中小型涂裝企業VOCs廢氣治理現狀調研及整改實例

周玉嬌 ，黎云祥

（1.四川化工職業技術學院，四川 瀘州 646000；2.西華師范大學環境科學與工程學院，四川 南充 637009）

工業涂裝行業排放大量含VOCs(揮發性有機物)的廢氣[1]，占整個工業源VOCs排放量的20%以上[2]。工業涂裝等溶劑使用行業對VOCs的貢獻受到了越來越多的關注[3]。VOCs組分繁多，對公眾健康會產生直接或間接的不良影響[4-5]，部分VOCs對人體具有致癌作用[6]。VOCs已成為導致環境空氣質量惡化的核心污染物之一[3]。

目前VOCs減排的研究主要集中在末端治理技術上[7-8]。VOCs的減排應從源頭、過程和末端的全過程進行控制[9]。現場調查瀘州市10家中小型涂裝企業的VOCs廢氣治理現狀后發現：這些企業全部使用低VOCs含量的涂料，VOCs產生量較少；其中30%的企業采用高壓噴槍，油漆浪費較多；只有30%的企業對漆霧進行了回收利用；普遍VOCs廢氣收集不完善，雖然所有企業都集中收集處理了噴漆房的VOCs廢氣，但調漆間、流平室、固化區、危廢暫存間的VOCs廢氣未進行有效的收集和處理；80%的企業的廢氣治理工藝不合理，如某使用紫外光(UV)固化油性漆的企業中的VOCs廢氣主要采用噴淋、UV光解和活性炭吸附的方式來處理，難以使廢氣中的VOCs達標排放。另外，從VOCs廢氣治理設備分析，這10家企業還存在以下問題：UV光解設備的處理能力都偏小；78%的企業中，活性炭吸附箱處理能力偏小；80%的企業廢氣收集管的管徑不適當，風速不適宜；所有企業皆存在管線偏長，管道壓力損失大，各并聯管網壓力損失不匹配，且未設置調壓裝置，風機風壓不足以克服壓力損失，VOCs廢氣收集系統難以正常運行。

本文以瀘州市某中小型涂裝企業為例，講述如何從源頭、過程和末端全過程整改其VOCs廢氣收集處理系統，確保達標排放。

1 某中小型涂裝企業VOCs治理現存問題的分析

1.1 涂料

該企業使用的底漆和面漆屬于紫外光固化油性涂料。紫外光固化溶劑型涂料屬于《“十三五”揮發性有機物的污染防治工作方案》(環大氣[2017]121號)中鼓勵使用的涂料類型之一，因此原輔材料無需整改。

1.2 涂裝工藝和設備

使用傳遞效率優良的涂裝技術和設備，如空氣輔助噴涂、無氣噴涂、靜電噴涂等，可減少涂料使用量，可以減少VOCs排放量[10]。該企業采用靜電噴涂工藝，所以不需要整改。

底漆房和面漆房分別配置7支高壓噴槍，工作壓力0.4 MPa。高壓噴槍的噴涂霧化能力強，噴漆效率高，但油漆浪費較多，因此需要將高壓噴槍整改為低壓噴槍。

1.3 漆霧回收

回收漆霧有利用企業節約油漆使用量，同時減少對廢氣收集管網和后續廢氣處理設備的不利影響。該企業只采用旋風裝置回收底漆房漆霧，面漆房未回收，故需增加漆霧回收設備。

1.4 VOCs廢氣收集

收集是廢氣有效處理的前提。涂裝企業生產主要經歷待加工件除塵、噴底漆、流平、固化、噴面漆、流平、固化等工序。VOCs產生源主要來自油漆調配、噴漆、流平、固化等環節以及危廢暫存。該企業僅對噴漆房廢氣進行了密閉收集處理，其余VOCs廢氣未收集，處于無組織排放狀態。由于VOCs廢氣收集不全面，因此需要整改。

以長3.0 m、寬3.5 m、高2.2 m的面漆房為例，對現有引風機的風量符合性進行分析。風機型號為4-72-NO8C，風量范圍12224～15705 m3/h。利用風機風量與通風面積(即長乘高)的比值計算出最小風速0.51 m/s和最大風速0.66 m/s，它們在《涂裝作業安全規程 噴漆室安全技術規定》(GB 14444-2006)要求的控制風速0.38～0.67 m/s范圍之內，故不需要整改。

