汽車車身噴漆廢氣的排放分析及處理措施
摘要：根據(jù)GB 16297—1996 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)汽車車身噴漆產(chǎn)生的甲苯、二甲苯和非甲烷總烴及過噴漆霧等的排放量要達(dá)到限值要求。需對(duì)其噴漆、流平和烘干工序產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行分析。烘干室采用直接燃燒法處理，凈化效率達(dá) 98％以上，易達(dá)標(biāo)；在噴漆排放的VOC 中，由于是采用大風(fēng)量稀釋，所以排放濃度不超標(biāo)，但排放速率隨著產(chǎn)量的增加而加大，一般可用二甲苯計(jì)算排放速率確定排氣筒高度。
汽車涂裝車間要對(duì)工件進(jìn)行漆前處理、電泳和噴漆。涂漆工序包括噴漆、流平和烘干，在這些工序中會(huì)產(chǎn)生有機(jī)廢氣（VOC）及過噴漆霧，在噴漆室處理過噴漆霧裝置的循環(huán)水系統(tǒng)中要添加絮凝劑，使廢氣及過噴漆霧與循環(huán)水充分接觸，形成廢漆渣，循環(huán)水要進(jìn)行漆渣處理，還要定期排放循環(huán)水。根據(jù)GB 16297—1996 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)噴漆產(chǎn)生的甲苯、二甲苯和非甲烷總烴及過噴漆霧（顆粒物）等的排放量要達(dá)到限值要求。本文以某種車型的轎車為例對(duì)其噴漆、流平和烘干工
序產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行分析并簡要說明處理措施。
1 分析條件及數(shù)據(jù)
a. 確定年生產(chǎn)量、全年工作日、幾班制生產(chǎn)、設(shè)備利用率、每小時(shí)涂裝生產(chǎn)能力。本文以15 輛/h 為例。
b. 確定涂漆種類。本例中有50％的車身面漆采用金屬閃光漆，即面漆包括金屬底色漆（BC）及罩光漆(CC)，另50％采用本色漆。采用聚酯中涂漆、金屬閃光漆為丙烯酸聚酯金屬底色漆和丙烯酸罩光漆；本色漆為丙烯酸漆。中涂層膜厚為35μm , BC 15μm /CC 35μm, 本色漆40μm。
c. 確定工藝方案。本例中涂和面漆的噴漆、流平和烘干共用一條生產(chǎn)線，因此該線的車身通過能力為30 輛/h。為滿足個(gè)性化的需求，還設(shè)計(jì)了一條多功能噴漆線，可對(duì)20％的車身進(jìn)行套色和對(duì)20 ％的車身進(jìn)行返修。
d. 確定VOC 排氣筒的位置及數(shù)量。根據(jù)GB 16297—1996 規(guī)定：
（1）新污染源的排氣筒一般不應(yīng)低于15m。若某新污染源的排氣筒必須低于15m 時(shí)，其排放速率標(biāo)準(zhǔn)值按外推法的計(jì)算結(jié)果再嚴(yán)格50％執(zhí)行。
（2）兩個(gè)排放相同污染物的排氣筒，若距離小于其幾何高度之和，應(yīng)合并視為一根等效排氣筒。若有3 根以上的近距排氣筒，且排放同一種污染物時(shí)，應(yīng)以前2 根的等效排氣筒依次與第3、4 根排氣筒取等效值。
（3）本標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定排氣筒高度除須遵守排放標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)高出周圍200m 半徑范圍的建筑5m 以上，不能達(dá)到該要求的排氣筒，因按其高度對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)排放速率值嚴(yán)格50％執(zhí)行。
本例中涂/面漆噴漆室及流平室和多功能噴漆室及流平室共設(shè)一個(gè)排氣塔。中涂/面漆烘干室及多功能烘干室各設(shè)一個(gè)排氣筒？紤]2 個(gè)烘干室排氣筒距離小于其幾何高度之和，所以合并視為一根等效排氣筒，而等效排氣筒排放速率按上述排放標(biāo)準(zhǔn)附錄A規(guī)定應(yīng)為2 個(gè)烘干室排氣筒污染物排放速率之和。所以，本例將2 個(gè)烘干室合并一起計(jì)算廢氣排放速率及濃度；噴漆排氣塔與烘干室的距離將不小于其幾何高度之和，所以不必按等效排氣筒考慮。
