噴漆廢氣和廢漆渣的估算及處理措施

噴漆廢氣和廢漆渣的估算及處理措施Themanuscriptwasrevisedontheeveningof2021噴漆廢氣和廢漆渣的估算及處理措施張禾（中國汽車技術(shù)研究中心.天津300162）摘要：汽車涂裝車間涂漆包括噴漆、流平和烘干工序，在這些工序中會(huì)產(chǎn)生有機(jī)廢氣、過噴漆霧及漆渣。需要根據(jù)年產(chǎn)量、油漆品種和油漆用量、涂裝設(shè)備和涂裝方法確定噴漆室、流平室和烘干室的有機(jī)廢氣產(chǎn)生和排放量，根據(jù)GB16297一1996大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)確定排氣筒高度。通過采用先進(jìn)的涂裝工藝，中涂、面漆以靜電旋轉(zhuǎn)杯噴涂為主，由機(jī)器人自動(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).使油漆利用率提高到90%以上，從而減少有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境的污染。中涂、面漆線若采用水性漆，則可從根本上解決噴漆對(duì)環(huán)境的污染。關(guān)鍵詞：噴漆；廢氣：廢漆渣；估算汽車涂裝車間要對(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)GB16297-1996大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)噴漆中產(chǎn)生的甲苯、二甲苯和非甲烷總烴及顆粒物（TSP）等有排放限值要求，現(xiàn)以某種車型的轎車為例對(duì)其噴漆、流平和烘干工序產(chǎn)生的廢氣及廢漆渣進(jìn)行估算并簡要說明處理措施。1估算條件年生產(chǎn)某型轎車5萬輛。根據(jù)JBJ/T2一2000機(jī)械工廠年時(shí)基數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，全年工作日251天，2班制生產(chǎn)，設(shè)備年時(shí)基數(shù)為378Oh。設(shè)備利用率為90%，設(shè)備生產(chǎn)能力要保證完成輛/h白車身的涂裝能力，現(xiàn)按15輛/h進(jìn)行估算。該種轎車中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。采用聚醋中涂漆，金屬閃光漆為丙烯酸聚醋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35um,BC15um/CC35um,本色漆40um。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。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，根據(jù)GB16297-1996規(guī)定，a.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)值應(yīng)該再嚴(yán)格50%執(zhí)行外推法的計(jì)算結(jié)果。b.2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)合并視為一個(gè)等效排氣筒。若有3個(gè)以上的近距離排氣筒，且排放同一種污染物時(shí)，應(yīng)以前2個(gè)的等效排氣筒依次與第3、4個(gè)排氣筒取等效值。c.同時(shí)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)比周圍半徑為2O0m范圍內(nèi)的建筑高出5m以上，不能達(dá)到該要求的排氣筒，應(yīng)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。本車間中涂/面漆部分建筑物為2層，局部還有3層（空調(diào)及通風(fēng)裝置），建筑高度近24m，這也是周圍半徑為2OOm范圍內(nèi)的最高的建筑，烘干室排氣筒最低高度應(yīng)為29m，考慮2個(gè)烘干室排氣筒距離小于其幾何高度之和，所以合并視為一個(gè)等效排氣筒，而等效排氣筒排放速率按排放標(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濃度之和，所以本次計(jì)算將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。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，其余均采用靜電旋杯噴涂；車身內(nèi)表面噴漆及自動(dòng)噴漆后的檢查、補(bǔ)漆工位采用手工噴漆。因此，油漆的平均涂著率按75%計(jì)算。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）。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。表1每輛車原漆用量和工作漆精釋劑加入的質(zhì)量百分比項(xiàng)目原漆平均用量其中稀釋百分

kg/輛比/%固體分質(zhì)量百分比/%溶劑質(zhì)量百分比/%中涂漆20-30面漆金屬閃光漆金屬底色漆15罩光漆25單色漆15注：為計(jì)算方便，每輛車平均用漆量包括返修及部分車套色用量各種漆溶劑和稀釋劑中各組分的質(zhì)量百分比含量見表2。表2各種漆中溶劑和稀釋劑各組分的質(zhì)量百分比含量%項(xiàng)目二甲苯芳香烴醇醚類酯類其他合計(jì)中涂漆溶釋劑06030100面漆金屬閃金屬底溶劑183815254100光漆色漆稀釋劑0416530罩光漆溶劑0742006100稀釋劑095320單色漆溶劑115618114100稀釋劑0642790芳香烴是分子中含有苯環(huán)的烴類，其中單環(huán)芳烴分子中只含有1個(gè)苯環(huán)，如：苯、甲苯、二甲苯等。表2中各種漆溶劑和稀釋劑芳香烴中基本不含苯，甲苯含量不大于20%，并將二甲苯單獨(dú)列出。非甲烷總烴為二甲苯和芳香烴的總和。2對(duì)噴漆室、流平室及烘干室有機(jī)廢氣產(chǎn)生量的估算

