揮發性有機物(VOCs)是生成近地面臭氧(O3)的重要前體物，已成為包括中國在內的不同地區近地面O3生成的主要驅動因素，據研究，大多數危險的VOCs排放均來自人為源。人為源中，工業涂裝行業大量使用油墨、稀釋劑和油墨清潔劑等溶劑，研究表明，2018年、2019年我國工業涂裝行業VOCs排放量占工業源VOCs排放總量的20%以上，且呈現持續增長態勢。工業涂裝行業在生產過程中所使用的涂料，尤其是溶劑型涂料，是造成VOCs排放的重要污染源之一，尤其是部分成分(如甲苯、對二甲苯、丁烯、丁二烯和丙酮等)為中高等光化學活性VOCs，是近地面大氣O3形成的主要污染因子。工業涂裝VOCs排放主要來自汽車、設備制造、家具制造等行業，廢氣產生量大、成分復雜、濃度波動大，治理較為困難，2019年生態環境部印發的《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》中明確指出工業涂裝行業是需要全面加強VOCs綜合治理的重點行業之一。因此，開展工業涂裝VOCs減排研究，在行業內實施有效的VOCs控制策略是當前重要的研究方向。 研究方法及數據 當前工業涂裝行業主要廢氣污染物控制方法包括工藝改進和末端治理技術，為評價工業涂裝行業各環節技術對廢氣污染物排放的影響，該研究選取家具、汽車整車、汽車零部件、集裝箱、機械制造、船舶、鋼結構等行業，針對其源頭替代、涂裝工藝、技術和設備、無組織排放收集以及末端治理等方面，開展調查實測研究。 源頭替代方面，該研究收集重點行業不同工序、不同類型涂料樣本，測算涂料達標率在40%~92%之間，與其他研究調查結果相近。該研究假設各行業不同涂料中VOCs含量為《低揮發性有機物含量涂料產品技術要求》(GB/T 38597—2020)中主要產品類型最高限量值，通過不同類型產品替換，測算源頭替代減排潛力。 涂裝技術和設備方面，根據2017年北京市家具制造、國內某汽車生產企業使用不同涂裝技術設備前后的漆膜干質量、涂料固含量、涂料使用量等測算VOCs減排效果，遵循《涂料固體含量測法》(GB/T—2007)等標準方法。 無組織控制技術方面，對北京市5家、河北省1家、河南省1家木質家具制造企業，采用基于氫火焰離子化檢測器（FID）法的便攜式VOCs分析儀，按照《環境空氣和廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴便攜式監測儀技術要求及檢測方法》(HJ 1012—2018)要求開展無組織排放濃度實測分析。選取自然通風車間、密閉噴漆房、水簾柜排風等典型的無組織排放收集方式，對改造前涂裝工位和改造后涂裝車間門口無組織濃度進行對比研究。 末端治理技術評估方面，采用與無組織評估相同的儀器和方法進行實測分析。選取低溫等離子體、活性炭吸附、UV光解(光催化氧化還原)+活性炭、催化燃燒、吸附+催化燃燒、沸石轉輪+RTO/RCO、RTO等治理設施前后端排放水平進行了實測，獲取共計70個進出口非甲烷總烴濃度樣本，在此基礎上開展不同治理技術污染物去除效果評估。 該研究從源頭、過程、末端等方面提出工業涂裝VOCs深度減排路徑，采用系數法測算企業層面不同減排路徑下的減排潛力。 源頭替代方面，綜合考慮可能采取的途徑及不同途徑下涂料VOCs含量差異，測算VOCs產生系數。 涂裝技術和設備測算方面，主要基于噴件涂料附著率的變化測算VOCs產生系數。 無組織排放減排潛力測算方面，根據改造前后涂裝工位和涂裝車間門口無組織濃度，測算無組織排放收集率。 末端治理技術減排潛力測算方面，根據不同治理技術污染物去除效果測算不同末端治理設施下的VOCs去除效率。 計算公式如下： 式中：E為排放量，t；A為活動水平，即涂料消費量，t；EF為產生系數，以VOCs及計，kg/t(以涂料質量計)；ƍ為收集率，%；ƞ為治理效率，% 工業涂裝行業VOCs排放現狀分析 涂料類型的使用直接影響噴涂過程VOCs的產生水平，傳統溶劑型涂料溶劑成分為65%~80%，VOCs產生量較大，溶劑型涂料廢氣的VOCs濃度高于水性、粉末涂料廢氣。