造船行業涂裝車間VOCs處理技術介紹

李巍巍

（中國船舶電站設備有限公司，上海 200129）

0 引言

揮發性有機化合物（VOCs）是造船行業排放的大氣污染物之一，是PM2.5和O3形成的關鍵前提，具有毒性，會直接危害環境和人體健康。目前已檢測出的VOCs有300多種，其主要成分是甲苯、二甲苯等，來源于精細化工、石油化工、涂裝、制藥、汽車尾氣以及船舶行業的分段、船塢涂裝等。國家頒布實施了《大氣污染防治法》和新《環境保護法》，為VOCs治理工作提供了法律依據，對VOCs實行全面控制。

本文介紹國內外VOCs治理的幾種技術，為造船行業涂裝車間處理VOCs排放提供參考。

1 V OCs處理技術分類

1.1 吸附法

吸附法是典型的傳統凈化手段，一般用于處理中低程度的氣體污染，去除VOCs使用吸附法。其原理是，吸附劑為多孔結構，具有巨大的比表面積，有很好的吸附能力，能夠對VOCs分子進行攔截，一旦VOCs廢氣經過吸附床，多孔結構將發揮作用，將廢氣吸附在孔內，使得VOCs得以凈化，以達到減少空氣污染的效果。吸附法[1]常用的吸附劑為活性炭、分子篩、沸石、硅膠和活性氧化鋁等。吸附法優勢明顯，如去除率高、能耗低、使用范圍廣等；但吸附法也存在缺點，如工藝流程復雜、占地面積大、再生困難等。不同吸附工藝裝置具有不同的特點，見表1。

表1 不同吸附工藝裝置優缺點

1.2 溶劑吸收法

吸收法一般使用水、煤油、柴油等液體作為吸收劑，其原理是將液體吸收劑與VOCs廢氣直接接觸，相當于將廢氣轉移到液體吸收劑中進行物理吸收，若有機物質可溶解于吸收劑中，那么該有機物可以從氣相轉到液相，進而對吸收液進行處理。此方法缺點在于吸收劑后處理投資大，對有機物成分選擇性大，容易出現二次污染[2]。

1.3 催化燃燒法

催化燃燒又稱催化化學轉化，是通過使用催化劑將廢氣中的可燃物質在較低溫度下氧化分解的凈化方法。此方法主要優勢有：處理效率高、能耗低、起燃溫度低、無二次污染并能回收輸出的部分熱能，所需設備體積小、造價低，有機廢氣的凈化率一般在95%以上。但此方法也存在缺點，如果VOCs質量濃度低，則須補充大量熱量，而后方可繼續進行催化反應。

2 造船行業涂裝車間VOCs處理現狀

2.1 涂裝車間VOCs特點

在表面涂裝領域中，造船行業是VOCs排放量最大的行業之一，船舶涂裝在施工過程中產生大量VOCs，造成嚴重的大氣污染。對于船舶鋼板和型鋼的預處理，一般采用流水線作業。由于分段所占空間大，建造的涂裝車間空間巨大。圖1給出某船廠大型涂裝車間結構。

涂裝車間作業區域空間大，當設備運行時，產生大風量。整個涂裝工作流程較為復雜，大致有：前期電泳、電泳烘干、打磨涂膠、中涂噴漆、中涂烘干、中涂打磨、面漆噴涂、面漆烘干、精飾、塑料件噴涂、塑料件烘干等工藝，幾乎大部分環節都產生VOCs，一般涂裝噴涂時間為3～5 h，在此期間VOCs濃度較大，全過程產生的VOCs質量濃度會因實際情況的影響產生不同狀態的波動，排放VOCs的質量濃度很難穩定。

目前涂裝車間普遍使用的油漆物料成分較復雜，而且成分物質沸點溫度較高，沸點區間范圍較廣，尤其烘干室溫度高，使得VOCs質量濃度高。另外，涂裝車間處理設備過于龐大，不易捕捉，排風量大，沖擊性強，運行成本高。

