随着汽车的需求量的增长,江苏省汽车产业将继续保持高增长率。汽车制造业表面涂装过程中产生的挥发性有机物,是对流层臭氧(O3)和二次有机气溶胶(SOA)的重要前体物,也是增加大气氧化性的主要因素。同时,该行业排放的苯系物等有毒有害VOCs对人体健康造成严重的损害。
汽车制造业涂料用量大,VOCs成分复杂,排放强度大,是VOCs污染控制的重点。北京市、上海市、珠三角地区均开展了典型汽车涂装企业VOCs排放成分测试,获取了部分源谱信息。美国、欧洲等发达国家以及台湾、香港、北京、上海、广州等地根据排放特征先后制定了一系列VOCs污染防治措施,包括涂料中VOCs限值、汽车涂装VOCs排放标准、污染治理技术指引等。
目前,国内针对汽车涂装行业基于VOCs排放特征研究污染控制措施的研究较少。本研究将深入分析汽车涂装行业VOCs排放特征,识别VOCs关键组分,总结污染控制最佳适用技术,为制定基于改善空气质量为目标的汽车涂装行业VOCs控制策略提供科学可靠的技术支撑。
1研究方法
选取江苏省不同车型(轿车、客车)的典型企业开展VOCs全过程排放特征调查,筛选关键排放环节,开展源排放特征与最佳适用技术研究。
1.1单位涂装面积VOCs排放量估算
利用物料平衡法计算各车型单位涂装面积VOCs排放量,了解不同车型单位面积VOCs排放总量特征,计算方式如式(1):
式中E为单位涂装面积VOCs排放总量,g/m2;I为各涂装单元每月使用涂料、稀释剂、密封胶及清洗溶剂中VOCs的量,kg/月;O1为每月回收VOCs的量(可再利用或进行废物处置),kg/月;O2为每月污染控制设备破坏掉的VOCs的量,kg/月;A为每月底涂面积,指车体底涂之总面积,计算机辅助设计系统设计的车身本体面积,m2/月。
1.2源排放测试
采用源排放测试了解企业排气筒VOCs排放浓度水平与物种组成。企业类别、废气处理设施与采样情况如表1所示,包括采用不同尾气处理措施的两家小轿车生产企业,以及1家轻型客车生产企业,重点针对排放量大的喷漆室和烘干室进行采样测试,采样频次每天3次,共2天,样品通过烟囱采集。源排放样品的测定采用固体吸附/热脱附-气相色谱法,用填充聚2,6-二苯基对苯醚(Tenax)采样管,在常温条件下,富集环境空气或室内空气中的挥发性有机物,对于温度较高的排气筒采样管连入热脱附仪,加热后将吸附成分导入带有氢火焰离子化检测器(FID)的气相色谱仪进行分析。
表1VOCs采样企业情况
2结果分析与讨论
2.1涂装工艺与排污环节
江苏省轿车生产企业大部分采用电泳底漆、中涂、面漆传统3层涂层体系,其底漆采用水性环氧树脂阴极电泳底漆,基本不含有机溶剂,中涂和面漆主要使用氨酯漆、丙烯酸漆和聚酯漆等涂料,有机溶剂含量较高,使用量占50%以上。为减低VOCs排放,已有两家企业率先采用了水性免中涂工艺,使单位涂装面积的VOCs排放量从50-90g/m2降至小于25g/m2,对于削减VOCs排放量效果显著。客车和微、轻型货车表面涂装对锈蚀防护、抗石击、耐候性和紫外线隔离性能的要求相对较低,故其普遍采用2C2B涂层体系省略了中涂层。目前,省内客车和微、轻型货车生产企业在底漆喷涂上基本实现了电泳喷涂,而面漆喷涂主要依据客户需求,利用人工喷涂的方式进行。根据典型企业调查结果,涂料中含VOCs组分主要包括甲乙酮、间,对-二甲苯、乙苯、甲苯、异丙醇、乙酸乙酯、丙酮、邻-二甲苯、甲基异丁基酮、1,2,4-三甲苯、1,3,5-三甲苯、苯、苯乙烯以及正丁醇、异丁醇和乙酸丁酯。
汽车涂装工艺过程中VOCs主要产生于:中涂和面漆的喷涂及烘干过程和塑料件加工的涂漆工序。车身密封和喷防护蜡两个步骤中由于PVC和防护蜡中的VOCs含量相对较少,不是主要的排污环节。车身涂装产生的有机废气具有大风量、中低浓度的特点。(1)喷漆室:喷漆室排放废气中主要有害成分为喷漆过程中挥发的有机溶剂。喷漆室的排风量很大,排放废气中的有机物总浓度很低,通常在100mg/m3以下。另外,喷漆室的排气中经常还含有少量未处理完全的漆雾。特别是干式漆雾捕集喷漆室,排气中漆雾较多。(2)烘干室:烘干废气的成分比较复杂,除有机溶剂本身的成分外,还包含热分解生成物和反应生成物。电泳涂料虽然属于水性涂料,但其烘干气中仍含有较多的有机成分。除电泳涂料本身含有少量的醇醚类有机物外,还包含烘干过程中的热分解生成物(如醛酮类小分子)。电泳烘干废气中的总有机物浓度一般在500-1000mg/m3,比溶剂型涂料的烘干废气低一些。(3)固废储存地:废油漆桶以及漆雾收集后产生的漆渣如不能及时处理,常产生有机废气。
2.2单位涂装面积排放总量
通过物料衡算法计算的单位面积VOCs排放总量结果如表2所示,不同车型的单位涂装面积VOCs排放情况有较大差异,小轿车由于涂装车间密闭设施好,涂料用量相对较低,单位涂装面积的VOCs排放量低,在40-60g/m2之间,而客货车特别是大客车采用人工喷涂,车间密闭等污染控制措施较为薄弱,排放量达到300g/m2以上。
表2江苏省典型汽车涂装企业单位涂装面积VOC排放总量