来源:《现代涂料与涂装》 作者:李晓琳 邢汶平
摘要：近年来,全国多地大气污染严重,空气质量差,雾霾、酸雨、光化学污染严重。在汽车涂装车间生产过程中会产生大量废气,因此涂装废气的治理日益得到关注和重视。重点介绍了汽车涂装车间废气的来源、废气特点、治理方法以及使用效果等,并结合工程实例进行了分析。
0引言
自2012年以来，我国各大城市雾霾及PM2.5造成的健康恐慌引发了公众关注，近期持续的严重雾霾污染让我们认识到大气污染仍处于加重期。VOCs(大气重要污染源)排放巨大，增加迅猛，尚未得到有效控制。
我国为加强大气污染治理力度，开始采取严厉的治理措施，改善环境质量。研究表明，工业排放和汽车尾气是雾霾污染中主要的危害源，其中汽车涂装是大气污染治理的关键行业之一。
为加强VOCs治理力度，各地相继颁布了严苛的地方VOCs排放标准，其中上海标准较为严格，要求VOCs排放浓度≤30mg/m，。按照此标准，结合涂装生产线的工艺流程、应用涂料等因素分析，部分废气排放点不能达标，需增加废气治理装置。各地排放标准如图1所示。
《大气污染防治行动计划》中提出：将挥发性有机物纳入排污费征收范围，加大排污费征收力度，提高排污费征收标准，做到应收尽收，2015年10月1日试点开始实施。各省、自治区、直辖市可以根据本地区实际情况增加VOCs排污收费试点行业，并制定试点行业VOCs排污收费办法，具体收费标准如图2所示。为减少后期VOCs缴纳费用，降低企业成本，必须从根源减少废气排放量，加强废气治理，降低VOCs排放浓度。
漆废气浓度。传统工艺中，由于排放量差异较大，一般流平室废气浓度是喷漆室废气浓度的2倍左右，通常与喷漆室排风混合后集中处理。另外，调漆间也排放类似的有机废气。
1.3烘干室废气
涂装烘干室产生的废气量大，废气浓度高，且成分复杂，这是由于涂料绝大多数的VOCs都是在高温烘烤阶段产生的，因此涂装烘干室的废气治理非常关键。
烘干室废气的成分主要有甲苯、二甲苯、非甲烷总烃，除此之外，还包含部分增塑剂或树脂单体等挥发物、热分解生产物和反应生成物。同时，烘干废气中含有恶臭物质(甲乙酮肟)，为满足GB14554{恶臭污染物排放标准》，消除恶臭物质的扰民影响，涂装烘干废气必须进行处理。
一条生产纲领为24万辆的涂装线，烘干炉废气量约为5万m3/h，浓度为500～l000mg/m3，远远超过标准要求，必须经过处理才能达标排放。
2涂装车间废气治理技术简介
涂装废气治理主要有减少废气排放和喷漆废气进行治理两方面。
2.1减少废气排放
2.1.1使用环保型涂料
环保型涂料就是不使用或少量使用有机溶剂的涂料，如水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等。粉末涂料基本上不排放有害废气，近年发展迅速，江淮汽车已将粉末涂料成功应用于车厢喷涂，目前生产线已量产。采用粉末涂料，可大大减少车厢喷涂过程中的废气排放量，节约废气治理设备投资和运行成本。
由于近年环保问题凸显，国家强力推行水性漆的应用，目前新建生产线环评均要求使用水性漆，水性漆已普及到各涂装行业。水性漆的主要成分是水，溶剂含量为20%。25%，远远低于溶剂型涂料。使用水性漆，可以从根源上减少废气中VOCs的排放量。各种涂料的VOCs含量比较见表l所列。
2.1.2提高涂料利用率，减少涂料使用量
汽车涂装过程中常以喷涂形式使用涂料，在喷涂过程中产生较多漆雾，漆雾是喷漆废气中的颗粒物来源，因此，提高涂料利用率可以大大降低废气中的颗粒物，降低废气处理难度。不同喷涂方法的涂料利用率见表2所列。
由表2可以看出，只有采用大容量低压空气喷枪或静电喷涂才能满足至少65%的涂料利用率。除此之外，采用机器人喷涂也可以提高涂料利用率，目前国内涂装行业正在推行内喷机器人，即整条涂装线喷涂实现无人化，全部使用机器人喷涂，极大地提高了涂料的利用率。
2.1.3采用循环风技术，减少废气排放量
喷漆系统是汽车车身涂装车间能耗较大的系统，喷漆系统能耗占涂装车间总能耗的48%左右，因此如何降低喷漆系统的能耗，尤其是喷漆调温、调湿的能耗，是涂装工艺环节节能减排的关键所在。
近几年在国内部分德系、美系、日系汽车工厂中开始采用空调循环风技术，该技术主要是用于降低喷漆系统的能源消耗。
