汽车修理喷漆挥发性有机物的治理探讨

发布日期：2021-03-16

摘要：本文结合汽车喷漆行业挥发性有机物产生源强和危害，就源头控制和末端治理技术进行了深入探讨，对不同的治理技术进行分析论述，提出了在加强预处理的基础上进行多技术组合，形成技术优缺点互补的联合技术，可使汽修企业外排挥发性有机废气稳定达标排放，实现挥发性有机废气持续减排。
【关键词】挥发性有机物、源头控制、末端治理。
随着经济的飞速发展和人们生活水平的提高，各类汽车保有量较过去成倍的增加，相应的汽车维修行业也火了起来。经调查绝大部分汽车维修店喷漆过程挥发性有机废气治理措施简单收集处理效率达不到要求，挥发性有机废气污染周围环境，群众反应强烈。如何做好汽车维修行业喷漆挥发性有机物的治理，本人结合日常工作经验和相关技术方法进行探讨。
一、汽车维修喷漆挥发性有机物挥发量计算和源强分析
汽车维修喷漆使用的涂料，在我国目前主要采用油性涂料，平均有机溶剂的使用量约占涂料总量的50%左右，不同的油漆有机溶剂差别较大，较大的为硝基漆类、氨基树脂漆类、丙烯酸类等，较小的为聚氨树脂类、酚醛树脂类、环氧树脂类等。
汽车维修喷漆、补漆和烘干的主要污染工序在中涂和面涂喷漆，根据喷漆方式有不同，分自动静电喷涂和人工喷涂，自动静电喷涂具有相应的涂料利用率高。为了达到良好的喷涂效果，喷漆室必须进行强制通风，及时排出漆雾和VOCs。通风量因喷漆工艺、涂料种类（如固体份、溶剂含量）和涂料使用量等因素不同，需要及时调整通风量，通常手工喷漆、自动静电涂装所需的垂直截面风速分别为0.45～0.5、0.25～0.3m/s，所以一个简单的5m长的小客车喷漆室在整车喷漆时排风量约为4×5×0.45×3600=40500m3/h），但车辆局部维修涂装废气排放量相对较小。喷漆是产生VOCs的主要工艺，也是当前VOCs治理的薄弱环节，应重点控制。烘干是喷漆、电泳之后的工序，烘干室通风量较小，一般在2000～10000m3/h。喷漆过程各阶段有机溶剂的挥发系数不同，有机气态污染物主要产生于：电泳底漆、中涂和面漆的喷涂及烘干过程和塑料件加工的涂漆工序。在中涂和面漆喷漆过程中，大约80%左右的VOCs是在喷漆室和流平室排放，20%左右的VOCs随车身涂膜在烘干室中排放，当然由于涂料的类别，不同阶段的挥发系数落有变化。整车涂装废气的特点是：大风量，中低浓度，车辆维修涂装相对风量和浓度较小。
二、汽车维修喷涂挥发性有机物的治理工艺技术选择
（一）末端治理技术分类
有机废气的末端治理技术主要有两类：一类是回收法，主要包括吸附法、吸收法和冷凝法等；另一类是破坏法，主要包括催化燃烧、热力焚烧技术、生物氧化、等离子体分解法、紫外光高级氧化技术等。
（二）活性炭吸附和紫外光高级氧化技术的优缺点和影响因素。
1、活性炭吸附法优缺点和影响因素
活性炭吸附法吸附有机气体是依靠活性炭高度发达的微孔结构和很大的比表面积（700-1500m2/g），由表面效应所产生的吸附作用来完成吸附。活性炭可吸附的有机物种类多，吸附容量大，并在水蒸气存在下也可对混合气中的有机组份进行选择性吸附，通常分子量越大吸附能力越强、效率越高。
进气的初始浓度越高，穿透点时间和完全饱和时间越短；汽车维修废气为多组分有机气体共存气体，活性炭吸附时会发生相互作用和竞争效应，吸附能力强的有机废气置换吸附能力弱的有机废气，从而形成部分污染因子在局部的浓度高于进气浓度的现象，同比单组分有机废气，活性炭吸附多组分有机气体的效率会下降，就是因为该效应造成的。此外，温度、流量、吸附剂填充密度等也是重要的影响因素。基于活性炭的以上特点，在利用活性炭吸附法处理汽车喷漆有机废气时，要加强漆雾的预处理，除去漆雾中的颗粒物和液滴。由于汽车喷漆有机废气的多组分性，使得竞争效应产生，从而使一部分组分在局部形成浓度高于进气浓度的现象，因此为保障废气治理的效果应在多级活性炭吸附后，利用破坏法对外排气体进行进一步消除。由于活性碳的透点时间和完成饱和的时间是有限的，因此应严格按照维修企业的油漆和有机溶剂的使用量核定活性炭的使用量和更换周期。
