噴涂企業(yè)VOC產(chǎn)生和排放源強(qiáng)估算方法探討

高翔宇，何艷麗，來慶云，譚大鵬

(浙江仁欣環(huán)科院有限責(zé)任公司，浙江寧波 315012)

噴涂企業(yè)VOC產(chǎn)生和排放源強(qiáng)估算方法探討

高翔宇，何艷麗，來慶云，譚大鵬

(浙江仁欣環(huán)科院有限責(zé)任公司，浙江寧波 315012)

噴涂企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)產(chǎn)生和排放量的估算是環(huán)境影響評價的重要環(huán)節(jié)。本文綜述了常用的源強(qiáng)估算方法，并根據(jù)某大型汽車制造企業(yè)調(diào)研得到的物料、工藝及監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用常用的估算方法，對噴涂產(chǎn)生的VOC產(chǎn)生量和排放量進(jìn)行估算，并將其與驗(yàn)收報告的監(jiān)測值進(jìn)行比較，為源強(qiáng)估算方法的完善提供了思路。

噴涂；VOC；排放源強(qiáng)；估算

由于汽車涂裝車間的噴漆、流平和烘干工序會產(chǎn)生有機(jī)廢氣，若未經(jīng)處理直接排放將對大氣環(huán)境造成影響[1]。上海市《關(guān)于石化等5個行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放量計算方法》(滬環(huán)保防[2016]36號)中規(guī)定了汽車制造業(yè)(涂裝)VOC排放量的計算方法，但仍處于試行階段[2]。因此，目前我國尚未形成成熟的VOC產(chǎn)生量和排放量計算方法。另外，由于噴涂企業(yè)使用的油漆種類多，溶劑的屬性復(fù)雜，導(dǎo)致產(chǎn)生量計算復(fù)雜且缺乏準(zhǔn)確性[3]。因此在環(huán)評以及VOC總量核算中，VOC源強(qiáng)估算存在諸多問題。本文總結(jié)了幾種常用的產(chǎn)生量和排放量的估算方法，并針對一家大型汽車制造廠的兩條噴涂線，將估算方法得到的排放量與竣工驗(yàn)收監(jiān)測報告進(jìn)行比較，以期為汽車噴涂企業(yè)VOC產(chǎn)生量和排放量估算提供思路。

1 VOC產(chǎn)生源強(qiáng)的估算方法

1.1 方法1

噴涂廢氣主要產(chǎn)生于噴涂工序和烘干工序。噴涂工序產(chǎn)生的廢氣主要由油漆溶劑中的VOC，固化劑溶劑中的VOC和稀釋劑溶劑的VOC共同貢獻(xiàn)。具體計算公示如下：

Q=Qx+Qy+Qz

(1)

Qx=Gx·nx

(2)

Qy=Gy·ny

(3)

Qz=Gz·nz

(4)

式中，Qx、Qy、Qz分別為油漆中溶劑有機(jī)物揮發(fā)量、稀釋劑中溶劑有機(jī)物揮發(fā)量、固化劑溶劑有機(jī)物揮發(fā)量；Gx、Gy、Gz分別為油漆用量、稀釋劑用量和固化劑用量；nx、ny、nz分別為油漆中有機(jī)溶劑所占百分比、稀釋劑中有機(jī)溶劑所占百分比、固化劑中有機(jī)溶劑所占百分比。

烘干工序產(chǎn)生的廢氣為噴霧廢氣，其計算公式如下：

Qw=Gx·nm·(1-η)

(5)

式中,nm為涂料中成膜物所占百分比;η為噴涂效率。

用式(1)、式(2)、式(3)和式(4)來計算噴涂中廢氣產(chǎn)生量。馬君賢等在已有油漆及助劑的消耗以及涂料成分的基礎(chǔ)上，用該方法估算了一家企業(yè)的噴涂生產(chǎn)線涂料中有機(jī)物的揮發(fā)量和漆霧顆粒物的年產(chǎn)生量[4]。

1.2 方法2

物料衡算法是以質(zhì)量守恒為基礎(chǔ)，對物料平衡進(jìn)行計算，具體指單位時間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量必定等于離開系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量再加上損失掉的和積累起來的物料質(zhì)量，見圖1。