全自动喷漆室排风再循环可分为干式再循环和湿空气再循环。从漆前准备段、风幕、晾干室等区段排出的空气含湿量不高，仅过滤就可循环利用，或经干式漆雾捕捉装置处理过的喷漆室排风，因其洁净度(O_3mg/m3)已达标，可直接循环利用，统称为干式再循环，而经湿式(水洗式)漆雾捕集装置处理过的喷漆室排风含水量增加，需除湿调温后才能循环利用，故称为湿空气再循环。通过使用空调循环风技术，喷漆室空调新风风量可降低60%以上。
2.2喷漆废气治理
涂装喷漆废气治理通常采用2种方法：一是“活性炭吸附+催化燃烧”，二是“沸石浓缩转轮吸附+高温燃烧法(RTO/TNV)”，前者适用于小风量(小于10万m3/h)，后者适用于大风量(大于10万m3/h)。
1)活性炭吸附法
活性炭作为涂装车间的废气吸附剂已经有很多年的应用经验。活性炭价格便宜，表面有疏水性，比表面积(500～1200m2，g)大，因而具有优异的吸附|生能，可使有机溶剂吸附在其表面，吸附饱和后，采用100℃左右的热空气进行脱附，脱附过程中被吸附的气体解析出来。
由于具有疏水性表面的分子筛(沸石)价格昂贵，在以去除有机溶剂为目的的场合，活性炭是适宜的吸附剂。涂装喷漆废气治理如采用活性炭吸附法，常规采用活性炭吸附与催化燃烧(脱附)相结合的处理工艺。它是根据吸附(效率高)和催化燃烧(节能)2个基本原理设计的，即吸附浓缩一催化燃烧法，该工艺采用多个活性炭吸附箱连续工作，且各吸附箱之间可交替使用。
吸附：含有机物的废气通过引风机，经过活性炭吸附箱，VOCs吸附在活性炭内部，吸附后洁净气体高空排放至室外;经过一段时间(约6d)后，活性炭达到饱和状态，停止吸附，此时有机物已被浓缩在活性炭内。
脱附：启动催化净化装置内的加热装置，热风进入内部循环，当热风达到有机物的沸点(不高于120℃)时，有机物从活性炭内解析出来，进入催化室进行催化分解成CO2和H2O，同时释放出热量。释放出的热量在进人吸附床脱附时，加热装置完全停止工作，有机废气在催化燃烧室内维持自燃，尾气再生，循环进行，直至有机物完全从活性炭内部分离，至催化室分解。活性炭得到了再生，有机物得到催化分解处理。
2)沸石转轮吸附法
喷漆室废气属于大风量、低浓度的有机混合气体，目前此类废气主流治理方式为“沸石转轮吸附浓缩+高温焚烧净化”，处理后的废气直接达标排放。
待处理的喷漆室有机混合废气经引风机作用，先经过预处理过滤装置去除废气中的粉尘及杂质部分，否则直接吸附会堵塞沸石的微缩孔，从而影响吸附效果，甚至失效，经过初步过滤后，相对纯净的有机废气进入沸石转轮吸附装置进行吸附净化处理，有机物质被沸石转轮特有的作用力截留在其内部，洁净气体排出，经过一段时间吸附后，沸石转轮达到饱和状态，转轮自动转动进入冷却和高温脱附区域。
沸石转轮脱附出来的高浓度废气直接进入RTO蓄热式焚烧炉进行焚烧净化处理，废气焚烧后的氧化室高温气体与脱附废气通过热交换器进行热交换，使脱附废气换热(温度控制在150—200oC)后进入转轮脱附区进行脱附，沸石中的有机物受到热空气加热后从沸石中挥发出来，此时脱附出来的废气属于高浓度、小风量、高温度的有机废气，直接进入RTO焚烧炉氧化后释放出大量能量，有机物利用自身氧化燃烧释放出的热量维持自燃，如果脱附废气浓度足够高，RTO正常使用需要很少的天然气甚至不需要天然气，做到真正的节能环保，同时，整套装置安全、可靠、无二次污染，具体工作原理如图3所示。
3废气治理装置效益分析
3.1烘干废气治理装置
烘干室废气治理装置同时也作为烘干室加热装置，除一次性设备投资外，只有设备正常运行费用(电和天然气)，无其他额外费用。
3.2“活性炭吸附+催化燃烧”装置
活性炭和催化剂使用寿命较短，在双班生产、单班8h情况下，活性炭使用寿命为2a，催化剂使用寿命为2.5a。因此采用此种方式处理喷漆废气要定期更换活性炭、催化剂和过滤器。以55000m3/h涂装线为例，设备运行费用分析如表3所列。
由于活性炭使用体积大，催化剂单价高，导致使用该治理方式年设备维护费用较高。
3.3沸石转轮吸附装置
以废气量114000m%、废气浓度430mg/m3、,要求VOCs处理效率大于96%为例，其经济效益分析如下。
3.3.1装机容量
设备装机容量如表4所列。
3.3.2运行能耗
设备启动及运行能耗如表5～6所列。
3.3.3维护费用
设备维护费用如表7所列。
综上所述，涂装车间双班满负荷生产，喷漆废气系统年运行费用约110万元，维护费用约5万元。
4结语
汽车行业作为中国制造行业的支柱产业，应积极响应国家环保政策，各大车企应实施一系列行之有效的废气治理技术和方法，确保废气排放满足国家和地方排放标准，加强工业废气污染治理技术的开发、研究及技术应用，为保护环境尽职尽责。