2、紫外光高级氧化法处理有机废气的原理和影响因素
紫外光高级氧化法是基于催化剂在紫外光线的照射下，以光为能量，将有机物降解为CO2和H2O及其它无毒无害成份。通常采用的催化剂为半导体材料包括TiO2、ZnO、Fe2O3、CdS、WO3等，其中TiO2是目前公认的比较好的光催化剂，反应效率比较高的是纳米级TiO2催化剂,紫外光高级氧化法基本原理是在半导体光催化氧化反应中，通过紫外光直接照射有机废气使大分子有机物废气的化学键断裂，在此基础上，在通过紫外光照射在纳米TiO2催化剂上，纳米TiO2催化剂吸收光能产生电子跃进和空穴跃进，经过进一步的结合产生电子-空穴对，与废气表面吸附的水份（H2O）和氧气（O2）反应生成氧化性很活波的羟基自由基（OH-）和超氧离子自由基（O2-、0-）进一步再与化学键已经断裂的有机废气反应，生成二氧化碳和水等。由于该方法是基于紫外光能和生成的羟基自由基（OH-）和超氧离子自由基（O2-、0-）反应能与有机废气发生反应，因此对于键能较高的有机废气，紫外光高级氧化法是无能为力的，同时由于部分高分子有机废气每个键能大小不一，因此在紫外光高级氧化法的作用下会产生更多的其他物质，造成副产物较多。加上催化剂的有效性时限性有限，后期的净化效率较低。因此应定期维护。
（三）工艺技术选择
根据汽车维修行业特点分析，大部分汽车维修企业喷漆作业不连续、属于无规律间断性进行喷漆作业，汽车维修企业挥发性有机废气一般属于中低浓度，又无回收利用价值。因此为便于管理和实现挥发性有机物的持续有效减排，笔者认为应根据具体的汽车维修企业的生产规模选择性的采用废气净化技术。具体选择如下：对于年使用油性漆2吨及以上的（含稀释剂）建议采用催化燃烧技术或吸附浓缩燃烧技术；对于年使用油性漆1吨以上2吨以下的（含稀释剂）建议采用预处理+活性炭吸附+紫外光高级氧化组合技术或者采用预处理+活性炭吸附+生物技术组合或预处理+活性炭吸附+等离子体技术组合；对于年使用油性漆1吨以下（含稀释剂）的汽车维修喷漆企业，在采用以上技术确有困难的、又能保证达标排放的情况下可采用预处理+活性炭吸附；预处理系统一般采用过滤棉+精过滤的方式，该预处理方式可有效去除漆雾和细粉尘；带有＂预处理+活性炭吸附＂处理工艺的要根据实际使用的油漆量（含稀释剂）核算吸附棉、活性炭的使用量和更换周期，并按危险废物的管理要求进行管理。
鉴于活性炭吸附法和紫外光高级氧化法的优缺点和影响因素，如果两者合理组合可以实现优缺点互补，对于处理中小型汽车维修喷漆有机挥发性废气将会起到很好的效果。因汽车维修喷漆行业绝大部分年使用油性漆量都2吨以下（含稀释剂），“预处理+活性炭吸附+紫外光高级氧化组合技术”将可作为汽车维修喷漆行业挥发性有机废气治理优选技术。
结束语
汽车维修喷漆挥发性有机废气（VOCs）的污染控制技术包括源头控制和末端治理两类。在源头控制方面，首先要使用环境标志产品认证的环保型涂料和稀释剂，从而减少强毒性VOCs的使用，其次是改良喷涂工艺，不露天喷涂，如实记录油漆和稀释剂的使用情况。在末端治理方面，根据不同汽修企业的油漆和稀释剂的使用量科学选择治理技术。在加强预处理的基础上进行多技术组合，形成技术优缺点互补的联合技术，可使汽修企业外排挥发性有机废气稳定达标排放，实现挥发性有机废气持续减排。
参考文献
1、王纯张殿印<废气处理工程技术手册>北京：化学工业出版社，2015
2、张伟亮.汽车涂装VOC处理新技术[J].汽车工艺与材料，2013（11）：27.
3、挥发性有机物（VOCs）污染防治技术政策(环保部公告2013年第31号2013-05-24实施)

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