謝黎 *，范文杰

（1.深圳市環(huán)境工程科學技術中心有限公司，廣東 深圳 518000；2.深圳市宗興環(huán)保科技有限公司，廣東 深圳 518000）

揮發(fā)性有機物(VOCs)通常是指在101.3 kPa壓力下，沸點不大于250 °C的任何有機化合物[1]。這類化合物廣泛存在于制造業(yè)企業(yè)中。目前自行車制造行業(yè)主要采用噴漆和噴粉進行生產(chǎn)，其中噴漆工序是VOCs的主要來源，噴粉則主要產(chǎn)生顆粒物污染。

自行車上需要噴涂的面積占整車表面積的60%以上，包括車架、前叉、泥板、全鏈罩、半鏈罩、支架等，最主要的部件就是車架。自行車噴涂工序中的VOCs主要來源于噴漆和烘干這2個環(huán)節(jié)。一般噴漆室都會產(chǎn)生漆霧以及溶劑、助劑、稀釋劑等揮發(fā)性物質(zhì)。漆霧顆粒小，黏度大，易粘附在物質(zhì)表面，因此凈化有機廢氣前必須去除漆霧。通常采用水幕吸收漆霧，基本上可以去除顆粒物，但無法吸收VOCs。在干燥過程中，涂膜中的一部分溶劑自然揮發(fā)或通過加熱揮發(fā)出來，排氣中含有溶劑、助劑、稀釋劑以及涂膜中的熱分解生成物等。

VOCs的產(chǎn)生與涂料的成分有很大關系。一般涂料由成膜物質(zhì)(基料)、顏料、填料、溶劑及其他助劑組成[2]，在噴漆作業(yè)時還要配上稀釋劑(稀料)。噴涂自行車常用的溶劑和稀釋劑有甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇、乙二醇、丁醚、汽油等。自行車車架一般噴涂底漆、中漆、面漆3道，目前常用環(huán)氧樹脂漆、聚酯漆、聚氨酯漆、丙烯酸樹脂漆等溶劑型涂料。

1 源頭控制

1. 1 采用環(huán)保原料

為從源頭上控制 VOCs，可用環(huán)保涂料(如水性涂料、粉末涂料、紫外光可固化涂料等)來替代揮發(fā)物含量高的油性涂料，這也是解決VOCs污染的根本措施。水性涂料是優(yōu)先推薦的環(huán)保涂料。近年來在深圳、廣州、東莞等地已有自行車生產(chǎn)企業(yè)開始使用水性涂料。目前市面上主要有水性丙烯酸和水性飽和聚酯樹脂(兩者的比較見表 1)，其固化劑為氨基樹脂或異氰酸酯。水性涂料的替代可以從底漆開始，水性飽和聚酯涂料是比較理想的選擇，而罩光漆可以選擇耐候性比較好的水性丙烯酸樹脂涂料。以某調(diào)研企業(yè)使用的水性飽和聚酯涂料為例，其與油性涂料的對比見表2。

表1 水性丙烯酸樹脂與水性飽和聚酯樹脂的比較Table 1 Comparison between waterborne acrylic resin and waterborne saturated polyester resin

表2 水性飽和聚酯涂料與油性涂料的對比Table 2 Comparison between waterborne saturated polyester paint and oil-based paint

根據(jù)已使用水性涂料的自行車生產(chǎn)企業(yè)反饋，水性涂料在原料成本上并不比油性涂料高，甚至因為其不需要用天那水等溶劑稀釋，減少了稀釋劑的消耗，反而會降低成本。相應的噴涂設備改造主要是對供料線進行絕緣改造，成本從幾萬到十幾萬元不等，兩方面綜合后成本并不會增加。根據(jù)調(diào)研企業(yè)的經(jīng)驗，水性涂料在施工時的VOCs可控制在200 g/L左右，甚至更低，折合到每臺自行車，VOCs可減少100 g以上。對于深圳市較大規(guī)模的自行車生產(chǎn)企業(yè)而言，年產(chǎn)幾百萬臺自行車相當于可以從源頭減少幾百噸VOCs排放量。