圖1 物料衡算示意圖Fig.1 Schematic diagram of material balance

對于噴涂工藝進(jìn)行分析(不考慮未噴上工件的VOC)，進(jìn)料(設(shè)VOC總量為G)經(jīng)過噴涂后，有部分VOC附著于工件表面，一部分VOC揮發(fā)成為噴涂廢氣，設(shè)噴涂過程揮發(fā)率為η1，附著于工件表面的VOC經(jīng)過烘干，其中一部分成為烘干廢氣，設(shè)烘干過程揮發(fā)率為η2，另外一部分附于產(chǎn)品(見圖2)，則噴涂工藝產(chǎn)生的VOC為(G-G·η1)·η2+G·η2。由上式可以看出VOC的源強(qiáng)取決于噴涂和烘干時油漆的揮發(fā)性。但該方法的估算需要了解噴涂工藝，具體問題具體分析。

圖2 噴涂工序的VOC物料衡算Fig.2 Schematic diagram of VOC material balance in spray painting

蘇偉健等[5]利用物料衡算法估算了某汽車4S店噴涂工序產(chǎn)生的廢氣污染物的源強(qiáng)。他們分別計算了噴涂過程和烘干過程產(chǎn)生的VOC和顆粒物的源強(qiáng)。由物料衡算可知，排放的廢氣污染物源強(qiáng)為噴涂和烘干廢氣之和(見圖2)。因此，將兩個過程的VOC和顆粒物分別加和，可得到噴涂工序產(chǎn)生的廢氣量[5]。

1.3 方法3

排放系數(shù)法是指在正常技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和管理?xiàng)l件下，用單位能耗所排放的污染物數(shù)量的統(tǒng)計平均值進(jìn)行估算排放量[6-7]。排污系數(shù)法的計算一般以原輔料的消耗和產(chǎn)品的產(chǎn)量為依據(jù)。計算公式如下：

G=M1×A1+M2×A2+…+Mi×Ai

(6)

式中，G為VOC產(chǎn)生源強(qiáng)，t/a；M1、M2、Mi為i工序原輔料的消耗，t/a；A1、A2、Ai為i工序該原輔料的排污系數(shù)。

根據(jù)蘇建偉的文章中部分行業(yè)基于原輔材料的VOC排放系數(shù)表，油漆的排放系數(shù)為0.6，固化劑的排放系數(shù)為0.5，稀釋劑的排放系數(shù)為1[5]。

黃碧捷利用排放因子法估算了武漢市及主要6個農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)的秸稈燃燒VOC排放量，并分別計算了耕地排放強(qiáng)度和區(qū)域排放強(qiáng)度。通過不確定性分析對數(shù)據(jù)來源進(jìn)行考察，得到統(tǒng)計數(shù)據(jù)能大致反映當(dāng)?shù)亟斩捜紵齎OC排放現(xiàn)狀。最后依據(jù)分析結(jié)果提出秸稈燃燒VOC控制對策[8]。

1.4 VOC排放源強(qiáng)的估算

確定了廢氣產(chǎn)生源強(qiáng)后，排放源強(qiáng)與氣體收集率和環(huán)保措施的處理效率有關(guān)[9-10]。計算公式如下：

G排=G產(chǎn)×η1×(1-η2)

(7)

式中，G排為VOC排放源強(qiáng)，t/a；G產(chǎn)為VOC產(chǎn)生源強(qiáng)，t/a；η1為VOC收集效率，%；η2為VOC治理效率，t/a。

2 估算方法與實(shí)測數(shù)據(jù)比較

本文利用某地監(jiān)測站的驗(yàn)收監(jiān)測報告中的數(shù)據(jù)進(jìn)行VOC排放源強(qiáng)估算。該企業(yè)有兩條噴涂線，噴涂工藝流程如圖3所示，廢氣處理流程及噴涂廢氣去向如圖4所示。企業(yè)的涂料成分、處理方式及效率等基本數(shù)據(jù)如表1所示，上漆率和揮發(fā)率如表2所示，監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

圖3 噴涂線工藝流程Fig.3 Spray painting process flow

圖4 噴涂線噴涂廢氣去向Fig.4 Waste gas treatment of spray painting

噴涂線涂料涂料用量/(t/a)溶劑含量/%收集方式收集效率/%處理方式處理效率/%1#噴涂線底漆11.556.4色漆17.2567.7罩光漆17.2553.6噴涂房密閉抽氣90RTO催化燃燒≥902#噴涂線溶劑型清漆89140水性色漆13200.5噴涂房密閉抽氣90烘干廢氣經(jīng)燃燒處理干式漆霧凈化系統(tǒng)≥90