1.5 治理工藝

VOCs治理技術主要有：直接燃燒法、蓄熱燃燒法、催化燃燒法、低溫等離子體法、臭氧法、冷凝法、膜分離法、吸附法、吸收法、生物降解法、光解法、光催化法等[11-13]。

該企業主要采用“兩級水噴淋 + 活性炭吸附 + UV光解”處理技術。據《四川省2018年度揮發性有機物(VOCs)減排核算方法說明》，活性炭吸附技術的VOCs去除效率為30%；UV光解的VOCs去除效率為20%；水噴淋的VOCs去除效率為10%。該企業使用油性漆，從原理上講水噴淋對油性漆VOCs的去除率低，因此不考慮水噴淋對VOCs的去除效果。該企業現有廢氣治理工藝的VOCs去除總效率為44%，不滿足《四川省固定污染源大氣揮發性有機物排放標準》(DB 51/2377-2017)的“表3”對表面涂裝行業VOCs去除率不低于80%的要求。因此，VOCs廢氣治理工藝需要進行調整，將VOCs去除率提高至80%以上。

1.6 治理設備

1.6.1 噴淋塔

一級噴淋塔內徑1.50 m，高度3.00 m；二級噴淋塔內徑1.50 m，高度4.50 m。如前所述，水噴淋對油性漆VOCs的去除效果較差，不適用于本項目，需要整改。

1.6.2 UV光解設備

該企業原有的UV光解設備的尺寸為2.7 m × 1.1 m × 1.3 m，安裝有紫外燈管60根，每根燈管電壓100 V，長度90 cm。據設備說明書所述，該設備設計處理風量為10000 m3/h，遠小于企業目前實際收集的底漆房和面漆房VOCs廢氣量24448～31410 m3/h，其處理能力不足，因此需要整改。

1.6.3 活性炭吸附設備

該企業采用固定床吸附裝置，尺寸為0.9 m × 1.0 m × 1.3 m，活性炭箱為3層，每層20 cm高。每15 d更換一次蜂窩狀活性炭。根據處理風量與活性炭吸附箱中通風面積計算出廢氣最小流速為6.79 m/s，不符合《吸附法工業有機廢氣治理工程技術規范》(HJ 2026-2013)中小于1.2 m/s的要求。廢氣在活性炭吸附箱中停留時間較短，設備處理能力不足，需要整改。

1.7 VOCs廢氣收集管網

以底漆房至風機的通風管(長達15 m)為例進行計算，底漆房至風機的通風管斷面為邊長500 mm的正方形，斷面面積為0.25 m2。根據風量范圍12224～15705 m3/h可算出通風管內風速為13.58～17.45 m/s，不符合《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》(GB 50019-2015)中風速在2～14 m/s范圍內的要求，通風管內徑偏小。

通風管阻力包括摩擦阻力和局部阻力，通風管阻力計算參照《簡明通風設計手冊》。由于并聯管道阻力損失相差大于10%，因此需要安裝調壓閥，但該企業現有廢氣收集系統未進行調壓處理。

該企業現有的廢氣收集處理系統是自行設計的，矩形管和圓形管混接，管徑不適當，存在管線偏長、管道壓力損失大、各并聯管網壓力損失不匹配、未設置調壓裝置等問題，風機風壓不足以克服系統壓力損失，廢氣收集系統難以正常運行，因此需要整改。

2 VOCs廢氣收集處理系統的整改

由上述分析可知，該企業現在的VOCs廢氣治理問題主要是：涂裝設備不合理，使油漆浪費較多；漆霧回收效率較低；廢氣收集不全面；廢氣治理工藝不適當；廢氣治理設備規模偏小；廢氣收集管網不匹配。于是對存在的問題進行逐項整改。

2.1 涂裝設備的整改

建議改用工作壓力不超過0.3 MPa的低壓噴槍。

2.2 有機廢氣收集系統的整改

根據對VOCs產生源的分析，按表1進行有機廢氣收集系統風量計算。

表1 有機廢氣收集系統的風量設計 Table 1 Design of exhaust gas volumetric flow rate for VOCs collection system

