汽車車身噴漆廢氣的排放分析及處理措施
摘要：根據GB 16297—1996 大氣污染物綜合排放標準，對汽車車身噴漆產生的甲苯、二甲苯和非甲烷總烴及過噴漆霧等的排放量要達到限值要求。需對其噴漆、流平和烘干工序產生的廢氣進行分析。烘干室采用直接燃燒法處理，凈化效率達 98％以上，易達標；在噴漆排放的VOC 中，由于是采用大風量稀釋，所以排放濃度不超標，但排放速率隨著產量的增加而加大，一般可用二甲苯計算排放速率確定排氣筒高度。
汽車涂裝車間要對工件進行漆前處理、電泳和噴漆。涂漆工序包括噴漆、流平和烘干，在這些工序中會產生有機廢氣（VOC）及過噴漆霧，在噴漆室處理過噴漆霧裝置的循環水系統中要添加絮凝劑，使廢氣及過噴漆霧與循環水充分接觸，形成廢漆渣，循環水要進行漆渣處理，還要定期排放循環水。根據GB 16297—1996 大氣污染物綜合排放標準，對噴漆產生的甲苯、二甲苯和非甲烷總烴及過噴漆霧（顆粒物）等的排放量要達到限值要求。本文以某種車型的轎車為例對其噴漆、流平和烘干工
序產生的廢氣進行分析并簡要說明處理措施。
1 分析條件及數據
a. 確定年生產量、全年工作日、幾班制生產、設備利用率、每小時涂裝生產能力。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線，因此該線的車身通過能力為30 輛/h。為滿足個性化的需求，還設計了一條多功能噴漆線，可對20％的車身進行套色和對20 ％的車身進行返修。
d. 確定VOC 排氣筒的位置及數量。根據GB 16297—1996 規定：
（1）新污染源的排氣筒一般不應低于15m。若某新污染源的排氣筒必須低于15m 時，其排放速率標準值按外推法的計算結果再嚴格50％執行。
（2）兩個排放相同污染物的排氣筒，若距離小于其幾何高度之和，應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，應以前2 根的等效排氣筒依次與第3、4 根排氣筒取等效值。
（3）本標準還規定排氣筒高度除須遵守排放標準外，還應高出周圍200m 半徑范圍的建筑5m 以上，不能達到該要求的排氣筒，因按其高度對應的標準排放速率值嚴格50％執行。
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一個排氣塔。中涂/面漆烘干室及多功能烘干室各設一個排氣筒。考慮2 個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準附錄A規定應為2 個烘干室排氣筒污染物排放速率之和。所以，本例將2 個烘干室合并一起計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靜電噴漆，除噴涂第2 道金屬底色漆時采用空氣槍噴涂外，其余均采用靜電渦輪杯噴涂；車身內表面噴漆及自動噴漆后的檢查、補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的有機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，噴漆時所用工作漆中要另外加入稀釋劑。其產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廢氣的產生量分析
2.1 估算出每輛車所用工作漆中固體分及VOC 的含量
2.2 確定每小時產生廢氣最多的工況
根據大氣污染物綜合排放標準規定，最高允許排放濃度是指處理設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 排放污染物的質量不得超過的限值。因此要確定每小時產生廢氣最多的工況。在本例中車身噴中涂前設有儲存線，車身中涂后設有車身顏色編組站，可使中涂/面漆線對車身噴中涂和面漆時，相對集中地噴一類漆，減少換漆次數，節省用漆，節省清洗噴具用有機溶劑，有利于環保。因此，可能有以下幾種工況。
a 某1 小時內對30 輛車身全部噴中涂漆；
b 某1 小時內對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。
經對上述各種工況進行分析后，以全部噴涂金屬閃光漆每小時所用工作漆中含VOC 的總量最大；且在噴漆室、流平室及烘干室產生的二甲苯、甲苯及非甲烷總烴的廢氣量也最大；噴漆室產生過噴漆霧的固體分（顆粒物為18.17 kg/h，過噴漆霧中的有機溶劑已經單獨計算）也最大，其值見表4、表5。
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2.3 確定在噴漆室、流平室及烘干室產生有機廢氣的比例
本例在噴漆室、流平室及烘干室產生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 的產生量
噴金屬底色漆及罩光漆時，噴漆室廢氣及過噴漆霧和一半的流平室廢氣經噴漆室底部水循環系統絮凝處理后，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，且風量很大，故可忽略不計；流平室另一半廢氣與噴漆室廢氣合并成一個排氣塔大風量、低濃度高空排放；烘干室采用直接燃燒法處理，凈化效率達98％以上。經以上處理后，噴漆室、流平室及烘干室每小時各自產生和排放的 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VOC 排氣筒每小時的排放速率和排放濃度
首先要確定各排放廢氣設備組合后的排氣筒排氣量。噴漆室、流平室設置1 個總排風塔，烘干室單獨設排氣筒，根據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區，環境空氣質量功能分類為二類（見 GB 3095—1996 環境空氣質量標準）。按GB 16297—1996 規定：
a. 位于二類區的污染源（包括新建、擴建、改建）執行二級標準，即本標準表2 所列標準值；
b. 任何一個排氣筒必須同時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，即可滿足該標準各項規定的要求；而噴漆室和流平室的廢氣因用大風量稀釋，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。按該標準排風塔高度為40m 可滿足排放標準（見表9）要求。
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5 需要說明的問題
a. 采用先進的涂裝工藝，中涂、面漆以靜電旋杯噴涂為主，由機械人自動仿形，出漆量及噴涂圖形根據車身不同位置調整到最佳狀態，可使油漆利用率提高到90%以上，因此可大大減少油漆用量，從而減少有機溶劑對環境的污染。
中涂、面漆采用水性漆是從根本上解決噴漆對環境污染的有效措施, 特別是金屬底色漆對 VOC 排放的貢獻高達50%左右。
b. 在進行噴漆過程中白車身涂漆面積、涂層厚度、用漆品種、涂裝工藝方法都會對排放數據造成影響，關鍵是涂裝工藝方法，這直接影響油漆利用率，影響有機溶劑排放量，因此應規模化生產，提高噴漆的自動化程度。在產量較低時，可采用手工靜電噴漆。采用自動控溫的集中供漆系統及盡量減少換漆次數、在高潔凈環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 98％以上，易達標；在噴漆排放的VOC 中，由于是采用大風量稀釋，所以排放濃度不會超標，而排放速率隨著產量的增加而加大。對汽車涂裝所用漆中各種溶劑的量，二甲苯相對較多，而且限值要求嚴格，通常作為特征污染物應予考核，一般可用二甲苯計算排放速率確定排氣筒高度，同時要考慮一些不確定因素的影響而適當加大排氣筒的高度。
d. 水循環系統及漆渣處理裝置會有少量有機溶劑外溢，這屬于無組織排放，要采取局部通風措施。
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