電站制造企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物的減排與分析

毛哲斌，孫同華，蘇正國(guó)

(1.上海交通大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240；2.上海電氣電站集團(tuán) 上海 201199)

0　概　述

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)SO2、NOX、煙粉塵等污染源的控制，取得了一定的進(jìn)展。但是，揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的排放量，仍然處于持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。VOCs是指參與大氣化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，是形成臭氧(O3)和細(xì)顆粒物(PM2.5)污染的重要前體物。目前，VOCs的排放對(duì)大氣環(huán)境的影響尤為突出。為了進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量，很多企業(yè)將VOCs污染防治工作放在了更為重要的位置?，F(xiàn)以某電站制造企業(yè)為例，分析了在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的VOCs排放問(wèn)題，并根據(jù)污染源產(chǎn)生的原因，提出了解決措施和方法。

1　揮發(fā)性有機(jī)物

揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds，VOCs)是某類化合物的統(tǒng)稱，通常是指在常溫常壓下，具有高蒸氣壓、易揮發(fā)的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)[1]。在國(guó)際上，對(duì)VOCs的定義有多種，美國(guó)國(guó)家環(huán)保署(Environmental Protection Agency，EPA)對(duì)VOCs 的最新定義為任何一種參加大氣化學(xué)反應(yīng)的含碳化合物，其中不包括CO、CO2、碳酸、碳酸鹽、金屬碳化物及碳酸銨; 歐盟官方將VOCs(2004 /42 /CE)定義為在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(即101.3 kPa)下，初始沸點(diǎn)不高于250℃的有機(jī)化合物[2]。

根據(jù)DB 31/933-2015(大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn))中規(guī)定，對(duì)于苯排放濃度為1 mg/m3、排放速率為0.1 kg/h；甲苯的排放濃度為10 mg/m3、排放速率為0.2 kg/h；二甲苯排放濃度為20 mg/m3、排放速率為0.8 kg/h；苯乙烯(苯系物)排放濃度為40 mg/m3、排放速率為1.6 kg/h；非甲烷總烴排放濃度為70 mg/m3、排放速率為3.0 kg/h[3]。同時(shí)，根據(jù)DB 31/1025-2016(惡臭(異味)污染物排放標(biāo)準(zhǔn))的要求，允許苯乙烯排放的最高濃度為15 mg/m3、排放速率為1 kg/h[4]。

2　揮發(fā)性有機(jī)物的來(lái)源

2.1　電站企業(yè)的主要產(chǎn)品

某電站制造企業(yè)制造各類壓力容器，主要產(chǎn)品包括電站鍋爐、冷壁式氣化爐、甲烷化廢鍋、加氫反應(yīng)器等。

2.2　產(chǎn)品制造中的涂裝工藝

制造企業(yè)在產(chǎn)品的涂裝工序中，涉及了VOCs的排放。在A車間和B車間中生產(chǎn)的產(chǎn)品，包括了蛇形管、膜式壁拼排、集箱、大管道、石化容器、鍋筒等。在A車間及B車間中生產(chǎn)的產(chǎn)品名稱，如表1所示。

表1A車間及B車間的生產(chǎn)情況

序號(hào)生產(chǎn)車間產(chǎn)品名稱產(chǎn)量(VOCs減排工作開展前)123A車間蛇型管/根5381膜式壁拼排/片2290集箱、大管道/根200045B車間石化容器、鍋筒等/臺(tái)44(石化容器)30(汽包)

在該制造企業(yè)中，原采用的涂裝工藝較為落后。在2013年，A車間及B車間生產(chǎn)的產(chǎn)品，以及采用的涂裝工藝，如表2所示。

2.3　VOCs產(chǎn)生源

在涂裝產(chǎn)品的過(guò)程中，使用的原輔材料，主要是油漆及稀釋劑，原輔材料均采用桶裝。在物料轉(zhuǎn)移過(guò)程中，均通過(guò)人工或者叉車運(yùn)送，存儲(chǔ)時(shí)，不涉及VOCs的排放。企業(yè)的涂裝過(guò)程均在廠房?jī)?nèi)進(jìn)行，生產(chǎn)過(guò)程中的VOCs產(chǎn)生及排放，主要集中在涉及涂裝的車間內(nèi)。根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)及技術(shù)要求，涂裝采用了浸漆工藝或手工噴漆工藝。使用的底漆為鐵紅醇酸底漆(含二甲苯)，稀釋劑為鐵紅醇酸稀釋劑(松香水，乙酸異戊酯)，在整個(gè)涂裝周期內(nèi)，產(chǎn)生了大量的VOCs排放。涂裝材料的化學(xué)性能，如表3所示。

