洪 科 朱賽嫦

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

引言

臺(tái)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(zhǎng)630.87km，為長(zhǎng)江三角洲中心區(qū)之一。臺(tái)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(dá)。臺(tái)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(gè)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(jì)形勢(shì)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(tái)州地區(qū)的船舶外殼主要材質(zhì)為碳鋼，由于船體長(zhǎng)期浸泡在海水中，容易受海水的電化學(xué)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(duì)殼體表面進(jìn)行涂料噴涂防腐。船舶涂裝過程會(huì)產(chǎn)生除銹粉塵和噴涂有機(jī)廢氣。

具體產(chǎn)生特征如下。

1.1 除銹粉塵

船體進(jìn)行涂裝之前需要對(duì)表面進(jìn)行除銹，以獲取良好的附著面，保證上漆效果。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，臺(tái)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(dòng)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(huì)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(duì)周邊環(huán)境影響較大。

1.2 涂裝有機(jī)廢氣

船舶殼體表面經(jīng)除銹后，需要進(jìn)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(gè)工序。每道油漆做完后，都需要經(jīng)過一段時(shí)間的自然晾干。涂裝有機(jī)廢氣的主要污染物為揮發(fā)性有機(jī)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(jī)晾干過程全部揮發(fā)，固體組分附著在工件表面，形成堅(jiān)實(shí)致密的保護(hù)層，從而實(shí)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(xué)品漆等。不同船舶涂料的有機(jī)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(dá)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(wú)機(jī)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(yīng)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(jìn)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(qiáng)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(jī)械工件不同，船舶體積龐大，長(zhǎng)度達(dá)幾十米～幾百米，高度達(dá)十幾米～幾十米，整船全封閉生產(chǎn)的基建投資較高，這對(duì)一般規(guī)模的船舶企業(yè)來說是較難承受的。

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，臺(tái)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(yīng)考慮采用分段制作工藝，將船舶拆分成多個(gè)小分段，進(jìn)行組件拆分，分段加工。分段工件在密閉的噴砂房?jī)?nèi)進(jìn)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(yīng)優(yōu)先選用強(qiáng)度高且耐磨的鋼砂等砂料，代替低強(qiáng)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(shí)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(jìn)行露天除銹?？紤]船舶整船室外露天除銹粉塵較難收集，修船作業(yè)時(shí)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(qiáng)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(wú)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(fèi)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(jiǎn)易，投資費(fèi)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(dāng)合理控制水和砂的比例時(shí)，水砂除銹可以既控制粉塵產(chǎn)生，又有效除銹，且投資費(fèi)用不高?？傮w上說，環(huán)保型除銹設(shè)備在除銹過程中基本無(wú)粉塵產(chǎn)生，對(duì)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?jī)?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(xì)顆粒和粗顆粒，其特點(diǎn)是產(chǎn)生風(fēng)量大，含塵濃度較高。噴砂除銹粉塵的處理思路為通過預(yù)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(duì)細(xì)顆粒進(jìn)行強(qiáng)化除塵，可采用多級(jí)組合除塵方式。對(duì)于密度大、顆粒粗的粉塵，首先采用重力沉降進(jìn)行初處理。重力沉降阻力小、管理方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但除塵效率低，只能作為第一級(jí)處理。第二級(jí)可采用旋風(fēng)除塵技術(shù)來處理中等粒度的粉塵，進(jìn)一步降低含塵濃度。旋風(fēng)除塵技術(shù)使含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(duì)細(xì)小塵粒（＜5μm）的去除效率較低。第三級(jí)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(duì)含塵氣體進(jìn)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(fēng)量的細(xì)微顆粒除塵，對(duì)細(xì)微顆粒的捕捉效率可達(dá)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(jī)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?！霸搭^控制”主要從改進(jìn)原輔物料替代、生產(chǎn)工藝改進(jìn)、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(qiáng)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(yīng)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(jī)化合物含量涂料產(chǎn)品技術(shù)要求》的涂料產(chǎn)品。

（2）改進(jìn)生產(chǎn)工藝

船舶體積龐大，室外整船涂裝較難實(shí)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(dòng)，這導(dǎo)致室外油漆廢氣較難有效收集。因此，船舶制造應(yīng)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?jī)?nèi)進(jìn)行底漆和部分面漆的噴涂作業(yè)，然后在室外進(jìn)行組裝合攏。室外露天環(huán)境只進(jìn)行船體合攏焊接縫及下水前面漆的涂裝作業(yè)。實(shí)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(yīng)為密閉的房間，同時(shí)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?gòu)U氣產(chǎn)生，船舶噴涂應(yīng)優(yōu)先采用高壓無(wú)氣噴涂設(shè)備。高壓無(wú)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(jī)廢氣治理

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

涂裝廢氣經(jīng)除漆霧后，須進(jìn)一步對(duì)VOCs 成分進(jìn)行凈化處理。船舶修造行業(yè)的涂裝廢氣風(fēng)量大，VOCs濃度低。目前，國(guó)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(duì)比分析如下：

噴淋吸收法僅適用于水溶性廢氣，對(duì)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(jìn)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(diǎn)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(yīng)，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(yīng)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(jìn)一步優(yōu)化。

涂裝有機(jī)廢氣風(fēng)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(fèi)用較高，且會(huì)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(dá)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(jī)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(jī)組分具有一定回收價(jià)值。船舶涂裝廢氣組分復(fù)雜，回收得到的是混合溶劑，回收價(jià)值較低。此外，通過冷凝回收處理后的尾氣往往還達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)限值，還需要進(jìn)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(dá)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(jìn)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(jì)，且涂裝廢氣不含有機(jī)氯，采用催化燃燒也不會(huì)導(dǎo)致二噁英等二次污染物產(chǎn)生。吸附-催化燃燒法對(duì)涂裝有機(jī)廢氣中的VOCs 去除效率可達(dá)90%以上。

結(jié)語(yǔ)

由于船舶為海上、水上作業(yè)，作業(yè)環(huán)境濕度較大，對(duì)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(wú)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(dòng)式廢氣收集處理集成裝置也亟待研發(fā)。