2.3 有機廢氣處理工藝整改

據《四川省2018年度揮發性有機物(VOCs)減排核算方法說明》，催化燃燒的VOCs去除效率為90%。該企業VOCs產生濃度經計算約為188 mg/m3，若采用活性炭吸附濃縮后催化燃燒去除廢氣中90%的VOCs，則VOCs排放濃度為18.8 mg/m3，低于DB 51/2377-2017的VOCs排放限值60 mg/m3。因此VOCs廢氣去除率和排放濃度可以同時達標。

為保護后端處理設備和提高油漆回收利用率，擬對噴漆室進行脫脂預處理。

揮發性有機廢氣主要來自噴漆房和固化室，因此這兩處采用脫脂箱(預處理)加活性炭吸附濃縮催化燃燒工藝。為充分利用現有設備，底漆房的旋風回收集漆霧設備保留，在其后端安裝脫脂箱，如圖1所示。

圖1 VOCs廢氣處理工藝流程示意圖 Figure 1 Schematic diagram of VOCs-containing exhaust gas treatment process

油漆分裝間和危廢暫存間產生的揮發性有機廢氣少，濃度較低，并且持續產生，因此經收集后利用現有活性炭吸附設備處理后排放。

2.4 漆霧回收設備的整改

對噴漆室進行脫脂預處理，保護了后端處理設備之余，又增大了油漆回收利用率。面漆房和底漆房分別配置一個脫脂箱，其處理能力大于收集風量13662 m3/h。

2.5 末端控制設備的整改

2.5.1 噴漆房和固化室的有機廢氣末端控制設備

將現有的噴淋塔、UV光解設備、活性炭吸附箱等末端控制設備改為活性炭轉輪濃縮-催化燃燒處理設備，它主要由活性炭轉輪濃縮、脫附系統、催化燃燒系統、控制系統等部分組成，要求處理能力達到40000 m3/h，同時符合《催化燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規范》(HJ 2027-2013)的要求。

2.5.2 油漆分裝間和危廢暫存間有機廢氣的處理

油漆分裝間和危廢暫存間的廢氣經收集后，利用現有的活性炭吸附設備處理后排放。這兩處廢氣量為1400 m3/h，現有活性炭吸附設備尺寸為0.9 m × 1.0 m × 1.3 m，算得廢氣風速為0.3 m/s，符合HJ 2026-2013標準中小于1.2 m/s的要求。因此現有活性炭吸附設備滿足這兩處廢氣的處理要求。

2.6 通風管的整改

VOCs廢氣收集管網的設計與安裝應根據廢氣性質、廢氣量來確定管材、管徑，各并聯管路進行調壓，根據壓力損失和風量來選擇適用的風機。各處理設施盡量縮短連接距離，減小通風管道壓力損失。并聯風管應安裝壓力調節閥、密閉止回閥。各有機廢氣污染源的收集通風管采用圓形管，長度、管徑及壓力損失見圖2。有機廢氣處理系統配置的風機應能克服管道和設備壓力損失。

圖2 整改后通風管示意圖 Figure 2 Diagram of ventilation duct after rectification

2.7 整改工程投資及運行費用估算

VOCs廢氣收集處理系統整改前后的對比見表2。這次整改投資主要體現在活性炭吸附濃縮催化燃燒設備的采購費用和通風管的整改費用，具體的投資估算見表3。

表2 有機廢氣收集處理系統整改前后的對比 Table 2 Comparison of VOCs-containing exhaust gas treatment system before and after rectification

表3 投資估算表 Table 3 Investment estimate

本項目的有機廢氣處理系統的運行成本主要包括活性炭采購及廢活性炭處置費用、脫脂箱耗材、電費、催化燃燒設備維護和檢修費用。處理能力為40000 m3/h的吸附濃縮催化燃燒設備的年運行費用大概4～8萬元。

3 結語

企業VOCs廢氣收集系統整改后，VOCs廢氣去除率和排放濃度同時符合相關標準要求。本文可為中小型涂裝企業VOCs廢氣治理提供一定的參考。