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我國是世界第一大汽車消費國,汽車生產(chǎn)中帶來的污染也越來越嚴(yán)重。汽車表面涂裝過程使用大量涂料、有機(jī)溶劑,是重要的VOCs排放源,這些有機(jī)溶劑主要含甲苯、二甲苯、丙酮等。根據(jù)我國《關(guān)于推進(jìn)大氣污染物聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導(dǎo)意見》,VOCs已納入大氣聯(lián)防聯(lián)控重點污染物。然而我國目前對汽車行業(yè)VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)的制定與實施相對滯后,缺乏專門針對汽車表面涂裝作業(yè)VOCs排放的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。對汽車行業(yè)VOCs產(chǎn)生量及排放量的計算工作,必將成為企業(yè)污染物達(dá)標(biāo)管理的一項重要工作。
1、傳統(tǒng)汽車行業(yè)涂裝工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)
汽車行業(yè)涂裝車間生產(chǎn)工藝及VOCs產(chǎn)污環(huán)節(jié):白車身→脫脂→表調(diào)→磷化→陰極電泳(無組織排放)→電泳烘干(排氣筒排放)→強冷→粗密封(無組織排放)→底板防護(hù)→細(xì)密封(無組織排放)→PVC烘干(排氣筒排放)→強冷→電泳打磨→中涂人工擦凈→鴕鳥毛自動擦凈機(jī)擦凈→人工噴中涂(內(nèi)腔)→自動涂裝機(jī)噴中涂(部分排氣筒排放,部分無組織排放)→晾干→中涂烘干(焚燒排放)→中涂強冷→中涂打磨→面漆擦凈→鴕鳥毛自動擦凈機(jī)擦凈→人工噴色漆(內(nèi)腔)(排氣筒排放)→晾干→自動涂裝機(jī)噴色涂(部分排氣筒排放,部分無組織排放)→空氣站自動噴金屬漆(部分排氣筒排放,部分無組織排放)→晾干→自動涂裝機(jī)噴罩光漆(部分排氣筒排放,部分無組織排放)→檢查補漆→面漆烘干(焚燒排放)→面漆強冷→修飾→檢查→裝飾→總裝。
2、計算汽車行業(yè)涂裝VOCs產(chǎn)生及排放量所需資料
企業(yè)經(jīng)營者應(yīng)每月記錄用于汽車制造涂裝生產(chǎn)線單位涂裝面積的VOCs排放量和產(chǎn)生量核算中的數(shù)據(jù)資料。具體數(shù)據(jù)包括:1)含揮發(fā)性有機(jī)物的原料名稱;2)每月原料的使用量;3)原料中揮發(fā)性有機(jī)物的含量;4)每月含揮發(fā)性有機(jī)物原料的回收量;5)污染控制設(shè)備去除的揮發(fā)性有機(jī)物量;6)每月汽車涂覆總面積;7)企業(yè)年度或定期環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)。
3、總物料平衡法計算VOCs產(chǎn)生量和排放量
根據(jù)收集各涂裝車間提供原材料用量、有機(jī)溶劑含量以及車型涂覆面積、產(chǎn)量、工況等數(shù)據(jù),對VOCs的產(chǎn)生量進(jìn)行核實。按照國家清潔生產(chǎn)涂裝行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn),計算公式:有機(jī)溶劑產(chǎn)生量=有機(jī)溶劑揮發(fā)量(g/a)/涂覆總生產(chǎn)面積(m2/a)。
其中有機(jī)溶劑揮發(fā)量可以通過涂裝車間的漆料中固體含量和有機(jī)溶劑的含量計算出實際的揮發(fā)量,包含電泳漆、膠、蠟溶劑、油漆溶劑、稀釋劑等;涂覆面積=各車型涂覆面積×車型產(chǎn)量。各車型的涂覆面積可根據(jù)車型研發(fā)相關(guān)參數(shù)給出,或近似用車型的底涂面積=2×鋼板凈質(zhì)量(kg)/(鋼板原始厚度(m)×鋼板密度(kg/m3))。此計算出的揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生量會含甲苯、二甲苯。