經調研及行業專家評估發現，我國工業涂裝行業源頭替代以粉末涂料、水性涂料為主。其中，集裝箱和汽車整車制造水性涂料替代比例較高，分別為90%和60%~70%，其他行業水性涂料、粉末涂料占比較低，仍然以溶劑型涂料為主。我國重點工業涂裝行業水性涂料使用占比仍然較低，與發達國家相比仍有較大差距。如我國木質家具、乘用車(中涂和底漆)水性涂料使用占比分別約為12%、50%。通過對實測數據分析，發現溶劑型涂料替代為水性涂料后，涂料平均VOCs含量會降低40%~75%，相應的VOCs產生量也有所降低。 工業涂裝過程噴槍與待噴件表面的角度、霧化壓力及噴槍距離等因素均會影響涂裝效率，傳統手工噴涂作業多以空氣霧化為主，難以做到精準施工，易導致過量噴涂，無形中增大了VOCs排放量。我國重點工業涂裝行業的自動化涂裝方式占比較低，如木質家具行業很多中小型企業還是用手工噴涂方式，自動化涂裝約占20%；汽車整車制造中，客車自動化涂裝占比不足10%，乘用車自動化涂裝占比相對較高一些。全自動噴涂設備及涂裝技術應用對VOCs減排有較好的促進作用。自動化噴涂方式有助于提高涂料附著率，實現VOCs減排，通過對實測數據分析，與手工噴涂相比，高效涂裝技術和設備更有利于VOCs的排放控制，木質家具行業手工混氣噴涂、往復式噴箱噴涂、靜電噴涂涂料的附著率分別為47.1%、74.8%、67.0%，自動噴涂技術比手工混氣噴涂涂料附著率提高19.9%~27.7%；汽車整車制造行業靜電噴涂技術涂料附著率總體高于其他噴涂技術，溶劑型涂料噴涂相同面積時，加電懸杯相較于不加電懸杯涂料用量可減少15%。 在廢氣收集方面，工業涂裝行業普遍存在廢氣收集率低等問題。VOCs的無組織排放控制取決于車間的密閉性和廢氣收集效率，家具、汽車、機械設備、集裝箱等行業易于在車間內施工，控制水平較高；船舶、鋼結構等行業多數工序難以在室內完成，無組織控制相對較差。廢氣收集方式和收集率對無組織排放治理水平有較大的影響，噴涂方式、換風頻次、送風速率等均對收集效率有較大的影響。調研結果發現，與敞開式環境相比，密閉噴漆工位無組織排放濃度可下降67%~92%之間。 工業涂裝企業存在治理措施覆蓋率低、治理設施處理效率較低、低效治理設施占比大等問題。為評估我國工業涂裝行業VOCs末端治理現狀，科學提出治理路徑，該課題組2017年開展的工業涂裝行業末端治理調研結果顯示，木質家具制造、汽車零部件制造、金屬結構制造等行業燃燒、吸附燃燒等高效單體或組合治理技術使用占比不足10%。從治理技術看，木質家具企業多采用活性炭、UV光解等末端治理技術，汽車整車制造烘干工序多采用燃燒技術，使用溶劑型涂料的涂裝工序多采用沸石轉輪+燃燒治理技術，汽車零部件制造多采用活性炭吸附、UV光解、吸附+燃燒等技術，機械設備、集裝箱、船舶等有組織排放工序多采用活性炭吸附或吸附+燃燒技術，鋼結構制造大多以無組織排放為主，極少數企業試點采用活性炭吸附或UV光解技術。 通過對實測數據分析發現，燃燒、吸附燃燒等高效單體活組合技術對工業涂裝VOCs排放的去除效果好，RTO、TO、沸石轉輪+RTO、沸石轉輪+RCO等末端治理技術對揮發性有機物的去除效率普遍較高，平均去除率均在90%左右，而低溫等離子、活性炭吸附等末端治理技術VOCs的去除效不足50%。
研究方法及數據
當前工業涂裝行業主要廢氣污染物控制方法包括工藝改進和末端治理技術，為評價工業涂裝行業各環節技術對廢氣污染物排放的影響，該研究選取家具、汽車整車、汽車零部件、集裝箱、機械制造、船舶、鋼結構等行業，針對其源頭替代、涂裝工藝、技術和設備、無組織排放收集以及末端治理等方面，開展調查實測研究。
源頭替代方面，該研究收集重點行業不同工序、不同類型涂料樣本，測算涂料達標率在40%~92%之間，與其他研究調查結果相近。該研究假設各行業不同涂料中VOCs含量為《低揮發性有機物含量涂料產品技術要求》(GB/T 38597—2020)中主要產品類型最高限量值，通過不同類型產品替換，測算源頭替代減排潛力。