粉末涂料是不含溶劑的環(huán)保涂料，有利用率高、涂膜厚、易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)等特點。對于新建的生產(chǎn)線，采用粉末涂料是比較經(jīng)濟可行的方式。但由于粉末涂料的調(diào)色比溶劑型涂料繁瑣，因此就自行車制造業(yè)而言，它被用在顏色要求單一、可一次性完成涂覆的零部件上才能獲得較好的外觀效果。另外，粉末涂料的固化溫度相對較高，更適用于金屬零部件。如需噴涂塑料件，要聯(lián)合紫外光(UV)固化技術將粉末涂料的固化溫度降到120 °C以下才不會損傷塑料。選用粉末涂料并不會增加成本，而且由于其不含溶劑，大大減少了末端處理的成本。

UV可固化涂料的成本比傳統(tǒng)溶劑型涂料高出20% ～ 50%，且對設備有較高要求，但因為其不需要加熱干燥，可以進行快速連續(xù)化作業(yè)，大大提高了生產(chǎn)效率，較之常規(guī)的熱干燥涂料可節(jié)省75% ～ 90%的能源，所以總體而言也是經(jīng)濟可行的環(huán)保涂料。

環(huán)保涂料必然是往用水性涂料替代溶劑型涂料的方向發(fā)展，水性涂料在歐洲的使用率已經(jīng)達到80%。水性涂料目前在汽車行業(yè)已得到較好的應用，作為自行車制造業(yè)，同樣可以使用水性涂料來減少 VOCs排放。只是水性涂料還存在揮發(fā)慢、涂層薄、外觀色彩不豐富等問題，在應用上還有一定難度。通過不斷地研發(fā)，相信水性涂料將逐步適應自行車制造業(yè)的需求。

1. 2 改進生產(chǎn)過程

生產(chǎn)過程控制包括改進設備、完善工藝和優(yōu)化過程控制幾個方面。自行車零部件的形狀相對復雜，目前仍然主要采用手工噴涂?；诖爽F(xiàn)狀，采用成熟可行的噴涂工藝是減少VOCs的必然途徑。在設備上，可以提高自動化程度(見圖 1)，減少手工噴涂的比重，僅在自動化作業(yè)無法達標的情況下用手工作業(yè)進行修補。使用靜電噴槍(見圖2)也是一個好辦法，它的涂料利用率較普通噴槍可提高30%以上，使用高流量低壓力(HVLP)噴槍，油漆利用率更可達 60%以上。需注意的是，靜電噴涂水性涂料的設備必須有良好的絕緣性，且不能與油性涂料噴涂設備混用。

圖1 自動噴涂線Figure 1 Automatic spraying line

圖2 靜電噴涂Figure 2 Electrostatic spraying

噴涂、烘干工序的次數(shù)決定了涂料的用量。多色噴涂時，大面積顏色一次噴涂完成，局部小面積顏色采用貼標方法，不僅能減少涂料的使用量，而且減少換色次數(shù)之余還減少了洗槍的溶劑使用量。

以調(diào)研的某自行車企業(yè)為例：其某系列產(chǎn)品車架原來采用三噴三烤的工藝，油性涂料VOCs含量在600 g/L左右。經(jīng)過內(nèi)部研究和實驗分析后，工藝改為兩噴兩烤，利用貼標方式減少了兩道換色工序以及3次洗槍，并在不影響質(zhì)量的情況下將膜厚降低了8% ～ 10%。優(yōu)化工藝后的VOCs排放量相比之前降低了20% ～ 25%?？梢娂词乖谖刺鎿Q為環(huán)保涂料的情況下，通過改進生產(chǎn)過程也能減少原料消耗，從而在一定程度上降低VOCs的排放。

1. 3 加強氣體收集

涂料、稀釋劑、清洗劑等含VOCs的原輔材料應儲存在密封容器或密閉工作間內(nèi)。采用密封式調(diào)漆罐，任何時間均應保證其密封性。自動化作業(yè)空間應全密閉(見圖 3)，人工作業(yè)空間半密閉。各工序需設置由獨立的集氣罩、排風管道等組成的收集系統(tǒng)，確保廢氣收集率不低于90%。禁止通過開窗、墻壁或窗上的排風扇等設施將生產(chǎn)廢氣直接外排。應密閉收集清洗過程產(chǎn)生的廢溶劑，有價值的可回收利用(見圖4)，妥善處置廢溶劑。在滿足生產(chǎn)設施正常運行和保證安全的條件下盡量減小排風量。