表2A車間及B車間采用的生產(chǎn)工藝

序號(hào)生產(chǎn)車間產(chǎn)品生產(chǎn)工藝123A車間蛇型管膜式壁拼排集箱、大管道蛇形管的表面涂裝,采用浸漆方式。浸漆完成后,將蛇形管放置在原包裝車間內(nèi),自然晾干。膜式壁拼排、集箱、大管道等產(chǎn)品的表面涂裝,采用手動(dòng)噴漆的方式。噴涂完成后,將產(chǎn)品放置在原包裝車間內(nèi),自然晾干。45B車間石化容器、鍋筒等石化容器、鍋筒等產(chǎn)品的表面涂裝,采用手動(dòng)噴漆的方式。噴涂完成后,將產(chǎn)品放置在車間外空地上,自然晾干。

表3油漆及稀釋劑的化學(xué)性能

名稱鐵紅醇酸底漆鐵紅醇酸稀釋劑成份/%40(醇酸樹脂)15(鐵粉)15(FST料)15(滑石粉)10(二甲苯)5(其它助劑)乙酸異戊酯(松香水)CAS/123-92-2理化特性粘稠液體,閃點(diǎn):35℃,可混溶于有機(jī)溶劑。無(wú)色透明液體,有類似香蕉的氣味,蒸汽壓0.7kPa/25℃閃點(diǎn):25℃;熔點(diǎn)-78℃沸點(diǎn):143℃,不溶于水,可混溶于乙醇、乙醚、苯、乙酸乙酯、二硫化碳等多數(shù)有機(jī)溶劑。穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定燃燒爆炸性易燃液體易燃液體毒理毒性急性毒性:200號(hào)溶劑汽油:小鼠腹腔LD50:6.9g/kg;吸入LC50:80～130(mg/m3)/2h。硫酸鋇:小鼠氣管內(nèi):LD:>600μL/kg。急性毒性:LD5016600mg/kg(大鼠經(jīng)口);人吸入27000～53000mg/m3×短暫,眼、鼻輕度到明顯刺激;人吸入5000mg/m3×30min,鼻喉刺激,衰弱,頭痛,胸悶。刺激性:家兔經(jīng)眼:500mg(24小時(shí)),中度刺激。家兔經(jīng)皮開放性刺激試驗(yàn):500mg,輕度刺激。亞急性和慢性毒性:兔吸入26000mg/m3,4h/d,40天,貧血,血糖升高。貓吸入10000mg/m3,6h/d,6天,呼吸頻數(shù)。

在開展VOCs減排工作前，A車間的產(chǎn)品噴涂生產(chǎn)線上(包括噴漆及晾干過(guò)程)，產(chǎn)生的漆霧和VOCs，均未經(jīng)凈化設(shè)備處理，直接被排放至大氣中。在A車間內(nèi)，產(chǎn)品的噴涂流程，如圖1所示。

圖1A車間產(chǎn)品的噴涂流程

在A車間浸涂生產(chǎn)線上(包括浸涂及晾干過(guò)程)，產(chǎn)生的VOCs，也未經(jīng)凈化設(shè)備處理，直接被排放至大氣中。A車間產(chǎn)品的浸涂流程，如圖2所示。

圖2A車間產(chǎn)品的浸涂流程

在B車間的產(chǎn)品噴涂區(qū)域內(nèi)(包括噴漆及晾干過(guò)程)，由噴漆產(chǎn)生的漆霧及VOCs排放物，均未經(jīng)凈化設(shè)備處理，直接被排放了。B車間產(chǎn)品的噴漆流程，如圖3所示。