e. 確定噴涂方法。本例車身外表面采用自動(dòng)靜電噴漆，除噴涂第2 道金屬底色漆時(shí)采用空氣槍噴涂外，其余均采用靜電渦輪杯噴涂；車身內(nèi)表面噴漆及自動(dòng)噴漆后的檢查、補(bǔ)漆工位及多功能噴漆線采用手工噴漆。因此，油漆的平均涂著率按75％計(jì)算，即有25%的過噴漆霧需要處理。
f. 確定涂料品種、用量及工作漆中各種VOC 的含量。本例采用某油漆廠生產(chǎn)的有機(jī)溶劑型中涂漆和面漆（考慮到返修及套色用量），油漆廠提供的原漆由固體分和溶劑等組成，噴漆時(shí)所用工作漆中要另外加入稀釋劑。其產(chǎn)生有排放限值要求的廢氣為二甲苯、甲苯、非甲烷總烴及過噴漆霧（顆粒物）。本例每輛車各種油漆用量及其工作漆中溶劑、固體分和稀釋劑含量見表1。
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表 2 中的芳香烴不含苯，其中甲苯含量小于10% （本例按10%估算），二甲苯已單獨(dú)列出。非甲烷總烴為二甲苯和芳香烴的總合。
2 噴漆室、流平室及烘干室有機(jī)廢氣的產(chǎn)生量分析
2.1 估算出每輛車所用工作漆中固體分及VOC 的含量
2.2 確定每小時(shí)產(chǎn)生廢氣最多的工況
根據(jù)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最高允許排放濃度是指處理設(shè)施后排氣筒中污染物任何1h 濃度平均值不得超過的限值；最高允許排放速率是指一定高度的排氣筒任何1h 排放污染物的質(zhì)量不得超過的限值。因此要確定每小時(shí)產(chǎn)生廢氣最多的工況。在本例中車身噴中涂前設(shè)有儲(chǔ)存線，車身中涂后設(shè)有車身顏色編組站，可使中涂/面漆線對(duì)車身噴中涂和面漆時(shí)，相對(duì)集中地噴一類漆，減少換漆次數(shù)，節(jié)省用漆，節(jié)省清洗噴具用有機(jī)溶劑，有利于環(huán)保。因此，可能有以下幾種工況。
a 某1 小時(shí)內(nèi)對(duì)30 輛車身全部噴中涂漆；
b 某1 小時(shí)內(nèi)對(duì)30 輛車身全部噴涂面漆，有以下2 種情況：
(1) 全部噴涂金屬閃光漆，即金屬底色漆及罩光漆；
(2) 全部噴涂單色漆。
經(jīng)對(duì)上述各種工況進(jìn)行分析后，以全部噴涂金屬閃光漆每小時(shí)所用工作漆中含VOC 的總量最大；且在噴漆室、流平室及烘干室產(chǎn)生的二甲苯、甲苯及非甲烷總烴的廢氣量也最大；噴漆室產(chǎn)生過噴漆霧的固體分（顆粒物為18.17 kg/h，過噴漆霧中的有機(jī)溶劑已經(jīng)單獨(dú)計(jì)算）也最大，其值見表4、表5。
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2.3 確定在噴漆室、流平室及烘干室產(chǎn)生有機(jī)廢氣的比例
本例在噴漆室、流平室及烘干室產(chǎn)生VOC 的比例見表6。
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2.4 確定在噴漆室、流平室及烘干室各種VOC 的產(chǎn)生量
噴金屬底色漆及罩光漆時(shí)，噴漆室廢氣及過噴漆霧和一半的流平室廢氣經(jīng)噴漆室底部水循環(huán)系統(tǒng)絮凝處理后，其中二甲苯及芳香烴可吸收 5％（被包裹在漆渣中），酯、酮、醚、醇等類可吸收13％（部分溶解在水中，部分被包裹在漆渣中）；過噴漆霧中的油漆固體分與噴漆室底部水充分接觸，其漆霧被加入絮凝劑的水充分吸收形成漆渣，其凈化效率在95％以上，故排放的過噴漆霧很少，且風(fēng)量很大，故可忽略不計(jì)；流平室另一半廢氣與噴漆室廢氣合并成一個(gè)排氣塔大風(fēng)量、低濃度高空排放；烘干室采用直接燃燒法處理，凈化效率達(dá)98％以上。經(jīng)以上處理后，噴漆室、流平室及烘干室每小時(shí)各自產(chǎn)生和排放的 VOC 量見表7。
