汽车维修4s店有机废气特征和治理工艺分析

1 引言

目前,汽车维修业采用的标准烤漆房大部分为 单室喷漆烤漆房。单室烤漆房采用室内烘干设备,配套移动式远红外线干燥设备[1]。此类烤漆房可在室 内进行喷涂作业,待涂膜充分晾干后进入烘烤工序。 该环保型喷漆烤漆室采用简易过滤棉粗滤方式降低 废气中颗粒物浓度,但粗处理后的废气中仍有相当 数量的漆雾以及有机污染物。因此,需要增加末端净 化装置来去除漆雾、深度处理有机废气以达环保排 放要求。

青蓝环保

2 汽车维修业现状及存在的问题

通过分析有机废气治理方面的多种工艺,调查了解汽车维修业现状以及相关环保政策,发现汽车 维修业有机废气治理存在以下几方面的问题。

2.1 涂装工艺过程控制缺乏规范化

涂装工艺过程控制不规范主要表现在工人施工 过程中没有严格按施工要求实施。例如小范围打磨 修补过程直接在室外作业;喷涂作业过程存在敞开 喷漆房门喷涂等现象。

2.2 末端收集及治理工艺不规范

末端工艺不规范表现为收集系统和治理系统的 不规范。涂装安全规程及环保治理指导意见虽然对 废气收集范围作了规定,但是在维修店的实际调查 中发现,仅标准喷漆烤漆房具有完整的收集系统,并 配置简易废气治理设施;调漆室和涂挂原子灰以及打磨区域大多采用通风换气或无组织排放的形式, 基本上没有配置有机废气治理装置。

2.3 治理工艺存在缺陷

通过对不同环保治理单位的治理工艺调查发 现,在汽车维修业废气治理工程案例中,调漆房、刮 原子灰及其打磨过程中无组织排放的颗粒物与 VOCs 容易被忽视,而在实际检测中发现该过程会产 生以苯类物质为主的难去除有机废气。在实际治理 工程实施过程中,大多数污染治理公司忽视喷漆烤 漆房VOCs温度和浓度变化大的特点(温度:28~80 ℃; 浓度:100~2 000 mg/m3),没有采取相应的调节措施, 盲目套用传统治理工艺,导致系统处理效率低下,且 设备维护频繁,使用寿命过短。 鉴于以上分析,本文对汽车维修业的废气源、废 气浓度、组分等进行详细分析,以期能为汽车维修业 有机废气治理工艺设计提供技术参考。

3 汽车维修烤漆房的废气特征分析

3.1 废气源及废气浓度

汽车维修喷漆烤漆工艺较为简单,主要包括钣 金整形、刮灰打磨、喷漆、烤漆、晾干等工艺过程。有 机废气点源主要有调漆室、刮原子灰区域、喷漆烤漆 室、晾置区域等。

调漆室面积一般在 10~15 m2,根据《喷涂作业安 全规程》中要求,调漆室需要强制换风。该排风量较 小,一般在 1 000~3 000 m3/h 之间,调漆室有机废气 浓度相对较低。 刮原子灰是汽车维修的前处理工艺,实际维修 过程中大部分没有采用密封处理,废气逸散较严重, 也容易被忽视。该工段在涂挂腻子过程中会排放苯、 苯乙烯等有毒有害气体,如若得不到有效处理,会对 操作工人身心造成严重影响。

在维修过程中,喷漆、烤漆工艺是有机废气产生 的主要环节,该过程应在密闭的空间进行。过喷是喷 漆过程中一种较为常见的现象,尤其是当待喷漆车 辆较多时,喷漆时间被压缩,过喷现象更加明显。这 种行为不仅会提高喷漆烤漆废气漆雾比例,也会提 升有机废气的浓度。因此,需要对进入净化阶段前的 喷漆烤漆废气进行多重预处理。喷漆换风所排废气中主要是喷漆过程挥发的有机溶剂,成分主要包括 酯类、醇醚类、芳香烃等有机溶剂,但由于喷漆室的 排风量较大,所排有机废气总浓度相对较低,其排放 浓度一般低于 100 mg/m3。

喷涂完后,在烘干之前要进行流平晾干,湿漆膜 在晾干过程中挥发出一定量的有机溶剂,由于晾置 时间长,为防止有机溶剂在晾置室内聚集而发生爆 炸,必须保持晾置室内低速通风换气,风速一般控制 在 0.2 m/s。晾置室排风废气中漆雾比例虽然较低,但 由于换风速率低,从而使得有机废气的总浓度比喷 漆废气的浓度略高 1~2 倍。