圖3B車間產(chǎn)品噴涂生產(chǎn)線

在開展VOCs減排工作前, A車間的油漆有機(jī)溶劑消耗量，為63 t/a。在稀釋劑中，有機(jī)溶劑的消耗量，為187 t/a?？傆袡C(jī)溶劑消耗量，為250 t/a，其中二甲苯消耗量，為42 t/a。這些有機(jī)溶劑100%呈無(wú)組織排放。在B車間，油漆中的有機(jī)溶劑消耗量，為1.25 t/a。在稀釋劑中，有機(jī)溶劑的消耗量，為1.2 t/a?？傆袡C(jī)溶劑消耗量，為2.45 t/a，其中二甲苯消耗量，為0.95 t/a，仍然呈100%的無(wú)組織排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該企業(yè)排放VOCs的總量，為252.45 t/a。

3　基于“現(xiàn)狀樹”的果-因-果分析

根據(jù)該企業(yè)的生產(chǎn)情況，造成VOCs排放超標(biāo)的原因有多個(gè)方面。為了明確各種原因的主次關(guān)系，現(xiàn)限定一定數(shù)量的問(wèn)題作為分析對(duì)象，并根據(jù)分析的深入程度，再進(jìn)一步增加其它影響因素。通過(guò)對(duì)該企業(yè)的監(jiān)督檢查及調(diào)研工作，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生污染的原因，主要存在于幾個(gè)方面。

(1)涂裝作業(yè)時(shí)，未按照操作規(guī)程進(jìn)行。

(2)在原輔料中，VOCs的含量過(guò)高。

(3)對(duì)最新的環(huán)境保護(hù)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，不甚了解。

(4)涂裝作業(yè)所在車間內(nèi)存在大量刺激性氣體。

(5)僅以生產(chǎn)效益作為考核指標(biāo)。

(6)近年來(lái)，國(guó)家環(huán)境保護(hù)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)中的指標(biāo)，已越來(lái)越高。

(7)車間的現(xiàn)場(chǎng)上，放置了大量油漆桶及稀釋劑桶。

(8)廠區(qū)周邊的居民不斷地進(jìn)行投訴。

通過(guò)梳理，對(duì)各項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行存在性和清晰度的驗(yàn)證和描述，從而對(duì)產(chǎn)生VOCs的原因，有了更明確的了解。整理后的相關(guān)內(nèi)容，如表4所示。

表4問(wèn)題存在性和清晰度驗(yàn)證

序號(hào)最初問(wèn)題存在性和清晰度驗(yàn)證1涂裝作業(yè)時(shí),未按照操作規(guī)程進(jìn)行。為了追求效率,在涂裝作業(yè)時(shí),存在隨意刷涂的現(xiàn)象,導(dǎo)致油漆的大量耗費(fèi)。2在原輔料中,VOCs的含量過(guò)高。對(duì)原輔材料的采購(gòu)要求,僅以符合工藝要求為標(biāo)準(zhǔn),忽視環(huán)保方面的要求。如高品質(zhì)、低VOC含量的原輔材料,將導(dǎo)致價(jià)格偏高。3對(duì)最新的環(huán)境保護(hù)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn),不甚了解。設(shè)計(jì)、工藝、制造等部門,不了解環(huán)保政策中的相關(guān)規(guī)定。4涂裝作業(yè)所在車間存在大量刺激性氣體。涂裝作業(yè)場(chǎng)所內(nèi)的VOCs濃度比較大。5僅以生產(chǎn)效益作為考核指標(biāo)。工藝、制造等部門,僅以生產(chǎn)效益的達(dá)成,作為績(jī)效工作的重點(diǎn)。6近年來(lái),我國(guó)環(huán)境保護(hù)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo),越來(lái)越高。我國(guó)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)中的要求,比以往更高,對(duì)VOCs排放指標(biāo)要求更加嚴(yán)格。7車間現(xiàn)場(chǎng)內(nèi),放置了大量的油漆桶及稀釋劑桶。不能及時(shí)處置已經(jīng)使用過(guò)的油漆桶及稀釋劑桶。8廠區(qū)周邊的居民不斷地進(jìn)行投訴。廠區(qū)周邊的居民經(jīng)常性向政府環(huán)保部門投訴。

