臺州地區(qū)船舶修造行業(yè)廢氣污染治理技術(shù)探討

洪 科 朱賽嫦

（1 玉環(huán)市乳化液處理有限公司 浙江臺州 317600 2 臺州市污染防治工程技術(shù)中心 浙江臺州 318000）

引言

臺州市位于浙江中部沿海區(qū)域，依山面海，東瀕東海，海岸線長630.87km，為長江三角洲中心區(qū)之一。臺州市由于其特殊的地理位置，擁有豐富的漁業(yè)資源，船舶修造行業(yè)發(fā)達。臺州市三門縣、臨海市、玉環(huán)市、溫嶺市、椒江區(qū)等地區(qū)沿海及沿江區(qū)域大大小小分布有幾十家船舶修造企業(yè)，形成了臨海、溫嶺、三門三個造船基地，整合形成了靈江椒江造船產(chǎn)業(yè)帶、金清港造船產(chǎn)業(yè)和大麥嶼造船產(chǎn)業(yè)帶。隨著行業(yè)經(jīng)濟形勢的降溫，環(huán)保整治要求的提高，近年來，逐漸有部分修造船企業(yè)退出。船舶修造企業(yè)尋求可持續(xù)發(fā)展，綠色環(huán)保發(fā)展之道是未來發(fā)展的重要方向之一。

1 船舶修造行業(yè)廢氣污染產(chǎn)生特征

船舶修造過程中的廢氣主要產(chǎn)生于船舶涂裝環(huán)節(jié)。臺州地區(qū)的船舶外殼主要材質(zhì)為碳鋼，由于船體長期浸泡在海水中，容易受海水的電化學和沖刷作用影響造成船體腐蝕，此外海水水生生物的附著也易加速船體外殼的腐蝕，因此船舶下水出廠前必須對殼體表面進行涂料噴涂防腐。船舶涂裝過程會產(chǎn)生除銹粉塵和噴涂有機廢氣。

具體產(chǎn)生特征如下。

1.1 除銹粉塵

船體進行涂裝之前需要對表面進行除銹，以獲取良好的附著面，保證上漆效果。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，臺州地區(qū)的船舶修造船企業(yè)在開展環(huán)保整治之前普遍采用傳統(tǒng)的干噴砂除銹工藝。干噴砂除銹的主要原理是采用壓縮空氣為動力，以形成噴射束將噴料（銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂等）高速噴射到需要處理的工件表面，通過高壓噴射產(chǎn)生的摩擦力和碰撞力將工件表面的鐵銹剝離下來。干噴砂除銹過程會產(chǎn)生大量除銹粉塵，主要成分為破碎的噴砂砂料及鐵銹。干噴砂除銹粉塵產(chǎn)生量大，輻射面積廣，對周邊環(huán)境影響較大。

1.2 涂裝有機廢氣

船舶殼體表面經(jīng)除銹后，需要進行涂料涂裝處理。船舶涂裝一般分為底漆、中間漆和面漆三個工序。每道油漆做完后，都需要經(jīng)過一段時間的自然晾干。涂裝有機廢氣的主要污染物為揮發(fā)性有機物（VOCs），產(chǎn)生環(huán)節(jié)為刷（噴）漆過程及晾干過程。涂料由分散劑和固體份組成。涂料經(jīng)噴涂附著在工件表面后，分散劑組分在噴涂機晾干過程全部揮發(fā)，固體組分附著在工件表面，形成堅實致密的保護層，從而實現(xiàn)工件表面防腐、防污的作用。

根據(jù)水溶性不同，船舶涂料分為水性涂料和溶劑型涂料；根據(jù)用途不同，船舶油漆又分為車間底漆、面漆、通用底漆/壓載艙漆、防污漆、耐高溫漆、耐化學品漆等。不同船舶涂料的有機組分的成分和含量不一樣。船用溶劑型涂料VOCs 含量高，即用狀態(tài)VOC 含量達300～800g/L 不等，主要污染物成分包括二甲苯、甲苯、丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。船用水性涂料VOCs 含量低，一般小于200g/L，類型有水性丙烯酸涂料、水性環(huán)氧涂料、水性無機硅酸富鋅涂料等。目前，現(xiàn)有技術(shù)水平下，水性涂料僅能用于船舶甲板及以上上層建筑的表面，但不能用于水下部分殼體。