3.2 汽车维修废气组分分析

汽车车身修补的涂装材料主要用于钣金修复或 撞伤擦伤后的涂装。汽车修补涂装材料按照功能可 分为底漆、腻子、中间涂料和面漆等[2]。而根据涂料 的干燥方式又可分为自干型与低温烘烤型。不同的 涂料所产生的废气组分存在一定差异,但挥发性有 机物中主要组分类别差异较小。主要废气组分有芳 香烃类、醚酯类以及醇类和烷烃类。

3.2.1 芳香烃类有机废气 芳香烃指的是单环芳烃中的苯、甲苯、二甲苯、 三甲苯、乙苯、苯乙烯等。由于过喷现象与烤漆过程 的高温特性,导致喷漆和烤漆过程挥发的芳香烃类 物质比例高于其他工序。喷漆作业中,尽管不同的维 修店采用的油漆、稀释剂等品牌存在差异,但组分比 例差异不大。各类油漆和稀释剂中的组分含量见表1。

表1

烤漆过程中,通常温度设定在 60 ℃,烘烤时间 在 1~2 h。油漆中一些组分在该温度下会发生分解, 形成难以降解的小分子,可能对后续的处理造成一 定的影响。喷烤漆房中芳香烃是最主要的排放种类, 其他组分如丙二醇甲醚醋酸酯和乙酸丁酯也占有一 定比例,而烷烃类的比例则相对较小。

此外,由于腻子常采用苯乙烯作为交联剂和固 化剂,其组分含量在某些油漆中能达到 20%以上[3], 而苯乙烯具有较强的挥发性。因此,在涂刮腻子的过 程中,应关注苯乙烯的排放。

3.2.2 醚酯类有机废气

汽车维修产生的醚酯类废气主要为邻苯二甲酸 二丁酯、乙酸乙酯。其中邻苯二甲酸二丁酯主要用于 修补漆的增塑剂,组分含量在 1%~5%之间;乙酸乙 酯具备较好的溶解性和快干性,作为油漆溶剂,是一 种重要的有机化工原料。乙酸乙酯易挥发,具有刺激 性气味。

3.2.3 醇类、烷烃类有机废气

挥发性醇类物质主要有异丙醇和正丁醇。异丙 醇是一种廉价的工业溶剂,主要存在于丙烯酸树脂 腻子、单组分丙烯酸中涂漆、单组份丙烯酸色漆中。 正丁醇是醇酸树脂类涂料的添加剂,组分在 5%左 右。通常来说,油漆会挥发的烷烃类物质较少,主要 为以丙烯酸树脂为基料的油漆中所挥发出的丙烯酸 单体。

3.3 汽车维修有机废气治理重点

因涂料成分和实际工况的不同,导致汽车维修 废气排放具有以下 3 个较为鲜明的特征。

3.3.1 漆雾

油漆被高压雾化成微小颗粒,而在喷枪喷涂过 程中雾化油漆并没有全部粘附在喷漆件表面,那些 没有粘附的油漆颗粒与室内气流形成漆雾。漆雾浓 度与喷涂工艺的过喷量有关,由于漆雾具有较强的 粘附性,因此在进入净化设备前需要进行预处理。

3.3.2 温度波动

单室烤漆房烘烤过程最高温度可达 80 ℃,运行 温度在 60 ℃左右,而其他工序如调漆、喷漆过程,其 操作温度均为室温。虽然烤漆过程经一定时间冷却
后排放,但是仍然与喷漆等废气存在一定温差。各类 不同温度的有机废气收集后统一净化,将对净化设 备的适应性提出较高要求。

3.3.3 组分复杂

汽车修补过程中使用的涂料、稀释剂、原子灰等 组分各异,包含各类芳香烃、醇醚类、酯类、部分增塑 剂以及树脂单体等挥发性成分。而烘烤过程中还会 导致大分子的有机物分解,产生酮醛类难降解的小 分子。 综上所述,在汽车维修行业有机废气治理工艺 设计的过程中,必须全面考虑漆雾温度、浓度、组分 等特征,降低投资及运行成本。

4 汽车维修有机废气净化工艺比较

当前,在汽车维修行业有机废气治理方面,缺乏 有效的技术和装备。汽车维修行业污染治理工作启 动较晚,对汽车维修行业大气污染的认识不够。如上 海和重庆地区于 2017 年才开始正式启动汽车维修 行业废气整治行动。汽车维修行业 VOCs 治理在政 策推动下成为新的热点的同时,由于缺乏技术成熟、 运行可靠的治理设备,导致 VOCs 治理市场充斥着 各类良莠不齐的产品。