表2 噴涂上漆率及烘干揮發(fā)率

注：噴漆時的揮發(fā)率取決于油漆中易揮發(fā)組分的量；烘干時的揮發(fā)率取決于附著于汽車上的油漆中的VOC的量。

根據(jù)以上介紹的估算方法，依據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)，分別用三種方法估算廢氣產(chǎn)生源強(qiáng)和排放量并與實(shí)測值進(jìn)行比較，三種估算方法中，第2種方法估算值最高。具體估算結(jié)果見表4。 由于企業(yè)的噴涂工藝操作工藝連續(xù)，收集效率高，假定企業(yè)的無組織排放為有組織排放的10%。

表3 主要污染物的監(jiān)測結(jié)果

注：由于監(jiān)測時段并未達(dá)到運(yùn)行的實(shí)際生產(chǎn)負(fù)荷，因此需要通過折算系數(shù)將監(jiān)測的排放量折算成實(shí)際工況下的排放量。

表4 源強(qiáng)及排放量估算值與監(jiān)測值

注：用方法2估算時的上漆率和揮發(fā)率見表2。方法2的估算涉及到多個噴涂工段的串聯(lián)，估算時假定各個噴涂工段間不相互干擾，同時流平和烘干后的溶劑完全揮發(fā)。監(jiān)測數(shù)據(jù)括號內(nèi)為無組織排放量。

圖5 估算的VOC產(chǎn)生量Fig.5 Estimated VOC output

從圖5中可以看出三種方式估算的VOC產(chǎn)生量不盡相同。1#噴涂線中用方法1得到的VOC產(chǎn)生量略小于方法3估算值，方法2的估算值最大。2#噴涂線，方法1估算值最小，方法2的估算值最大。由此可見，用三種方法得到的VOC產(chǎn)生量大小依次為：方法2>方法3>方法1。

圖6 VOC排放源強(qiáng)與監(jiān)測值Fig.6 Emission intensity comparison of estimation results and monitoring results

由圖6可以看出，1#和2#噴涂線，用估算方法得到的VOC排放量均大于監(jiān)測值，符合環(huán)境影響評價的一般要求。因此三種估算方法都比實(shí)際監(jiān)測結(jié)果大了很多。若環(huán)評估算的結(jié)果遠(yuǎn)大于實(shí)測值，導(dǎo)致企業(yè)增加不必要的環(huán)保措施。一般情況下，最佳的估算值應(yīng)略高于監(jiān)測值。從上面這個例子可以看出三種方法中方法一比較符合要求。

3 分析與討論

根據(jù)上面的比較，討論三種廢氣產(chǎn)生量估算方法和排放源強(qiáng)估算的特點(diǎn)。

(1)方法1。該方法在估算時無須了解明確的工藝情況，僅需知道涂料成分和溶劑量。假設(shè)溶劑全部揮發(fā)，計為VOC，通過估算得到源強(qiáng)，因此估算比較簡單。缺點(diǎn)是它忽略了涂料溶劑的特殊性。比如水性涂料的分散介質(zhì)是水，噴涂于工件上后，從涂膜上揮發(fā)的是水和少量助劑，VOC源強(qiáng)較小。而溶劑型涂料的分散介質(zhì)是有機(jī)溶劑，從涂膜中揮發(fā)的多屬于有毒有害物質(zhì)。因此用該方法計算源強(qiáng)時要清楚了解涂料的種類和溶劑組成。

(2)方法2。在用該方法估算時，需要了解噴涂工藝，針對涂料的揮發(fā)性進(jìn)行估算。本文章將噴涂工藝分為噴涂工序和烘干工序。噴涂工序會有部分VOC揮發(fā)，之后在經(jīng)過烘干工序，附著于工件表面的部分VOC揮發(fā)，因此噴涂廢氣為兩部分揮發(fā)VOC之和。使用該方法時需要了解涂料的成分和性質(zhì)，噴涂采用的方式和上漆工件的尺寸形狀等。