2 船舶修造行業(yè)廢氣治理技術(shù)

2.1 除銹粉塵治理

船舶修造行業(yè)除銹粉塵的治理思路應考慮 “源頭控制”和“末端治理”相結(jié)合的方式。“源頭控制”主要從改進生產(chǎn)工藝、提升生產(chǎn)設(shè)備等方面著手，從源頭上減少除銹粉塵的產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上，強化粉塵的收集和末端處理。

具體治理措施如下：

（1）生產(chǎn)工藝的改造

較一般機械工件不同，船舶體積龐大，長度達幾十米～幾百米，高度達十幾米～幾十米，整船全封閉生產(chǎn)的基建投資較高，這對一般規(guī)模的船舶企業(yè)來說是較難承受的。

根據(jù)實地調(diào)查，臺州地區(qū)的船舶修造企業(yè)在開展環(huán)保整治前基本為整船室外露天作業(yè)。傳統(tǒng)高效的船舶鋼板表面除銹方式為干噴砂除銹。船體整船露天作業(yè)，涉及高空作業(yè)，干噴砂除銹粉塵較難收集。船舶除銹粉塵的控制首先應考慮采用分段制作工藝，將船舶拆分成多個小分段，進行組件拆分，分段加工。分段工件在密閉的噴砂房內(nèi)進行干噴砂除銹，完成大部分的除銹作業(yè)。而室外整船合攏后除銹，僅為少量的合攏縫除銹，除銹粉塵可以得到有效控制。噴砂房須為密閉的房間，配套粉塵收集和處理裝置，保證除銹粉塵有效收集處理。噴砂的砂料應優(yōu)先選用強度高且耐磨的鋼砂等砂料，代替低強度易碎的礦砂，也可以從源頭上減少粉塵的產(chǎn)生。干噴砂除銹也較其他環(huán)保除銹方式除銹效率高，除銹徹底。船舶制造企業(yè)實施分段除銹工藝，不僅可以滿足企業(yè)生產(chǎn)除銹的要求，還可以大大減少粉塵的產(chǎn)生。

（2）除銹設(shè)備的提升

修船船體除銹、造船合攏縫除銹等作業(yè)仍然需要在室外進行露天除銹。考慮船舶整船室外露天除銹粉塵較難收集，修船作業(yè)時船體室外除銹，須選用環(huán)保型除銹方式，如超高壓水真空除銹、高壓水槍除銹、高壓水砂除銹等。

超高壓水真空除銹技術(shù)是系統(tǒng)產(chǎn)生超高壓水噴射到工件表面，通過高強度的碰撞力、摩擦力等作用將工件表面的鐵銹剝離下來，通過配套的真空系統(tǒng)將除銹水和鐵銹吸掉。該技術(shù)除銹過程無塵環(huán)保，適用于大面積的平面除銹，但不適用于局部小面積除銹，除銹效率高，但一次性投資費用較高。水槍除銹是利用高壓將水噴射至工件表面，通過高壓水撞擊使得鐵銹剝離。該方法簡易，投資費用較低，但是除銹效率較低。水砂除銹是在水槍除銹的基礎(chǔ)上在噴射水中添加少量砂料，增加噴射料的摩擦和碰撞力，可有效提高除銹效率。當合理控制水和砂的比例時，水砂除銹可以既控制粉塵產(chǎn)生，又有效除銹，且投資費用不高。總體上說，環(huán)保型除銹設(shè)備在除銹過程中基本無粉塵產(chǎn)生，對環(huán)境空氣質(zhì)量影響較小，但除銹效率較傳統(tǒng)干噴砂除銹低。

（3）末端除塵技術(shù)

