隨著汽車的需求量的增長，汽車產業將繼續保持高增長率。汽車制造業表面涂裝過程中產生的揮發性有機物，是對流層臭氧(O3)和二次有機氣溶膠(SOA)的重要前體物,也是增加大氣氧化性的主要因素。同時，該行業排放的苯系物等有毒有害VOCs對人體健康造成嚴重的損害。
汽車制造業涂料用量大，VOCs成分復雜，排放強度大，是VOCs污染控制的重點。北京市、上海市、珠三角地區均開展了典型汽車涂裝企業VOCs排放成分測試，獲取了部分源譜信息。美國、歐洲等發達國家以及臺灣、香港、北京、上海、廣州等地根據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、汽車涂裝VOCs排放標準、污染治理技術指引等。
目前，國內針對汽車涂裝行業基于VOCs排放特征研究污染控制措施的研究較少。本研究將深入分析汽車涂裝行業VOCs排放特征，識別VOCs關鍵組分，總結污染控制最佳適用技術，為制定基于改善空氣質量為目標的汽車涂裝行業VOCs控制策略提供科學可靠的技術支撐。
選取不同車型（轎車、客車）的典型企業開展VOCs全過程排放特征調查，篩選關鍵排放環節，開展源排放特征與最佳適用技術研究。
1.1單位涂裝面積VOCs排放量估算
利用物料平衡法計算各車型單位涂裝面積VOCs排放量，了解不同車型單位面積VOCs排放總量特征，計算方式如式（1）：
式（1）
式中E為單位涂裝面積VOCs排放總量，g/m2；I為各涂裝單元每月使用涂料、稀釋劑、密封膠及清洗溶劑中VOCs的量，kg/月；O1為每月回收VOCs的量（可再利用或進行廢物處置），kg/月；O2為每月污染控制設備破壞掉的VOCs的量，kg/月；A為每月底涂面積，指車體底涂之總面積，計算機輔助設計系統設計的車身本體面積，m2/月。
1.2源排放測試
采用源排放測試了解企業排氣筒VOCs排放濃度水平與物種組成。企業類別、廢氣處理設施與采樣情況如表1所示，包括采用不同尾氣處理措施的兩家小轎車生產企業，以及1家輕型客車生產企業，重點針對排放量大的噴漆室和烘干室進行采樣測試，采樣頻次每天3次，共2天，樣品通過煙囪采集。源排放樣品的測定采用固體吸附/熱脫附-氣相色譜法，用填充聚2,6-二苯基對苯醚（Tenax）采樣管，在常溫條件下，富集環境空氣或室內空氣中的揮發性有機物，對于溫度較高的排氣筒采樣管連入熱脫附儀，加熱后將吸附成分導入帶有氫火焰離子化檢測器（FID）的氣相色譜儀進行分析。
表1VOCs采樣企業情況
2.1涂裝工藝與排污環節
轎車生產企業大部分采用電泳底漆、中涂、面漆傳統3層涂層體系，其底漆采用水性環氧樹脂陰極電泳底漆，基本不含有機溶劑，中涂和面漆主要使用氨酯漆、丙烯酸漆和聚酯漆等涂料，有機溶劑含量較高，使用量占50%以上。為減低VOCs排放，已有企業率先采用了水性免中涂工藝，使單位涂裝面積的VOCs排放量從50-90g/m2降至小于25g/m2，對于削減VOCs排放量效果顯著?？蛙嚭臀?、輕型貨車表面涂裝對銹蝕防護、抗石擊、耐候性和紫外線隔離性能的要求相對較低，故其普遍采用2C2B涂層體系省略了中涂層。目前，省內客車和微、輕型貨車生產企業在底漆噴涂上基本實現了電泳噴涂，而面漆噴涂主要依據客戶需求，利用人工噴涂的方式進行。根據典型企業調查結果，涂料中含VOCs組分主要包括甲乙酮、間，對-二甲苯、乙苯、甲苯、異丙醇、乙酸乙酯、丙酮、鄰-二甲苯、甲基異丁基酮、1，2，4-三甲苯、1，3，5-三甲苯、苯、苯乙烯以及正丁醇、異丁醇和乙酸丁酯。