由表1計(jì)算出每輛車所用工作漆中固體分及有機(jī)溶劑的含量見表3。表3每輛車工作漆中固體分及有機(jī)溶劑的含量kg/輛項(xiàng)目固體分量溶劑質(zhì)量稀釋劑質(zhì)量有機(jī)溶劑合計(jì)工作漆質(zhì)量工作漆固體分質(zhì)量含量％中涂漆(1)面漆金屬閃光漆金屬底色漆罩光漆合計(jì)單色漆注：中涂漆中，工作漆加入的稀釋劑按原漆質(zhì)量的30%計(jì)。若按均衡生產(chǎn)計(jì)算lh內(nèi)應(yīng)有15輛車噴中涂、7,5輛車噴金屬閃光漆及罩光漆、7.5輛車噴本色漆。平均每小時(shí)所用工作漆中各種有機(jī)溶劑的總量見表4。表4均衡生產(chǎn)每小時(shí)工作漆中固體分和有機(jī)溶劑的總量kg/h項(xiàng)目產(chǎn)量輛/h原漆用量固體分溶劑稀釋劑有機(jī)溶劑合計(jì)中涂漆1551面漆金屬閃光漆輛/h)金屬底色漆罩光漆24小計(jì)單色漆輛/h)合計(jì)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lh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lh排放污染物的質(zhì)量不得超過的限值。而在設(shè)計(jì)生產(chǎn)線時(shí)，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，這樣可保證中涂/面漆線對(duì)車身噴中涂和面漆時(shí)，可以相對(duì)集中地噴中涂漆或噴一種類型的面漆，這樣換漆次數(shù)可大為減少、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，可能某lh內(nèi)30輛車身全部為噴中涂漆；也可能某lh內(nèi)30輛車身噴涂面漆，a.可能全部噴涂金屬閃光漆，即金屬底色漆及罩光漆；b.也可能某lh全部噴涂本色漆。上述各種工況下，其每小時(shí)所用工作漆中各種有機(jī)溶劑的總量見表5。表5工作漆中固體分和有機(jī)溶劑的總量工況項(xiàng)目產(chǎn)量輛/h原漆用量固體分溶劑稀釋劑有機(jī)溶劑合計(jì)1全部噴中涂漆301022全部噴金屬閃光漆金屬底色漆3081罩光漆3096小計(jì)1773全部噴單色漆30102由表5及表2給出的數(shù)據(jù)可以估算出各種情況下，每小時(shí)所用工作漆中各種有機(jī)溶劑的總量，見表6-8；若按均衡生產(chǎn)計(jì)算每小時(shí)所用工作漆中各種有機(jī)溶劑的總量，詳見表9。表6全部噴中涂各種有機(jī)溶劑的總量（30輛/h）kg/h項(xiàng)目二甲苯芳香烴醇醚類酯類其他合計(jì)

中涂漆溶劑稀釋劑00合計(jì)注：全部噴中涂二甲苯、甲苯及非甲烷總烴的總量分別為、和。表7全部噴金屬閃光漆各種有機(jī)溶劑的總量（30輛/h）kg/h項(xiàng)目二甲苯芳香烴醇醚類酯類其他合計(jì)金屬底色漆溶劑稀釋劑小計(jì)罩光漆溶劑稀釋劑小計(jì)合計(jì)注：全部噴金屬閃光漆二甲苯、甲苯及非甲烷總烴分別為10.94、及。表8全部噴本色漆各種有機(jī)溶劑（30輛/h）kg/h項(xiàng)目二甲苯芳香烴醇醚類酯類其他合計(jì)單色漆溶劑稀釋劑合計(jì)注：全部噴單色漆二甲苯、甲苯及非甲烷總烴分別為、及kg/h。表9按平均用漆估算各種有機(jī)溶劑的總量項(xiàng)目二甲苯芳香烴醇醚類酯類其他合計(jì)