圖3 全封閉式噴漆房Figure 3 Totally-enclosed spray booth

圖4 溶劑回收機Figure 4 Solvent recovery machine

2 末端治理

不同的治理技術只有在特定范圍和條件下才能達到理想的去除VOCs的效果。如單一技術難以達到目標，需采用兩種或以上組合治理[3]。根據(jù)自行車制造業(yè)末端有機廢氣的特點、風量和濃度，推薦不同的工藝組合以達到較好的處理效率，如表3所示。從表4所述20 000 m3/h風量的實例可看出，如果采用水噴淋預處理?活性炭吸附技術，活性炭組合技術的投資成本約為單吸附技術的3倍左右。從運行成本來看，水噴淋預處理?活性炭吸附技術的活性炭更換周期是關鍵，通常低濃度情況下一年至少更換5次，而活性炭吸附?催化燃燒技術所使用的活性炭以及催化劑的使用周期長達3年。相比較而言，活性炭吸附?催化燃燒項目的前期投資大，但在后期運行中成本會降低。而通過調(diào)研了解到，目前應用還較少的沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮?蓄熱式焚燒爐技術的投資額在300萬元以上，為單吸附技術的9倍，但其沸石的使用周期可達10年。

表3 不同末端治理技術的適用范圍Table 3 Application scopes for different end-of-pipe treatment techniques

表4 末端治理技術的成本對比(規(guī)模以20 000 m3/h來估算)Table 4 Comparison between the costs of different end-of-pipe treatment techniques estimated based on a scale of 20 000 m3/h

3 管理要求

自行車企業(yè)VOCs治理設施的管理應納入企業(yè)日常的生產(chǎn)管理中，配備專職的管理人員和技術人員，并對他們進行培訓，使其掌握治理設施的具體操作以及緊急情況下的處理措施。企業(yè)應根據(jù)生產(chǎn)和治理設施的實際情況，建立相關的規(guī)章制度及運行、維護和操作規(guī)程，建立設備運行狀況的臺賬，以保證設施正常運行。

環(huán)保行政主管部門應對企業(yè)的VOCs治理設施進行監(jiān)管，主要包括：

(1) 檢查治理設施的相關規(guī)章制度，運行、維護和操作規(guī)程，以及運行臺賬；

(2) 檢查耗材(如活性炭)的采購、更換時間和更換量的記錄；

(3) 檢查在線監(jiān)測設備的運行記錄；

(4) 對設施進行定期檢測，評估其治理效率是否達到國家及地方相關標準；

(5) 檢查治理設施產(chǎn)生的危險廢物、廢水等是否得到有效處置。

另外，自行車行業(yè)涂裝工藝中的VOCs排放還沒有明確的標準限值，完全參照類似行業(yè)的標準不太適合，因此盡快出臺本行業(yè)的相關標準有利于引導企業(yè)往更環(huán)保的方向發(fā)展，為VOCs減排指明方向。

4 結(jié)語

通過對自行車企業(yè)的現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，企業(yè)的生產(chǎn)水平參差不齊，部分企業(yè)尚無對應的VOCs治理設施，無組織排放情況嚴重，對周圍居民造成較大影響。推動水性涂料的應用將大大降低噴涂過程產(chǎn)生的有機廢氣濃度，極大地改善工作環(huán)境，有利于從業(yè)人員職業(yè)健康水平的提高。對于使用傳統(tǒng)溶劑型涂料的企業(yè)來說，后續(xù)污染物的治理將顯著提高成本；而對于使用水性涂料的企業(yè)來說，由于排放的廢氣污染物濃度大幅降低，廢氣治理設施的投入和運行成本將大大下降。通過原料、生產(chǎn)工藝、過程控制等方面的改進，以及末端設施的配套，同時強化企業(yè)自身管理和政府監(jiān)管，促進不規(guī)范運營、產(chǎn)能落后小企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級或淘汰，將提高整個行業(yè)的技術水平和競爭優(yōu)勢。