汽車涂裝工藝過程中VOCs主要產生于：中涂和面漆的噴涂及烘干過程和塑料件加工的涂漆工序。車身密封和噴防護蠟兩個步驟中由于PVC和防護蠟中的VOCs含量相對較少，不是主要的排污環節。車身涂裝產生的有機廢氣具有大風量、中低濃度的特點。（1）噴漆室：噴漆室排放廢氣中主要有害成分為噴漆過程中揮發的有機溶劑。噴漆室的排風量很大，排放廢氣中的有機物總濃度很低，通常在100mg/m3以下。另外，噴漆室的排氣中經常還含有少量未處理完全的漆霧。特別是干式漆霧捕集噴漆室，排氣中漆霧較多。（2）烘干室：烘干廢氣的成分比較復雜，除有機溶劑本身的成分外，還包含熱分解生成物和反應生成物。電泳涂料雖然屬于水性涂料，但其烘干氣中仍含有較多的有機成分。除電泳涂料本身含有少量的醇醚類有機物外，還包含烘干過程中的熱分解生成物（如醛酮類小分子）。電泳烘干廢氣中的總有機物濃度一般在500-1000mg/m3，比溶劑型涂料的烘干廢氣低一些。（3）固廢儲存地：廢油漆桶以及漆霧收集后產生的漆渣如不能及時處理，常產生有機廢氣。
2.2單位涂裝面積排放總量
通過物料衡算法計算的單位面積VOCs排放總量結果如表2所示，不同車型的單位涂裝面積VOCs排放情況有較大差異，小轎車由于涂裝車間密閉設施好，涂料用量相對較低，單位涂裝面積的VOCs排放量低，在40-60g/m2之間，而客貨車特別是大客車采用人工噴涂，車間密閉等污染控制措施較為薄弱，排放量達到300g/m2以上。
表2典型汽車涂裝企業單位涂裝面積VOC排放總量
2.3VOCs排放濃度與組分特征
3家典型企業VOCs排放的主要物種組成如表3，苯系物是汽車涂裝企業VOCs排放的重要組分，各企業排放最高占比在33.2%-64.6%之間。苯系物中最主要的物種是二甲苯，噴涂車間占比10.3%-22.9%。乙酸丁酯、異丙醇、丁醇等醇酯類物質占比也相對較高，各企業排放最高占比在29.6%-61.2%之間。隨著溶劑行業的污染控制逐步加嚴，排放成分產生了顯著的變化。酯類和醇類等物質在近年來作為苯系物溶劑的代替成分，它們的使用量大大增加，特別是一些稀釋劑和清洗劑?？傮w來看，各家企業的排放物種大類有相似性，但具體物種組成與濃度貢獻仍存在較大的差異，一是由于使用涂料成分不同，稀釋比例也不一樣；二是由于使用不同的末端處理技術對尾氣排放組分產生影響，很難用統一的源譜代表整個汽車噴涂行業的排放特征。
表3典型企業特征VOCs組分濃度
2.4最佳適用技術
根據污染排放特征研究結果，汽車涂裝行業VOCs排放集中在噴涂與烘干環節，主要來源于使用的涂料，排放組分基本與使用涂料中組分一致。污染控制措施可分為源頭控制和末端治理兩大類。
采用粉末涂料、水性涂料和高固體成分涂料等代替溶劑型涂料，能有效降低VOCs排放量。國內轎車涂裝絕大多數采用陰極電泳+溶劑型中涂+溶劑型色漆+單組分罩光清漆工藝體系。轎車底漆已實現了全面的更新換代，但是中涂、面漆還是以溶劑型為主，VOCs排放量高于發達國家（地區）的排放水平，距環保型（低VOCs化、水性化）涂料的應用發展仍有一定的距離。目前，國內少數大型汽車企業新建生產線采用了水性涂裝工藝，大大降低了汽車表面涂裝VOCs排放水平，接近或達到歐洲汽車涂裝VOCs排放標準。