涂裝技術和設備方面，根據2017年北京市家具制造、國內某汽車生產企業使用不同涂裝技術設備前后的漆膜干質量、涂料固含量、涂料使用量等測算VOCs減排效果，遵循《涂料固體含量測法》(GB/T—2007)等標準方法。
無組織控制技術方面，對北京市5家、河北省1家、河南省1家木質家具制造企業，采用基于氫火焰離子化檢測器（FID）法的便攜式VOCs分析儀，按照《環境空氣和廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴便攜式監測儀技術要求及檢測方法》(HJ 1012—2018)要求開展無組織排放濃度實測分析。選取自然通風車間、密閉噴漆房、水簾柜排風等典型的無組織排放收集方式，對改造前涂裝工位和改造后涂裝車間門口無組織濃度進行對比研究。
末端治理技術評估方面，采用與無組織評估相同的儀器和方法進行實測分析。選取低溫等離子體、活性炭吸附、UV光解(光催化氧化還原)+活性炭、催化燃燒、吸附+催化燃燒、沸石轉輪+RTO/RCO、RTO等治理設施前后端排放水平進行了實測，獲取共計70個進出口非甲烷總烴濃度樣本，在此基礎上開展不同治理技術污染物去除效果評估。
表1 工業涂裝企業排放情況實測樣本數量
該研究從源頭、過程、末端等方面提出工業涂裝VOCs深度減排路徑，采用系數法測算企業層面不同減排路徑下的減排潛力。
源頭替代方面，綜合考慮可能采取的途徑及不同途徑下涂料VOCs含量差異，測算VOCs產生系數。
涂裝技術和設備測算方面，主要基于噴件涂料附著率的變化測算VOCs產生系數。
無組織排放減排潛力測算方面，根據改造前后涂裝工位和涂裝車間門口無組織濃度，測算無組織排放收集率。
末端治理技術減排潛力測算方面，根據不同治理技術污染物去除效果測算不同末端治理設施下的VOCs去除效率。
計算公式如下：
式中：E為排放量，t；A為活動水平，即涂料消費量，t；EF為產生系數，以VOCs及計，kg/t(以涂料質量計)；ƍ為收集率，%；ƞ為治理效率，%
工業涂裝行業VOCs排放現狀分析
涂料類型的使用直接影響噴涂過程VOCs的產生水平，傳統溶劑型涂料溶劑成分為65%~80%，VOCs產生量較大，溶劑型涂料廢氣的VOCs濃度高于水性、粉末涂料廢氣。經調研及行業專家評估發現，我國工業涂裝行業源頭替代以粉末涂料、水性涂料為主。其中，集裝箱和汽車整車制造水性涂料替代比例較高，分別為90%和60%~70%，其他行業水性涂料、粉末涂料占比較低，仍然以溶劑型涂料為主。我國重點工業涂裝行業水性涂料使用占比仍然較低，與發達國家相比仍有較大差距。如我國木質家具、乘用車(中涂和底漆)水性涂料使用占比分別約為12%、50%。通過對實測數據分析，發現溶劑型涂料替代為水性涂料后，涂料平均VOCs含量會降低40%~75%，相應的VOCs產生量也有所降低。
工業涂裝過程噴槍與待噴件表面的角度、霧化壓力及噴槍距離等因素均會影響涂裝效率，傳統手工噴涂作業多以空氣霧化為主，難以做到精準施工，易導致過量噴涂，無形中增大了VOCs排放量。我國重點工業涂裝行業的自動化涂裝方式占比較低，如木質家具行業很多中小型企業還是用手工噴涂方式，自動化涂裝約占20%；汽車整車制造中，客車自動化涂裝占比不足10%，乘用車自動化涂裝占比相對較高一些。全自動噴涂設備及涂裝技術應用對VOCs減排有較好的促進作用。自動化噴涂方式有助于提高涂料附著率，實現VOCs減排，通過對實測數據分析，與手工噴涂相比，高效涂裝技術和設備更有利于VOCs的排放控制，木質家具行業手工混氣噴涂、往復式噴箱噴涂、靜電噴涂涂料的附著率分別為47.1%、74.8%、67.0%，自動噴涂技術比手工混氣噴涂涂料附著率提高19.9%~27.7%；汽車整車制造行業靜電噴涂技術涂料附著率總體高于其他噴涂技術，溶劑型涂料噴涂相同面積時，加電懸杯相較于不加電懸杯涂料用量可減少15%。