因此，結合各種VOCs處理技術特點以及涂裝車間VOCs處理難點，對涂裝車間進行VOCs處理，可用分子篩吸附濃縮加催化燃燒技術。

2.1 涂裝車間VOC s處理方案

涂裝車間VOCs成分復雜，對于物質成分不同的廢氣可利用初效過濾器（過濾PM10以上大顆粒塵埃物）進行處理后進入吸附床中，吸附床利用分子篩作為吸附劑。分子篩吸附裝置的設計方式為彈筒式，阻力小，接觸均勻，吸附性能好。對吸附床處理后的空氣進行VOCs濃度測量，在達到排放標準后，可通過吸附風機排放到大氣層中。這種處理方式可以充分將濃度大、易吸附的成分有效過濾。基于此，整個涂裝過程根據不同的工藝流程對VOCs進行有針對性的處理。圖2給出了涂裝車間VOCs處理系統流程。

圖2 涂裝車間VOCs處理系統流程

此外，如果在吸附床處理后，VOCs的濃度還高于排放標準，則可開啟脫附風機，將吸附室內含大量VOCs的氣體抽到催化燃燒室中進行熱破壞。催化燃燒后產生大量的熱氣流，而這個熱空氣就成為脫附的介質，若想成功脫附，臨界溫度需高于80℃。經脫附后，濃縮有機廢氣再進入催化燃燒器低溫無焰燃燒，因此，不產生NOX等二次污染物，VOCs去除率大于95%，實現可燃物的完全氧化，并分解成CO2和H2O，從而達到去除廢氣中有害物的目的。當然，在反應的同時放出大量熱能，利用其獨特高效換熱系統確保了余熱的有效回收，回收熱量用于濃縮單元的脫附處理和催化燃燒單元自身運行，大大降低了運行成本。圖2給出某船廠涂裝車間某天用該方案處理VOCs時的脫附溫度和質量濃度記錄。

表2 脫附溫度和質量濃度記錄

基于以上對VOCs處理技術優缺點的分析，同時結合上海地區VOCs排放標準（表3），可以看出，運用分子篩吸附濃縮加催化燃燒技術處理VOCs排放，可以有效處理涂裝車間高質量濃度的VOCs，通過這種方案處理VOCs減少了裝置燃燒和爆炸隱患，大大提高了設備的使用壽命和安全性，同時降低了企業運行成本。

上海地方VOCs排放標準：

1）船舶工業大氣污染物排放標準：DB 31/934—2015。

2）大氣污染物綜合排放標準：DB 31/933—2015。

表3 上海地區VOCs排放標準

2.3 涂裝車間噴涂選型

造船廠涂裝車間在進行分段涂裝VOCs污染治理的過程中，根據實際情況需做到2點：

1）過程控制。車間低VOCs排放運用數字化大包裝雙組分的噴涂設備，在施工過程中無需額外添加有機溶劑，能夠實現油漆自動混合、攪拌、動態熟化處理。

2）源頭預防。根據PSPC要求，在耐高溫的車間推廣使用底漆掃砂工藝，經掃砂工藝處理控制，保留完整車間底漆[3]。另外，在進行碼頭、船臺、船塢涂裝時，由于施工空間開放，在VOCs污染治理過程中，需有效控制VOCs污染排放；其中水性可剝離涂料對船舶涂層的保護作用較明顯，不產生VOCs廢氣，具有強內聚能力和附著能力。

3 結論

1）由于施工要求高、成本高等原因，造船行業使用環保型涂料較少。目前應用較廣泛的主要是環氧漆，其耐化學品性優良、耐沖擊性好、吸附性好，已逐漸取代傳統醇酸類涂料。然而，隨著環保要求越來越高，船舶涂料向環保、節能、經濟等方向迅速發展，造船行業期待早日普遍應用環保型船舶涂料。

2）為了降低環境污染，需要有效控制造船行業在涂裝過程中的VOCs排放，除了做好施工過程中的監督控制工作，還要加強治理管控污染的源頭，結合現代化排放技術，靈活應用廢氣凈化處理設施，做好VOCs的處理，推動造船行業持續發展。