(3)方法3。該方法是以上估算中最為簡單的方法。僅需要了解原輔料的種類和消耗量以及對應(yīng)的產(chǎn)污系數(shù)。我國曾于1996年出版工業(yè)《污染源產(chǎn)生和排放系數(shù)手冊》，但由于年代久遠(yuǎn)以及我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，該系數(shù)已經(jīng)不再適用。各個省市都在開展排污系數(shù)的研究[11-12]，但由于缺乏完整和系統(tǒng)的理論，行業(yè)的復(fù)雜以及對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集真實(shí)性的質(zhì)疑，研究進(jìn)展比較緩慢[13]。在環(huán)評行業(yè)中仍然沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。國家應(yīng)盡快出臺相關(guān)的排污系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)現(xiàn)在的行業(yè)發(fā)展。

(4)排放源強(qiáng)的估算。VOC排放量主要取決于環(huán)保措施的收集和處理情況。為了響應(yīng)國家“十二五”重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治規(guī)劃，浙江省于2015年10月出臺了《浙江省涂裝行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物整治規(guī)范》[14]。規(guī)范中規(guī)定了“雙九十”，即涂裝廢氣的總收集效率不低于90%，溶劑型涂料烘干廢氣處理設(shè)施VOC總凈化效率不低于90%。但這僅僅針對整改后的或新建噴涂項(xiàng)目的企業(yè)。實(shí)際上很多噴涂企業(yè)的廢氣收集和處理措施達(dá)不到上述標(biāo)準(zhǔn)。在環(huán)評中，各種處理措施的處理效率主要取決于工程師的經(jīng)驗(yàn)。因此造成了排放量估算與實(shí)際情況不吻合。若企業(yè)能遵守“雙九十”，在生產(chǎn)中確保開啟環(huán)保設(shè)備，排放量的估算較為準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

本文分析了三種常用的源強(qiáng)估算方法，并計算得到排放源強(qiáng)，將三種估算法計算得到的排放源強(qiáng)與實(shí)際監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)論如下：

(1)VOC產(chǎn)生量大小估算：方法2>方法3>方法1。

(2)VOC排放量大小估算：方法2>方法3>方法1>監(jiān)測值。

(3)方法1。該方法假設(shè)溶劑全部為VOC，但忽略了涂料溶劑的特殊性。因此物料的性質(zhì)對估算的準(zhǔn)確性影響顯著。

(4)方法2。該方法估算主要取決于油漆在噴涂和烘干的揮發(fā)度，需要了解油漆的揮發(fā)性，以及油漆的消耗量。

(5)方法3。該方法計算方便，但排放系數(shù)不細(xì)致，沒有涉及所有的物料。另外排污系數(shù)是動態(tài)的，需要定時補(bǔ)充更新。

(6)排放源強(qiáng)估算。排放源強(qiáng)主要涉及噴涂廢氣的收集和處理效率。浙江省出臺了涂裝行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物的整治規(guī)范，其中要求收集和凈化效率均不低于90%，使環(huán)評源強(qiáng)估算值較準(zhǔn)確。另外也倒逼企業(yè)對噴涂工藝進(jìn)行整改。

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A Discussion on VOC Emission Source Intensity Estimation for Enterprises Involving Spray Painting

GAO Xiang-yu, HE Yan-li, LAI Qing-yun，TAN Da-peng

(Zhejiang Renxin Environmental Research Institute Co., Ltd., Ningbo 315012, China)

The estimation of volatile organic compounds (VOC) emission source intensity plays a significant role in environmental impact assessment (EIA). This paper reviewed the literatures involving the estimation methods, and estimated the VOC emission source intensity in an automobile manufacture enterprise. Comparing the intensity data with the monitoring ones, this study further discussed the estimation methods. This paper paved the way for estimating VOC emission source intensity for enterprises involving spray painting.

spray painting; VOC; emission source intensity; estimation

2016-06-12

高翔宇(1987—)，男，碩士，主要從事環(huán)境影響評價研究,E-mail:bryangao@163.com

譚大鵬(1959—)，男，教授級高級工程師，本科，主要從事環(huán)境科研及環(huán)境影響評價工作,E-mail:tandapeng@rxhky.com

10.14068/j.ceia.2017.01.017

X701

A

2095-6444(2017)01-0069-05