根據(jù)存在的問(wèn)題，確定各問(wèn)題之間存在的果-因-果關(guān)系。從分析可知，在果-因-果關(guān)系中，主要有2種類型。一種是由共同原因?qū)е逻B接2個(gè)或2個(gè)以上關(guān)聯(lián)的果-因-果關(guān)系，這種關(guān)系被稱為“V形連接”，另一種類型是1個(gè)問(wèn)題構(gòu)成了另1個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生的原因，這種連接關(guān)系被稱為“線形連接”[5]。

根據(jù)該企業(yè)面臨的問(wèn)題，著手分析問(wèn)題中的第5點(diǎn)“僅以生產(chǎn)效益的達(dá)成作為其目標(biāo)”，導(dǎo)致了生產(chǎn)中以效率為先、忽視作業(yè)培訓(xùn)及對(duì)自身環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)。企業(yè)為了降低單位產(chǎn)品生產(chǎn)成本，而采用傳統(tǒng)的批量生產(chǎn)方式。為了降低企業(yè)的采購(gòu)成本，對(duì)原輔材料的采購(gòu)僅以符合工藝要求為標(biāo)準(zhǔn)，而忽視環(huán)保方面的要求。企業(yè)在采購(gòu)原輔材料(油漆、稀釋劑)的過(guò)程中，更傾向采購(gòu)?fù)瑯訚M足工藝要求，但VOCs含量較高，且價(jià)格偏低的油性油漆，這就與第2點(diǎn)“原輔材料中VOCs含量過(guò)高”聯(lián)系了起來(lái)。第4點(diǎn)“涂裝作業(yè)所在車間存在大量刺激性氣體”，則是導(dǎo)致第8點(diǎn)“廠區(qū)周邊的居民不斷地進(jìn)行投訴”的原因，進(jìn)而導(dǎo)致了環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)的加重，以至于面臨罰款或者停產(chǎn)停業(yè)整頓的嚴(yán)重后果。因此，通過(guò)以“V形連接”和“線形連接”為基礎(chǔ)，分析問(wèn)題之間的果-因-果聯(lián)系，繪制了分析對(duì)象之間的聯(lián)系并構(gòu)成現(xiàn)狀圖。采用樹形結(jié)構(gòu)，搭建了各種問(wèn)題與之間的因果關(guān)系。將企業(yè)面臨的一系列問(wèn)題，通過(guò)邏輯思維的方法，將各類問(wèn)題有機(jī)地聯(lián)系在一起，進(jìn)而才能識(shí)別造成不良效應(yīng)的核心。該企業(yè)VOCs排放的現(xiàn)狀樹，如圖4所示。

圖4企業(yè)VOCs排放現(xiàn)狀樹

4　提出減排方案

根據(jù)“現(xiàn)狀樹”的分析結(jié)果，認(rèn)為是相關(guān)人員淡化了環(huán)保意識(shí)，導(dǎo)致以生產(chǎn)效益的達(dá)成作為績(jī)效的重點(diǎn)。而產(chǎn)品產(chǎn)量的增加，則會(huì)使涂裝工序的生產(chǎn)壓力更重，現(xiàn)場(chǎng)不可避免地堆放了大量油漆桶、稀釋劑桶，造成VOCs的大量揮發(fā)，不僅影響員工的健康，還導(dǎo)致周邊居民的投訴，增加了企業(yè)環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致企業(yè)面臨罰款、停業(yè)整頓等嚴(yán)重后果。在第2種問(wèn)題中，是要保證排放指標(biāo)的達(dá)標(biāo)，降低排產(chǎn)，由于此類問(wèn)題的存在，可能導(dǎo)致企業(yè)無(wú)法完成訂單，無(wú)法完成生產(chǎn)指標(biāo)，將降低企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力，影響企業(yè)的發(fā)展。分析了該企業(yè)的具體情況后，希望尋求有效的措施，及時(shí)處置生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的VOCs，減少VOCs的排放，才是解決實(shí)際問(wèn)題的關(guān)鍵。針對(duì)這些問(wèn)題，可以從各個(gè)節(jié)點(diǎn)提出有效的解決方法。