中涂漆溶劑稀釋劑合計(jì)面漆金屬閃光漆輛/h)金屬底色漆溶劑稀釋劑小計(jì)罩光漆溶劑稀釋劑小計(jì)合計(jì)單色漆輛/h)溶劑稀釋劑合計(jì)總計(jì)注：按平均用漆二甲苯、甲苯及非甲烷總烴分別為、及h。將表6-9進(jìn)行比較，可以看出lh內(nèi)全部噴金屬閃光漆，二甲苯、甲苯及非甲烷總烴的產(chǎn)生量最大，分別為、及h,由表5可以看出該工況固體分也最大，為h。因此，可由該工況進(jìn)行計(jì)算有機(jī)廢氣在噴漆室、流平室和烘干室的排放量，確定排氣筒高度。本次設(shè)計(jì)按lh內(nèi)噴漆室、流平室及烘干室有機(jī)廢氣產(chǎn)生量比例分別為60%、10%和30%(編者按：流平室及烘干室有機(jī)廢氣產(chǎn)生量應(yīng)分別為25%、15%)，計(jì)算出各部分的值見表10。表10各室體內(nèi)各種有機(jī)溶劑的產(chǎn)生量kg/h項(xiàng)目二甲苯芳香烴非甲烷總烴合計(jì)醇醚類、酯類其他合計(jì)合計(jì)甲苯醇醚類酯類合計(jì)

噴漆室流平室烘干室合計(jì)由于油漆涂著率為75%，即有x=h的固體分涂著于車身之上，則噴漆室內(nèi)的過噴漆霧中的固體分（顆粒物）為x=kg/h（過噴漆霧中的有機(jī)溶劑已經(jīng)單獨(dú)計(jì)算）。對(duì)噴漆室、流平室及烘干室有機(jī)廢氣排放量的估算噴漆室廢氣及過噴漆霧經(jīng)底部水循環(huán)系統(tǒng)絮凝處理后，其中二甲苯、芳香烴及其他類有機(jī)溶劑可吸收2%（被包裹在漆渣中），酯、酮、醚、醇類可吸收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；流平室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)處理后，噴漆室、流平室及烘干室各自排放的最大有機(jī)廢氣量見表11O表11噴漆宣、流平宣及烘千宣各自凈化排放的有機(jī)廢氣量kg/h設(shè)備名稱有機(jī)廢氣各組分排放量有機(jī)廢氣合計(jì)二甲苯芳香烴非甲烷總烴合計(jì)酯、酮、醚、醇其他合計(jì)甲苯噴漆室高空排放廢氣噴漆室漆渣處理系統(tǒng)（l）噴漆室排放廢氣合計(jì)流平室高空排放廢氣8.31噴漆室、流平室高空排放廢氣合計(jì)烘干室直接燃燒量（2）烘干室高空排放廢氣量（3）烘干室小計(jì)合計(jì)注:（1）進(jìn)入噴漆室漆渣處理系統(tǒng)的有機(jī)廢氣，屬于無組織排放。（2）、（3）廢氣經(jīng)直接燃燒處理后，約98%生成二氧化碳和水與2%廢氣一起排放。各噴漆室、流平室總排風(fēng)量約為900000m3/h,烘干室總排風(fēng)量約16000m3/h，噴漆室和流平室廢氣排風(fēng)塔及烘干室排風(fēng)管二甲苯的排放速率和排放濃度見表12。表12噴漆室和流平室廢氣排風(fēng)塔及烘干室排氣筒VOC的排放速率和排放濃度設(shè)備名稱排放速率/g?h-1排放濃度/mg?m-3二甲苯甲苯非甲烷總烴二甲苯甲苯非甲烷總烴噴漆室、流平室排風(fēng)塔烘干室排風(fēng)此外，每輛車油漆的平均涂著率按75%，即有25%的固體分（最大值kg/h）以過噴漆霧的形式與噴漆室底部的水充分接觸，其漆霧被加入絮凝劑水充分吸收形成漆渣，其凈化效率在95%以上，所以固體分產(chǎn)生漆渣的每小時(shí)最大值（干渣）為x=kg/h（實(shí)際上漆渣中還包括50-80%的水分、少量絮凝劑及被包裹的有機(jī)溶劑），廢氣中固體分最大排放速率為x=h,最大排放濃度為m3/h。本例中，從物料平衡角度進(jìn)行計(jì)算，年生產(chǎn)某型轎車5萬輛，所用漆平均固體分含量為kg/h（見表4），從噴漆排氣塔排放//=kg/h。年漆渣固體分含量（折合成干渣）為xxx50000/15=t/a。要放入指定地點(diǎn)封存，定期交給環(huán)保部門批準(zhǔn)的單位進(jìn)行處理。水循環(huán)系統(tǒng)吸收的有機(jī)溶劑和漆渣中的有機(jī)溶劑均不斷地?fù)]發(fā)，固需要采取局部通風(fēng)措施。4確定排氣筒高度要確定排氣筒高度，首先要了解GB16297-1996大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)值。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GB3095-1996環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))。按GB16297-1996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)，即該標(biāo)準(zhǔn)表2所列標(biāo)準(zhǔn)值，見表13;b一般情況下污染源的設(shè)立日期，應(yīng)以建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告書(表)批準(zhǔn)日期為其設(shè)立日期；c.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。由表13可知烘干室排氣筒高度為15m即可滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求，但根據(jù)本文第1節(jié)c的規(guī)定，烘干室排氣筒高度確定為29m，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，主要是二甲苯、甲苯及非甲烷總烴的排速率較高，分別為、和kg/h，影響最大的是二甲苯，排氣筒高度要介于表13中30-4Om之間，要用GB16297-1996附錄B規(guī)定的內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算，見計(jì)算公式(1)。Q=Qa+(Qa+l—Qa)(h—ha)/(ha+1—ha)(l)式中，Q為某排氣筒最高允許排放速率；Qa為比某排氣筒低的列表限值中的最大值；Qa+l為比某排氣筒高的列表限值中的最小值.h為某排氣筒的幾何高度；ha為比某排氣筒低的列表限值中的最大值，ha+1為比某排氣筒高的列表限值中的最小值。由公式(1)計(jì)算本設(shè)計(jì)項(xiàng)目由二甲苯確定的排氣筒高度為：=+()(h-30)/(40-30)=(h-30)/10h=(m)