在廢氣收集方面，工業涂裝行業普遍存在廢氣收集率低等問題。VOCs的無組織排放控制取決于車間的密閉性和廢氣收集效率，家具、汽車、機械設備、集裝箱等行業易于在車間內施工，控制水平較高；船舶、鋼結構等行業多數工序難以在室內完成，無組織控制相對較差。廢氣收集方式和收集率對無組織排放治理水平有較大的影響，噴涂方式、換風頻次、送風速率等均對收集效率有較大的影響。調研結果發現，與敞開式環境相比，密閉噴漆工位無組織排放濃度可下降67%~92%之間。
表2 不同噴漆廢氣收集情況下
無組織排放情況對比
工業涂裝企業存在治理措施覆蓋率低、治理設施處理效率較低、低效治理設施占比大等問題。為評估我國工業涂裝行業VOCs末端治理現狀，科學提出治理路徑，該課題組2017年開展的工業涂裝行業末端治理調研結果顯示，木質家具制造、汽車零部件制造、金屬結構制造等行業燃燒、吸附燃燒等高效單體或組合治理技術使用占比不足10%。從治理技術看，木質家具企業多采用活性炭、UV光解等末端治理技術，汽車整車制造烘干工序多采用燃燒技術，使用溶劑型涂料的涂裝工序多采用沸石轉輪+燃燒治理技術，汽車零部件制造多采用活性炭吸附、UV光解、吸附+燃燒等技術，機械設備、集裝箱、船舶等有組織排放工序多采用活性炭吸附或吸附+燃燒技術，鋼結構制造大多以無組織排放為主，極少數企業試點采用活性炭吸附或UV光解技術。
通過對實測數據分析發現，燃燒、吸附燃燒等高效單體活組合技術對工業涂裝VOCs排放的去除效果好，RTO、TO、沸石轉輪+RTO、沸石轉輪+RCO等末端治理技術對揮發性有機物的去除效率普遍較高，平均去除率均在90%左右，而低溫等離子、活性炭吸附等末端治理技術VOCs的去除效不足50%。
研究方法及數據
當前工業涂裝行業主要廢氣污染物控制方法包括工藝改進和末端治理技術，為評價工業涂裝行業各環節技術對廢氣污染物排放的影響，該研究選取家具、汽車整車、汽車零部件、集裝箱、機械制造、船舶、鋼結構等行業，針對其源頭替代、涂裝工藝、技術和設備、無組織排放收集以及末端治理等方面，開展調查實測研究。
源頭替代方面，該研究收集重點行業不同工序、不同類型涂料樣本，測算涂料達標率在40%~92%之間，與其他研究調查結果相近。該研究假設各行業不同涂料中VOCs含量為《低揮發性有機物含量涂料產品技術要求》(GB/T 38597—2020)中主要產品類型最高限量值，通過不同類型產品替換，測算源頭替代減排潛力。
涂裝技術和設備方面，根據2017年北京市家具制造、國內某汽車生產企業使用不同涂裝技術設備前后的漆膜干質量、涂料固含量、涂料使用量等測算VOCs減排效果，遵循《涂料固體含量測法》(GB/T—2007)等標準方法。
無組織控制技術方面，對北京市5家、河北省1家、河南省1家木質家具制造企業，采用基于氫火焰離子化檢測器（FID）法的便攜式VOCs分析儀，按照《環境空氣和廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴便攜式監測儀技術要求及檢測方法》(HJ 1012—2018)要求開展無組織排放濃度實測分析。選取自然通風車間、密閉噴漆房、水簾柜排風等典型的無組織排放收集方式，對改造前涂裝工位和改造后涂裝車間門口無組織濃度進行對比研究。
末端治理技術評估方面，采用與無組織評估相同的儀器和方法進行實測分析。選取低溫等離子體、活性炭吸附、UV光解(光催化氧化還原)+活性炭、催化燃燒、吸附+催化燃燒、沸石轉輪+RTO/RCO、RTO等治理設施前后端排放水平進行了實測，獲取共計70個進出口非甲烷總烴濃度樣本，在此基礎上開展不同治理技術污染物去除效果評估。
表1 工業涂裝企業排放情況實測樣本數量
該研究從源頭、過程、末端等方面提出工業涂裝VOCs深度減排路徑，采用系數法測算企業層面不同減排路徑下的減排潛力。
源頭替代方面，綜合考慮可能采取的途徑及不同途徑下涂料VOCs含量差異，測算VOCs產生系數。
涂裝技術和設備測算方面，主要基于噴件涂料附著率的變化測算VOCs產生系數。