(1)源頭控制

采用水性丙烯酸漆替代醇酸底漆，可從源頭上減少VOCs的產(chǎn)生。

(2)改進(jìn)工藝

將噴漆及烘干操作，置于獨(dú)立的密閉空間內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)密閉空間內(nèi)的送排風(fēng)系統(tǒng)，保持密閉空間內(nèi)的氣壓處于負(fù)壓狀態(tài)，可大大改善原本無(wú)組織的排放狀態(tài)。

設(shè)計(jì)通過(guò)式的噴漆生產(chǎn)線，采用捕集罩隨著噴漆工位移動(dòng)。晾干時(shí)，捕集罩仍置于晾干工位之上，可有效捕集VOCs，并將VOCs引入后續(xù)處理系統(tǒng)，然后進(jìn)行排放處理。

(3)末端治理

對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的凈化方法，主要有冷凝法、吸收法、吸附法、燃燒法、氧化法和生物法，可根據(jù)產(chǎn)品的特性，選取合適的VOCs處置方法。

該電站制造企業(yè)針對(duì)膜式壁、集箱管系、汽包化工產(chǎn)品，采用設(shè)置密閉式專用噴烘一體室噴漆，并用活性炭吸附有機(jī)溶劑排放的廢氣。利用噴漆廢氣經(jīng)水旋處理，去除漆霧，再經(jīng)過(guò)活性炭吸附和催化燃燒系統(tǒng)處理后，通過(guò)排氣筒進(jìn)行排放。將烘干廢氣直接引入燃燒器，重新進(jìn)行催化燃燒，凈化后，再通過(guò)排氣筒排放。該企業(yè)的末端治理工藝流程，如圖5所示。

圖5末端治理的工藝流程

在減排治理工作開展前，該企業(yè)VOCs的排放總量，為252.45 t/a。經(jīng)減排治理措施實(shí)施后，該企業(yè)VOCs的產(chǎn)生量，為110.41 t/a，對(duì)排放總量的處理效率超過(guò)93%，該企業(yè)VOCs的減排量，為103.19 t/a。

(4)運(yùn)行控制

健全和完善VOCs的排放制度、建立VOCs排放設(shè)施的運(yùn)行和維護(hù)保養(yǎng)記錄制度。

(5)教育培訓(xùn)

建立職業(yè)健康檔案，對(duì)涂裝作業(yè)員工進(jìn)行職業(yè)危害告知及安全教育。

(6)合規(guī)性評(píng)價(jià)

定期進(jìn)行合規(guī)性評(píng)價(jià)，更新企業(yè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中相關(guān)的環(huán)保法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程中是否觸犯法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證。

(7)日常監(jiān)控

建立和完善VOCs排放控制定期監(jiān)測(cè)、巡檢制度，建立和完善激勵(lì)制度。加強(qiáng)日常巡檢，避免發(fā)生跑冒滴漏事故的發(fā)生，確保各系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(8)建檔及申報(bào)

建立VOCs排放控制信息管理臺(tái)賬，定期申報(bào)VOCs排放量等信息。

5　結(jié)　語(yǔ)

分析了該企業(yè)的生產(chǎn)制造情況，針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中VOCs的排放來(lái)源，提出了相應(yīng)的減排措施。目前，該企業(yè)已完成對(duì)VOCs排放的治理，取得了明顯的效果，現(xiàn)階段的VOCs排放，已符合我國(guó)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)以及地方標(biāo)準(zhǔn)的要求。

參考文獻(xiàn):

[1] 王海林，張國(guó)寧，聶磊，等.我國(guó)工業(yè)VOCs減排控制與管理對(duì)策[J]．環(huán)境科學(xué)，2011，32(12) ：3462-3468.

[2] 林立，魯君，王英歌.國(guó)內(nèi)外VOCs 排放管理控制歷程[J]．環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2011，23(5) : 12-16.

[3] DB 31/933-2015,大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn) [S].

[4] DB 31/1025-2016,惡臭(異味)污染物排放標(biāo)準(zhǔn) [S].

[5] 金升龍.制約理論/突破企業(yè)經(jīng)營(yíng)瓶頸的有效方法[M].廣州：廣東省出版集團(tuán)，2014.