4.1 整车制造涂装治理工艺

针对汽车整车制造企业涂装车间所产生的大风 量低浓度有机废气,现有的治理技术主要是过滤漆 渣水雾后的吸附浓缩+热力焚烧、催化氧化技术或冷 凝回收有机溶剂技术[4]。此技术虽然适用于治理低 浓度的有机废气,但没有考虑汽车维修过程中小风 量的特性。而且,转轮吸附脱附、催化燃烧等组合技 术的投资与运行费用高昂,远超出汽车维修行业的 经济承受能力。因此,传统的整车 VOCs 治理技术不 适用于汽车维修行业有机废气净化。

4.2 单一治理技术

本文中提及的单一治理技术常见于汽车维修行 业在环保要求或企业主环保意识提高的基础上,自 行或委托建设的小型装置。常见的有喷漆烤漆室一 体式水喷淋或活性炭吸附装置。这类装置在设计的 过程中,通过牺牲治理设备的处理效率来降低设备成本。以一体式喷淋塔为例,该设备采用螺旋喷嘴循 环喷淋,单个喷嘴喷淋面积在 1 m2 左右。由于螺旋 喷嘴喷出水雾颗粒粒径较大,单层喷淋对漆雾去除 效率较低,而多层喷淋需要更高的设备高度和喷淋 压力,这将导致投资成本的提高。同时喷淋产生的含 漆渣废水反复循环,无法得到有效处理,容易产生二 次污染。

活性炭比表面积大、微孔多、吸附能力强、吸附 速率快,能吸附不同分子量的物质,可再生利用,广 泛应用在有机溶剂回收和吸附剂循环使用的领域。 且活性炭的制作原料廉价充足,制备工艺也相对简 单。但是工程案例中的活性炭吸附装置,大多采用廉 价的颗粒活性炭,吸附阻力大,吸附效果差,在使用 的过程中,一方面容易被大量漆渣堵塞,另一方面容 易达到饱和。同时废弃活性炭需移交具有危险废弃 物治理资质的单位处理,会形成额外的费用,增加企 业负担。因此,这类小型治理装置无法达到现行汽车 维修行业的排放要求。

4.3 光催化组合式净化技术

光催化氧化在常温、常压下利用催化剂的特性, 可将有机废气先光解、氧化成一些低分子中间产物, 之后终极氧化成无毒无害的 CO2, H2O 等小分子物 质。光催化氧化能耗低、操作简便、无二次污染,催化 剂通过物理、化学方法可循环使用[5]。但此技术对光 源、催化剂等方面要求较高。由于光源和催化剂会影 响臭氧的产生量,从而影响有机物的去除效率,臭氧 浓度越高,有机物降解得越彻底。目前,光催化设备 普遍存在催化剂效率低、紫外灯管产生臭氧量少等 缺陷。受光催化技术产品质量的影响,在应用过程中 的实际去除效率约为 60%。

4.3.1 光催化氧化与活性炭的组合净化技术

活性炭与光催化氧化工艺结合的最大优势在于 活性炭高效吸附性能能够保证整体工艺的去除率。 同时由于光催化工艺降低了废气中有机物的浓度, 使得活性炭饱和过程减缓,延长其使用寿命。但需要 注意的是,活性炭在某些物质浓度过高时需谨慎使用,如苯乙烯,当苯乙烯浓度过高时,会产生聚合反 应,堵塞活性炭的微孔,使得活性炭趋于饱和。

UV活性炭一体机

4.3.2 光催化氧化+低温等离子净化技术

低温等离子体技术对大风量、低浓度污染物的 去除效率高,成本偏低,设备适应性强,但其能耗较 高,电极释放能量利用率很低[6]。而光催化氧化能耗 低,与低温等离子相结合,能够弥补部分缺陷。低温 等离子体采用高压放电技术,在设计过程中需充分 考虑爆炸问题,尤其在喷涂过程中会产生乙酸乙酯 等易挥发、低燃点类物质。在汽车维修喷漆过程中产 生的大量漆渣也必须慎重对待,漆渣若得不到有效 处理,会降低工艺净化效率,且存在爆炸风险。

5 结论与展望

汽车维修行业喷漆烤漆有机废气呈现出其独有特征,是一种间断排放的小风量低浓度有机废气,并存在一定程度的温度波动。因此在净化设备设计过 程中,需对进气条件进行有效控制。传统单一净化设 备如喷淋或活性炭吸附等方式存在二次污染、处理 效率低等缺陷。光催化净化工艺操作简单,无二次污 染,但处理效率不稳定,需要开发新型工艺与其相结 合。

欢迎留言咨询