干噴砂除銹須在密閉噴砂房內(nèi)作業(yè)，噴砂房須配套粉塵收集系統(tǒng)和除塵處理裝置。干噴砂除銹粉塵的主要成分為鐵銹和破碎的砂料，有細顆粒和粗顆粒，其特點是產(chǎn)生風量大，含塵濃度較高。噴砂除銹粉塵的處理思路為通過預除塵來處理粗顆粒，降低粉塵濃度，然后再配套高效除塵設(shè)備，對細顆粒進行強化除塵，可采用多級組合除塵方式。對于密度大、顆粒粗的粉塵，首先采用重力沉降進行初處理。重力沉降阻力小、管理方便、結(jié)構(gòu)簡單，但除塵效率低，只能作為第一級處理。第二級可采用旋風除塵技術(shù)來處理中等粒度的粉塵，進一步降低含塵濃度。旋風除塵技術(shù)使含塵氣流作旋轉(zhuǎn)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。該技術(shù)適合去除5μm 以上的粒子，但對細小塵粒（＜5μm）的去除效率較低。第三級可采用布袋除塵技術(shù)、濾筒除塵技術(shù)等。布袋除塵技術(shù)是采用紡織濾布或非紡織毛氈制成的布袋，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進行過濾，使得氣體得到凈化。布袋除塵技術(shù)高效、穩(wěn)定、占地小，適合大風量的細微顆粒除塵，對細微顆粒的捕捉效率可達99%以上[1]。濾筒除塵和布袋除塵總的原理差不多，主要是過濾材料的差別。

2.2 噴涂有機廢氣的治理

船舶涂裝廢氣的治理思路也采用“源頭控制”和“末端治理”相結(jié)合的方式。“源頭控制”主要從改進原輔物料替代、生產(chǎn)工藝改進、噴涂設(shè)備提升等方面著手，從源頭上減少VOCs 廢氣的產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上，強化末端廢氣的收集和末端處理。

具體治理措施如下：

（1）原輔物料替代

船舶體積龐大，船殼體表面積較大，因此涂料用量也較大。傳統(tǒng)船舶漆一般使用溶劑型油漆，VOCs產(chǎn)生基數(shù)龐大。使用環(huán)保型船舶涂料可從源頭上大大降低VOCs 的產(chǎn)生。船舶涂料應優(yōu)先使用水性涂料、高固體份涂料、低VOCs 涂料等環(huán)境友好型涂料。低VOCs 涂料為符合《低揮發(fā)性有機化合物含量涂料產(chǎn)品技術(shù)要求》的涂料產(chǎn)品。

（2）改進生產(chǎn)工藝

船舶體積龐大，室外整船涂裝較難實現(xiàn)密閉化作業(yè)。由于船體體積龐大，且涂裝作業(yè)面需要經(jīng)常移動，這導致室外油漆廢氣較難有效收集。因此，船舶制造應優(yōu)先采用組件拆分、分段涂裝工藝。船舶分段工件在密閉的噴漆房內(nèi)進行底漆和部分面漆的噴涂作業(yè)，然后在室外進行組裝合攏。室外露天環(huán)境只進行船體合攏焊接縫及下水前面漆的涂裝作業(yè)。實施分段加工工藝，室內(nèi)分段工件噴涂的涂料消耗量占總使用量的60～70%，室外消耗量占30%～40%。噴漆房應為密閉的房間，同時配套有效的噴漆廢氣收集處理裝置。

（3）噴涂設(shè)備提升

船舶涂裝的傳統(tǒng)涂裝設(shè)備為有氣噴涂。有氣噴槍采用壓縮空氣將涂料噴成霧狀涂在工件表面，空氣與涂料接觸，廢氣產(chǎn)生量大。為減少廢氣產(chǎn)生，船舶噴涂應優(yōu)先采用高壓無氣噴涂設(shè)備。高壓無氣噴涂設(shè)備是指采用高壓柱塞泵等設(shè)備，直接將涂料加壓，出槍口形成霧化氣流作用于工件表面的一種噴涂設(shè)備。該種噴涂設(shè)備涂料不與空氣直接接觸，廢氣產(chǎn)生量較傳統(tǒng)噴涂方式大大減少，可有效減少VOCs廢氣的產(chǎn)生。