無組織排放減排潛力測算方面，根據改造前后涂裝工位和涂裝車間門口無組織濃度，測算無組織排放收集率。
末端治理技術減排潛力測算方面，根據不同治理技術污染物去除效果測算不同末端治理設施下的VOCs去除效率。
計算公式如下：
式中：E為排放量，t；A為活動水平，即涂料消費量，t；EF為產生系數，以VOCs及計，kg/t(以涂料質量計)；ƍ為收集率，%；ƞ為治理效率，%
工業涂裝行業VOCs排放現狀分析
涂料類型的使用直接影響噴涂過程VOCs的產生水平，傳統溶劑型涂料溶劑成分為65%~80%，VOCs產生量較大，溶劑型涂料廢氣的VOCs濃度高于水性、粉末涂料廢氣。經調研及行業專家評估發現，我國工業涂裝行業源頭替代以粉末涂料、水性涂料為主。其中，集裝箱和汽車整車制造水性涂料替代比例較高，分別為90%和60%~70%，其他行業水性涂料、粉末涂料占比較低，仍然以溶劑型涂料為主。我國重點工業涂裝行業水性涂料使用占比仍然較低，與發達國家相比仍有較大差距。如我國木質家具、乘用車(中涂和底漆)水性涂料使用占比分別約為12%、50%。通過對實測數據分析，發現溶劑型涂料替代為水性涂料后，涂料平均VOCs含量會降低40%~75%，相應的VOCs產生量也有所降低。
工業涂裝過程噴槍與待噴件表面的角度、霧化壓力及噴槍距離等因素均會影響涂裝效率，傳統手工噴涂作業多以空氣霧化為主，難以做到精準施工，易導致過量噴涂，無形中增大了VOCs排放量。我國重點工業涂裝行業的自動化涂裝方式占比較低，如木質家具行業很多中小型企業還是用手工噴涂方式，自動化涂裝約占20%；汽車整車制造中，客車自動化涂裝占比不足10%，乘用車自動化涂裝占比相對較高一些。全自動噴涂設備及涂裝技術應用對VOCs減排有較好的促進作用。自動化噴涂方式有助于提高涂料附著率，實現VOCs減排，通過對實測數據分析，與手工噴涂相比，高效涂裝技術和設備更有利于VOCs的排放控制，木質家具行業手工混氣噴涂、往復式噴箱噴涂、靜電噴涂涂料的附著率分別為47.1%、74.8%、67.0%，自動噴涂技術比手工混氣噴涂涂料附著率提高19.9%~27.7%；汽車整車制造行業靜電噴涂技術涂料附著率總體高于其他噴涂技術，溶劑型涂料噴涂相同面積時，加電懸杯相較于不加電懸杯涂料用量可減少15%。
在廢氣收集方面，工業涂裝行業普遍存在廢氣收集率低等問題。VOCs的無組織排放控制取決于車間的密閉性和廢氣收集效率，家具、汽車、機械設備、集裝箱等行業易于在車間內施工，控制水平較高；船舶、鋼結構等行業多數工序難以在室內完成，無組織控制相對較差。廢氣收集方式和收集率對無組織排放治理水平有較大的影響，噴涂方式、換風頻次、送風速率等均對收集效率有較大的影響。調研結果發現，與敞開式環境相比，密閉噴漆工位無組織排放濃度可下降67%~92%之間。
表2 不同噴漆廢氣收集情況下
無組織排放情況對比
工業涂裝企業存在治理措施覆蓋率低、治理設施處理效率較低、低效治理設施占比大等問題。為評估我國工業涂裝行業VOCs末端治理現狀，科學提出治理路徑，該課題組2017年開展的工業涂裝行業末端治理調研結果顯示，木質家具制造、汽車零部件制造、金屬結構制造等行業燃燒、吸附燃燒等高效單體或組合治理技術使用占比不足10%。從治理技術看，木質家具企業多采用活性炭、UV光解等末端治理技術，汽車整車制造烘干工序多采用燃燒技術，使用溶劑型涂料的涂裝工序多采用沸石轉輪+燃燒治理技術，汽車零部件制造多采用活性炭吸附、UV光解、吸附+燃燒等技術，機械設備、集裝箱、船舶等有組織排放工序多采用活性炭吸附或吸附+燃燒技術，鋼結構制造大多以無組織排放為主，極少數企業試點采用活性炭吸附或UV光解技術。
通過對實測數據分析發現，燃燒、吸附燃燒等高效單體活組合技術對工業涂裝VOCs排放的去除效果好，RTO、TO、沸石轉輪+RTO、沸石轉輪+RCO等末端治理技術對揮發性有機物的去除效率普遍較高，平均去除率均在90%左右，而低溫等離子、活性炭吸附等末端治理技術VOCs的去除效不足50%。