即排氣筒高度為34m即可滿足排放要求。表13新污染源大氣污染物排放限值（摘錄）序號(hào)污染物最高允許排放濃度/mg*m-3最高允許排放速率/g?hT無組織排放濃度限值排氣筒高度/m二級(jí)監(jiān)控點(diǎn)濃度/mg?m31苯12152030402甲苯40⑴15周界外濃度最高點(diǎn)20301840303二甲苯7015周界外濃度最高點(diǎn)203040104非甲烷總烴120（使用溶劑汽油或其它混合烴類物質(zhì)）1510周界外濃度最高點(diǎn)20173053401005顆粒物12015周界外濃度最高點(diǎn)203023403950606085注：本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高允許排放速率，新污染源分為二、三級(jí)，按污染源所在的環(huán)境質(zhì)量功能區(qū)分類，一般汽車廠區(qū)位于二級(jí)地區(qū)，其污染源應(yīng)執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，故本表只列出二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。但考慮到一些不確定的因素，如油漆供應(yīng)廠家的不同，不同顏色油漆使用量的變化、噴槍定時(shí)清洗(應(yīng)帶有溶劑回收裝置)和換色清洗、返修量的變化以及可能適當(dāng)提高生產(chǎn)能力，可能造成廢氣排氣量增加，故排風(fēng)塔的高度為40m，不論對(duì)二甲苯、甲苯還是對(duì)非甲烷總烴和顆粒物的排放都能滿足新污染源大氣污染物排放限值要求。如果某排氣筒估算排放速率高于列表限值中的最大值，要計(jì)算排氣筒高度，要用外推法進(jìn)行計(jì)算，如年產(chǎn)10萬輛轎車噴漆總排氣塔高度達(dá)70m以上，70m時(shí)二甲苯的最高允許排放速率為kg/h，詳見計(jì)算公式(2)。Q=Qb(h/hb)2(2)=10(70/40)2=(kg/h)式中，Q為某排氣筒最高允許排放速率；Qb為列表排氣筒最高對(duì)應(yīng)的最高允許排放速率，10kg/h,h為某排氣筒的幾何高度；ha為列表排氣筒最高高度，40mO5需要說明的問題