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3 確定噴漆室、流平室及烘干室VOC 排氣筒的高度
3.1 確定相關(guān)VOC 排氣筒每小時(shí)的排放速率和排放濃度
首先要確定各排放廢氣設(shè)備組合后的排氣筒排氣量。噴漆室、流平室設(shè)置1 個(gè)總排風(fēng)塔，烘干室單獨(dú)設(shè)排氣筒，根據(jù)其排氣量確定各自二甲苯、甲苯、非甲烷總烴的排放速率和排放濃度見表8。
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4 確定排氣筒高度
通常新建汽車廠位于一般工業(yè)區(qū)，環(huán)境空氣質(zhì)量功能分類為二類（見 GB 3095—1996 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）。按GB 16297—1996 規(guī)定：
a. 位于二類區(qū)的污染源（包括新建、擴(kuò)建、改建）執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即本標(biāo)準(zhǔn)表2 所列標(biāo)準(zhǔn)值；
b. 任何一個(gè)排氣筒必須同時(shí)遵守最高允許排放濃度和最高允許排放速率限值的要求。
本例烘干室排氣筒高度為15m，即可滿足該標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)規(guī)定的要求；而噴漆室和流平室的廢氣因用大風(fēng)量稀釋，所以排氣濃度并不高，但二甲苯、甲苯及非甲烷總烴的排放速率較高。按該標(biāo)準(zhǔn)排風(fēng)塔高度為40m 可滿足排放標(biāo)準(zhǔn)（見表9）要求。
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5 需要說明的問題
a. 采用先進(jìn)的涂裝工藝，中涂、面漆以靜電旋杯噴涂為主，由機(jī)械人自動(dòng)仿形，出漆量及噴涂圖形根據(jù)車身不同位置調(diào)整到最佳狀態(tài)，可使油漆利用率提高到90%以上，因此可大大減少油漆用量，從而減少有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境的污染。
中涂、面漆采用水性漆是從根本上解決噴漆對(duì)環(huán)境污染的有效措施, 特別是金屬底色漆對(duì) VOC 排放的貢獻(xiàn)高達(dá)50%左右。
b. 在進(jìn)行噴漆過程中白車身涂漆面積、涂層厚度、用漆品種、涂裝工藝方法都會(huì)對(duì)排放數(shù)據(jù)造成影響，關(guān)鍵是涂裝工藝方法，這直接影響油漆利用率，影響有機(jī)溶劑排放量，因此應(yīng)規(guī)模化生產(chǎn)，提高噴漆的自動(dòng)化程度。在產(chǎn)量較低時(shí)，可采用手工靜電噴漆。采用自動(dòng)控溫的集中供漆系統(tǒng)及盡量減少換漆次數(shù)、在高潔凈環(huán)境中噴漆等都是行之有效的措施。
c. 烘干室采用直接燃燒法處理，凈化效率達(dá) 98％以上，易達(dá)標(biāo)；在噴漆排放的VOC 中，由于是采用大風(fēng)量稀釋，所以排放濃度不會(huì)超標(biāo)，而排放速率隨著產(chǎn)量的增加而加大。對(duì)汽車涂裝所用漆中各種溶劑的量，二甲苯相對(duì)較多，而且限值要求嚴(yán)格，通常作為特征污染物應(yīng)予考核，一般可用二甲苯計(jì)算排放速率確定排氣筒高度，同時(shí)要考慮一些不確定因素的影響而適當(dāng)加大排氣筒的高度。
d. 水循環(huán)系統(tǒng)及漆渣處理裝置會(huì)有少量有機(jī)溶劑外溢，這屬于無組織排放，要采取局部通風(fēng)措施。
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