（4）末端有機廢氣治理

涂裝廢氣含漆霧，具有一定粘性。為防止對后端設(shè)備的堵塞，涂裝廢氣應首先進行除漆霧[2]。除漆霧技術(shù)有干式過濾、濕法凈化技術(shù)。當后端有機廢氣采用吸附技術(shù)時，吸附裝置設(shè)施進口應保證顆粒物含量＜1mg/m3。

涂裝廢氣經(jīng)除漆霧后，須進一步對VOCs 成分進行凈化處理。船舶修造行業(yè)的涂裝廢氣風量大，VOCs濃度低。目前，國內(nèi)常用的低濃VOCs 廢氣處理技術(shù)有噴淋吸收法、吸附法、低溫等離子技術(shù)、光催化技術(shù)[2]等。具體各類技術(shù)對比分析如下：

噴淋吸收法僅適用于水溶性廢氣，對于油漆廢氣中的苯類污染物等非水溶性組分沒有去除效果。該方法通常需要和其他凈化技術(shù)進行組合處理。

低溫等離子技術(shù)是利用外加電壓至氣體著火點電壓，氣體被擊穿，產(chǎn)生高能電子、自由基等活性粒子，與廢氣中的污染物發(fā)生分解反應，廢氣得到凈化。光催化技術(shù)是將TiO2作為催化劑，在光照射下，與氣流中的水發(fā)生光催化反應產(chǎn)生羥基自由基·OH、·O、H2O2等活性物質(zhì)，降解廢氣中的污染物。低溫等離子技術(shù)和光催化技術(shù)均適用于低濃度的VOCs 廢氣。但根據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)市場上的低溫等離子設(shè)備和光催化氧化設(shè)備普遍廢氣處理效率較低，VOCs 去除率普遍不足50%。使用這兩種技術(shù)的廢氣處理設(shè)備有待進一步優(yōu)化。

涂裝有機廢氣風量大，濃度低，其主要成分為VOCs，濕度低，適合采用吸附法。吸附法按照吸附材料處置方式的不同可分為拋棄型、吸附-回收法、吸附-催化燃燒法。拋棄型為吸附介質(zhì)吸附飽和后直接拋棄更換。由于吸附介質(zhì)一次性更換費用較高，且會產(chǎn)生較多廢吸附材料，此種方法適合涂料用量較少的情況，不適合涂料用量較大的船舶修造行業(yè)。吸附-回收法是吸附介質(zhì)達到一定程度后，加熱吸附床層使其脫附再生，產(chǎn)生的高濃脫附廢氣采用冷凝方法將脫附廢氣中的有機組分冷凝回收溶劑。該方法適用于溶劑用量大，且成分單一的情況，回收的有機組分具有一定回收價值。船舶涂裝廢氣組分復雜，回收得到的是混合溶劑，回收價值較低。此外，通過冷凝回收處理后的尾氣往往還達不到排放標準限值，還需要進一步處理。因此，吸附-回收法不適用于船舶修造行業(yè)的涂裝廢氣處理。吸附-催化燃燒法是吸附介質(zhì)達到一定程度后，加熱吸附床層使其脫附再生，產(chǎn)生的高濃脫附廢氣采用催化燃燒進行徹底氧化處理。催化燃燒的燃燒溫度為300～400℃，較直接燃燒或蓄熱式燃燒（燃燒溫度大于800℃）更為經(jīng)濟，且涂裝廢氣不含有機氯，采用催化燃燒也不會導致二噁英等二次污染物產(chǎn)生。吸附-催化燃燒法對涂裝有機廢氣中的VOCs 去除效率可達90%以上。

結(jié)語

由于船舶為海上、水上作業(yè)，作業(yè)環(huán)境濕度較大，對船體鋼板表面腐蝕較大，在現(xiàn)有技術(shù)水平下，船舶船艙內(nèi)部及甲板以上油漆可以采用水性漆，但是水下部分底漆、面漆還是無法采用水性漆替代。因此，新型抗腐蝕防潮水性漆的研究是未來綠色船舶工業(yè)的重要研究課題。此外，為徹底解決船舶修造工業(yè)室外廢氣難收集的問題，高效的室外移動式廢氣收集處理集成裝置也亟待研發(fā)。