在工藝及VOCs產(chǎn)生環(huán)節(jié)流程中,中涂烘干產(chǎn)生的VOCs煙囪排放到大氣中。無組織排放中,主要為蒸發(fā)和廢水及漆渣中揮發(fā)少量的VOCs,而無組織排放的這部分VOCs計算難度過大,且量少,同時在涂裝室內(nèi)無組織排放的VOCs最終通過車間內(nèi)通排風(fēng)設(shè)備排放至大氣。所以在計算VOCs實際排放量時,不區(qū)分有組織和無組織,計算排放量可用如下公式:
VOCs排放量=產(chǎn)生量-中涂和面漆的處理量-廢溶劑回收量。
實際計算中,可將廢溶劑回收中的VOCs量直接在VOCs總產(chǎn)生量中減去,得出去除溶劑回收的VOCs產(chǎn)生量。
其中中涂、面漆處理量=焚燒處理效率(99%)×進(jìn)入焚燒處理設(shè)備的VOCs量(30%)×(中涂漆料中有機(jī)溶劑含量+面漆漆料中有機(jī)溶劑含量)/涂覆總面積。
4、物料衡算法及類比法相結(jié)合計算VOCs的產(chǎn)生量和排放量
在用有毒有害元素物料衡算法計算VOCs的產(chǎn)生量和排放量過程中,同樣需要收集涂裝車間漆料及溶劑的使用量,及其成分和含量。按照國內(nèi)同工藝類比及無組織揮發(fā)特性,計算各環(huán)節(jié)VOCs的產(chǎn)生及排放量。此計算可簡化成中涂、面漆工段和前處理、電泳、PVC工段兩塊分別進(jìn)行分析計算。
圖1~2為筆者模擬采用此方法實際計算的情況。中涂、面漆烘干工段VOCs產(chǎn)生及排放物料平衡圖見圖1。前處理、電泳、PVC工段VOCs產(chǎn)生及排放平衡圖見圖2。
中涂、面涂的漆料分成固體分和有機(jī)溶劑2部分,其中固體分主要隨車身附著和漆霧(凈化措施),有機(jī)溶劑主要含非甲烷總烴和二甲苯。VOCs主要產(chǎn)生于噴漆室、晾干室和烘干室。在噴漆室內(nèi)會有約50%的VOCs產(chǎn)生,最后存在于漆渣、煙囪排放,會有約9%的揮發(fā)性有機(jī)物入水相。烘干室也會產(chǎn)生30%~40%的VOCs,并且烘干室的VOCs會進(jìn)行焚燒處理,處理效率一般在98%以上,焚燒后產(chǎn)生二氧化碳和水。在烘干室和噴漆室會產(chǎn)生約此處總量2%的無組織逸散排放。
前處理、電泳、PVC工段的VOCs產(chǎn)生與中涂、面漆工段基本一致,但一般在PVC烘干工段無尾氣焚燒處理設(shè)施,如果有尾氣焚燒處理設(shè)施,應(yīng)進(jìn)行計算去除效率。
計算出的排放量除以總涂覆面積后,即可得出單位涂覆面積的VOCs實際排放量。
5、實測及反推法計算排放量及產(chǎn)生量
上述2種方法,由于資料或類比假設(shè)與實際生產(chǎn)中的不一致,可能產(chǎn)生較大誤差,為了驗證上述方法計算出的VOCs產(chǎn)生量及排放量的準(zhǔn)確性,可對各工序的VOCs有組織和無組織排放進(jìn)行實際監(jiān)測,在校核實際工況及實際狀況的情況下,比較多種數(shù)據(jù)的一致性,分析差異,找出原因,進(jìn)一步提高計算精度。例如:某公司2014年年度委托環(huán)保部門監(jiān)測數(shù)據(jù),非甲烷總烴在PVC、電泳、中涂、面漆各排氣筒中排放總和為26.082kg/h。按照250d,三班24h生產(chǎn),計算出VOCs=156492000g/a,取涂裝車間2014年全年平均涂覆面積為14386497m2,計算出VOCs=11g/m2。對計算出的總揮發(fā)性有機(jī)物以及過程中各工段的揮發(fā)性有機(jī)物,與上述2種方法計算出的量進(jìn)行對比分析,根據(jù)實際情況進(jìn)行局部調(diào)整,驗證3種方法計算出的數(shù)值的符合性。由于涂覆面積、工時、工況、監(jiān)測數(shù)據(jù)都存在不準(zhǔn)確因素,且VOCs揮發(fā)性高,在生產(chǎn)過程中無組織的蒸發(fā)、廢水廢渣中均會彌散VOCs,而這部分的VOCs在本次監(jiān)測中未做監(jiān)測,故按照實測數(shù)據(jù)計算出的VOCs排放量會小于實際量。
6、結(jié)語
通過幾種方法的相互驗證,相互比較,分析差異及其原因,反復(fù)論證,應(yīng)能得出較準(zhǔn)確的VOCs產(chǎn)生和排放數(shù)據(jù)。