逸散塵排放因子產生系數1.25kg/t（拋丸）進行估算。

酸洗過程產生的酸霧，企業一般使用鹽酸或硫酸溶液對金屬表面進行處理，配酸和酸洗過程中會產生酸霧。根據《化學化工物性數據手冊無機卷》P216頁表3.12.3知[3]，硫酸溶液在硫酸濃度小于80%時飽和蒸汽組成中100%為水，沒有硫酸；而在硫酸濃度大于81%時，飽和蒸汽的組成中才有硫酸，所以建議企業在產品工藝允許的條件下優先使用硫酸溶液作為表面處理試劑。

對于配酸或酸洗過程中產生的酸霧，可根據《環境統計手冊》[4]中推薦的酸霧統計公式計算其揮發量，其計算公式如下：

式中：Gz：液體蒸發量（kg/h）；

M：液體分子量；

V：蒸發液體表面空氣流速，取0.20m/s；

P：相應于酸液溫度下的空氣中的蒸汽分壓；

F：液體蒸發面表面積。

1.2 防治措施

（1）顆粒物防治措施

目前拋丸過程中產生的顆粒物處置方法較成熟，主要使用布袋除塵器對收集的顆粒物進行處置，處置效率可達到90%～99%以上。

袋式除塵器是一種干式濾塵裝置。它適用于捕集細小、干燥、非纖維性粉塵。濾袋采用紡織的濾布或非紡織的氈制成，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進行過濾，當含塵氣體進入袋式除塵器后，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，落入灰斗，含有較細小粉塵的氣體在通過濾料時，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。

（2）酸霧防治措施

酸霧的凈化措施較成熟，目前主要為酸霧噴淋塔進行凈化處理，凈化效率能達到90%以上，但企業在安裝凈化設施時往往忽略了酸霧收集方式的可行性，在此本文提出以下幾點建議：①充分考慮生產工藝的可操作性，選擇酸霧的集氣方式，一般采取側吸風的方式；②收集位置應布置在酸霧產生的部位，距離不能太遠，理論上不能超過半米；③應充分考慮集氣面積、風機風量，從而實現負壓收集，提高收集效率。

2 靜電噴涂源強估算和防治措施分析

靜電噴涂是利用電暈放電現象使粉末涂料吸附在工件上。粉末涂料由供粉系統借壓縮空氣送入噴槍，在噴槍前端加有高壓靜電發生器產生的高壓，由于電暈放電，在其附近產生密集的電荷，粉末由槍嘴噴出時，形成帶電涂料粒子，它受靜電力的作用，被吸到與其極性相反的工件上去，隨著噴上的粉末增多，電荷積聚也越多，當達到一定厚度時，由于產生靜電排斥作用，便不繼續吸附，從而使整個工件獲得一定厚度的粉末涂層。

2.1 污染源強估算

靜電噴涂一般在帶負壓的噴涂室內進行，會產生有組織顆粒物。有組織顆粒物的產生量可根據粉末涂料的上粉率進行估算，一般上粉率約為90%左右，其余以顆粒物的形式排放，根據物料衡算法即可計算出有組織顆粒物的產生量。

2.2 防治措施

目前靜電噴涂室一般會配套“旋風除塵及濾芯除塵器”對產生的有組織顆粒物進行收集凈化或者直接用布袋除塵器進行凈化，上述除塵器的效率均能達到90%以上。

旋風除塵是使含塵氣流作旋轉運動，借助于離心力將塵粒從氣流中分離并捕集于器壁，再借助重力作用使塵粒落入灰斗。為了凈化器收集的涂料顆粒物便于回收利用，建議企業使用旋風除塵+濾芯除塵器進行除塵。

3 固化源強估算和防治措施分析

為得到產品所需要的工件表面效果，噴涂好的工件需送入固化爐進行固化，固化溫度介于140～200℃之間，固化時間約為15～20分鐘，固化過程中會有VOCs產生。揮發性有機物（VOCs）是導致城市灰霾和光化學煙霧的重要前體物，主要來源于化工生產、燃料涂料制造、溶劑涂料使用等過程，部分VOCs具有致癌、致突變、致畸作用，可直接對人體健康造成危害。

粉末涂料是高分子合成材料之一，目前市場上使用較多的是環氧樹脂粉末涂料，其主要成分見下表。

表1 環氧樹脂粉末主要成分一覽表

3.1 污染源強估算

由于粉末涂料中小分子揮發物質含量無法確定，所以固化過程中VOCs的產生量主要通過同類企業實測的污染源強進行類比或者根據《浙江省工業涂裝工序揮發性有機物排放量計算暫行方法》[5]附表中粉末涂料VOCs含量的參考值進行估算，其值為涂料中環氧樹脂的2%。由于實測值一般較小，考慮到環境影響評價分析的是不利條件下對環境的影響，所以本文建議在評價過程中源強的估算利用參考值進行估算。

3.2 防治措施

由于環氧樹脂粉末涂料在固化過程中產生的揮發性有機物VOCs較少，目前企業使用較多的凈化方法為UV光催化氧化法或低溫等離子法。由于低溫等離子設備容易出現火災和爆炸等安全事故，所以環保治理市場目前主要推廣UV光催化氧化法。

UV光氧催化原理為利用高能高臭氧UV紫外線光束分解空氣中的氧分子產生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結合，進而產生臭氧，然后通過臭氧對有機物進行氧化以達到分解有機物的目的。揮發性有機廢氣VOCs進入凈化器，凈化器內特制高能高臭氧UV紫外線光束照射有機廢氣，在高能紫外線光束照射下，有機廢氣降解轉變成低分子化合物CO2、H2O等，凈化廢氣最后通過排氣筒排入環境空氣。

UV光氧催化處理低濃度有機廢氣目前屬于較成熟、應用較廣的有機廢氣處理方法，其具備占地面積小，性能穩定，可直接將有機廢氣完全氧化成無毒無害的物質，不留二次污染等優點，但由于市場上設備廠家的魚龍混雜，目前普遍認為該方法對惡臭污染物的處理效果較好，對其他有機廢氣的凈化效率較低，一般認為其凈化效率在50%～60%左右。

結語

粉末涂料作為一種含VOCs較低的涂料，因其不含溶劑，與傳統的噴涂工藝相比，減少了污染物的排放；另一方面粉末噴涂表面處理涉及工藝簡單，污染物產生較小，其防治措施成熟可靠，只要加強設備的管理和維護即可實現污染物的達標排放。

[1]美麗天津·一號工程清新空氣行動分指揮部.《天津市“十三五”揮發性有機物污染防治工作實施方案》（津氣分指函[2018]18號）[Z].2018-03-20.

[2]Orlemann，J.A.逸散性工業粉塵控制技術[M].張良壁,劉敬嚴編譯.北京：中國環境科學出版社.1989.

[3]劉光啟,馬連湘.化學化工物性數據手冊無機卷[M].北京：化學工業出版.2002.

[4]方品賢.環境統計手冊[M].四川：四川科技出版社.1985.

[5]浙江省環境保護廳.《浙江省工業涂裝工序揮發性有機物排放量計算暫行方法》（浙環發〔2017〕30號）[Z].2017-07-26.