表4不同車身涂裝配套體系VOCs排放量水平
采用先進的涂裝工藝，可減少涂料使用量，配合使用低VOCs含量的涂料，可大幅度削減VOCs排放。目前先進的涂裝工藝包括3C1B技術和水性免中涂工藝。3C1B涂裝工藝取消了3C2B工藝的中涂烘烤和打磨工序，待中涂、色漆、罩光漆三層涂裝后一起進行烘干固化處理，可節省涂料使用量。水性免中涂工藝將經濟型轎車和商用車車身由3涂層體系簡化為2涂層體系，與3C2B涂裝工藝相比，簡化了車身涂裝工藝，能減少20%的VOCs排放。
汽車噴涂行業的末端處理措施包括噴漆室漆霧收集措施、VOCs廢氣收集與治理措施。噴漆室內的漆霧收集是汽車涂裝行業重要的廢氣前處理措施，對VOCs的末端治理效果起關鍵作用。漆霧處理方法主要有過濾法、冷凝法和液體吸收法等，其中過濾法（干式）和液體吸收法（濕式）適用性較廣，由于濕式（水洗）漆霧分離技術會產生漆渣等危險廢棄物，美國和歐洲已限制其使用，并逐漸采用干式漆霧分離技術，有效降低能耗，且基本不產生化學凝結物。
經漆霧處理后的噴漆廢氣和流平、烘干廢氣主要含有VOCs有機廢氣，普遍采取吸附、燃燒和一些組合方式進行降解處理。采用直接燃燒法處理廢氣時，為提高廢氣處理的溫度、減少燃料的消耗，通常使燃燒后的廢氣與燃燒前的廢氣進行熱交換，根據熱交換與廢熱利用形式的不同，常見的直接燃燒形式有RTO(蓄熱式熱力燃燒系統)和TAR（回收式熱力燃燒系統），國內大型汽車企業涂裝多采用RTO進行VOCs廢氣末端治理。對于新建的汽車涂裝生產線，歐美汽車企業首選TAR來進行烘干室末端VOCs廢氣處理，處理效率可達到99%以上。采用吸附法-脫附再生技術如設備維護長長也可達到90%以上處理效率。由于噴漆室風量大、濃度低，往往不能直接采用焚燒法處理，轉輪濃縮吸附-蓄熱式焚燒技術是目前噴涂廢氣治理效果最好的技術之一，采用吸附－脫附－濃縮焚燒等三項連續程序，將低濃度廢氣吸附濃縮，而后脫附采用焚燒技術處理，處理效率達到99%以上。
（1）汽車涂裝行業VOCs排放主要來自中涂和面漆噴涂、烘干過程，排放量主要受使用涂料、涂裝工藝、廢氣收集與處理措施影響。
（2）苯系物是汽車涂裝企業的重要組分，典型企業排放最高占比在33.2%-64.6%之間，其中最主要的成分是二甲苯，占噴涂車間占比10.3%-22.9%。近年來乙酸丁酯、異丙醇、丁醇等醇酯類等物質廣泛用來代替苯系物溶劑，典型企業排放最高占比在29.6%-61.2%之間。
（3）大客車面漆普遍采用人工噴涂，車間密閉等污染控制措施較為薄弱，單位涂裝面積VOCs排放量達到300g/m2以上，而小轎車在40-60g/m2間。
（4）采用3C1B技術、水性免中涂等先進涂裝工藝，并使用粉末涂料、水性涂料和高固體成分涂料等代替溶劑型涂料，能有效從源頭控制VOCs排放。采用干式漆霧分離技術、轉輪濃縮吸附-蓄熱式焚燒技術等先進技術VOCs去除率可達到99%以上。
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