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美国喷涂职业废气处理方针与研讨

作者: 人气:发表时间:2020-02-17
美国喷涂职业废气处理方针与研讨
摘要:总结了美国的清洁空气法、国家有毒空气污染物排放规范、高可实现操控技能、操控技能攻略等联邦法规方针,美国南海岸空气质量办理区、纽约州等区域涂料VOCs管控办法,以及涂料职业较为老练的VOCs废气处理技能,并评价了其典型操控技能和方针法规的施行效益、经济影响。
 
 
 
涂料职业是我国VOCs污染的首要来历之一,据估算2010年我国涂料使用进程的VOCs排放量约为223.5万t,占当年全国人为源VOCs排放总量的13%。因为涂料基数中大量使用了蒸发性有机溶剂、助剂等,在涂装进程中溶剂型涂料有50%以上的VOCs排放到大气中,其间大都含有可对人体内脏造成毒害甚至致癌效果的苯、甲苯、二甲苯、氯苯、丁醇、环己酮、环己烷和乙酸丁酯等有毒有害物质。部分具有光化学反响活性的VOCs排放至大气中后,会与NOx等气体经过复杂的化学和光化学效果形成臭氧、光化学烟雾等,最终损害人类健康和区域生态环境安全。
 
 
现阶段我国VOCs操控才刚刚起步,系统性不强、职业针对性差、操控不完全等问题较为杰出。废气办理方面,产品类型单一、技能水平落后、产品运行维护差。我国在“十二五”期间将VOCs列为要点污染物,以“三区六群”(京津冀、长三角和珠三角区域,辽宁中部、山东半岛、武汉及其周边、长株潭、成渝、台湾海峡西岸等城市群)作为要点管控区域,推进涂料等有机溶剂使用量大的典型职业的VOCs污染联防联治作业,因而有必要借鉴国外VOCs废气处理方针、法规和技能方面的宝贵经历。
 
 
在美国,人们已经认识到能够经过削减VOCs的排放量来到达国家环境空气质量规范(NAAQS)中的臭氧含量要求,因而,先后拟定和施行了一系列针对涂料职业VOCs污染操控的法令法规,促进了职业工艺水平和污染操控技能的开展,有用地削减了VOCs的排放,为涂料职业的环境维护作业带来了极大的促进效果。本研讨针对美国涂料职业VOCs污染排放规范、办理策略、操控技能等进行了剖析,为我国往后在该领域的VOCs废气办理作业供给必定的启示。
 
 
01美国VOCs污染操控方针和技能
 
 
1.1联邦政府方针法规
 
1.1.1清洁空气法(CAA)及其修正案
 
 
CAA是美国环境空气质量维护的根底法令,美国环保总署(EPA)以该法作为基本依据树立了NAAQS等一系列重要法令法规作为弥补,构成了联邦核心法规(CFR)。1990年经过的《清洁空气法修正案》(CAAA)要求采取严厉办法,到2000年下降70%VOCs排放量。在对涂料职业的操控方面,规则工业涂料的VOCs(稀释后)排放限值为420g/L。CAAA列出的189种禁止或约束排放的有毒有害物质中70%为VOCs,包含了甲醇、甲乙酮、甲苯等几乎所有涂料中常用的有机溶剂。
 
 
1.1.2新污染源行为规范(NSPS)
 
为促进大气污染操控技能的推行使用,减缓空气污染问题,同时考虑到技能本钱、健康和环境影响、能源需求等要素,依据1977年《清洁空气法》拟定了NSPS,它定义了限值和对特定排放单元的检测办法及VOCs排放限值等,目前为止已发布的涂料职业规范有轿车和轻型货车、金属家具、大型家电、金属线圈、饮料罐、压敏胶带和标签等外表喷涂作业VOCs排放规范。
 
 
1.1.3国家有毒空气污染物排放规范(NESHAPs)
 
喷漆职业废气处理规范
 
依据国会的要求,EPA须树立规范和办理办法操控导致癌症或其他严重影响健康的风险空气污染物的来历。1992年7月16日,EPA发布了首一批排放有毒空气污染物源类别清单,该名单包含了工业外表涂装VOCs污染源。为确保有用削减该类污染物,EPA将CAAA列出的风险空气污染物按不同污染源拟定了国家排放规范,表1给出了部分工业维护外表涂装的有机有毒空气污染物(OHAP)约束要求。为很大极限地削减HAP的排放,EPA专门建立了高可实现操控技能(MACT),经过很合适的清洁生产工艺、操控技能、操作手法等途径到达约束要求。对HAP污染源实行严厉的废气处理办法。对现有污染源,①若有30个以上同类污染源,MACT底线应到达最佳的前12%企业的均匀限值;②若同类污染源小于30个,应到达前4名的均匀限值。对于新污染源,须到达现有同类污染源的很好操控水平。

 
1.1.4操控技能攻略(CTG)
 
废气处理规范
 
清洁空气法的第183(e)条款要求美国环保署对消费和商业品产生的VOCs的排放量进行办理。为了对VOCs污染源进行监管,协助国家和地方到达空气质量规范,EPA编制了CTG,对船舶制作、家具、大型家电涂装等均提出了具体排放约束要求及操控办法(见表2)。CTG虽不归于法规,但各州须以此为辅导文件,拟定相应的法令规范,作为减排计划的一部分。
 
 
1.1.5国家消费和商业产品VOCs排放规范
 
 
(1)修建涂料VOCs排放规范
 
 
EPA对消费产品和工业产品的VOCs释放进行的一项查询研讨发现修建涂料的VOCs释放量约占所有消费产品和工业产品的9%,而且修建涂料更与人们的日子密切相关,所以该规范的拟定与施行对于削减大气污染、维护生态环境有着重大含义。1999年9月13日起,在美国生产和配送修建涂料将依照此规范要求执行。
 
 
(2)轿车修补涂料VOCs排放规范
 
1999年1月11日以后在美国境内出售、配送的轿车如客车、货车、货车和其他移动设备,零部件涂装涂料、修补涂料要求依照该规范执行(见表3)。
 
 
涂装职业废气处理规范
 
(3)气溶胶涂料VOCs排放规范
 
EPA认为经过操控具有高化学反响活性的VOCs排放量能够更有用地下降地面臭氧浓度,因而,EPA选用了根据化学反响活性限值操控的气溶胶涂料VOCs排放规范。该规范规则了产品的化学反响活性值的计算办法,并对监管方针(气溶胶产品标签上注明的或指定产品配方的生产商、进口商、经销商)提出了建立相关的产品标识、记载、上报的要求。规范于2009年1月1日起执行,最迟执行时间为2011年1月1日。
 
1.2地办法规
 
除了上述联邦法规、操控技能辅导以外,各区域对VOCs排放也拟定了严厉的约束要求。
 
1.2.1区域性法规
 
 
为促进区域性废气办理,美国设有多个区域性的管辖区,如南海岸空气质量办理区(AQMD)、加州空气资源委员会(CARB)、东北臭氧迁移委员会(OTC)等。
 
 
以AQMD为例,针对游艇、金属零部件及产品、轿车生产线、金属容器、密封件和线圈、电磁线、气溶胶涂料、木材产品、修建等方面的涂料使用均有具体的VOCs规范,并依据需要不断更新。如为操控大小船舶及其辅助设备、海上浮标、石油钻井平台等方面海洋涂料的VOCs排放建立了1106条例(游艇另设专门的规则),规则了具体的涂料VOCs含量和排放限值、可替代的污染操控办法及VOCs削减功率核算办法、VOCs检测剖析手法。
 
1.2.2州级法规
 
一般情况,各州须依据自身的实践情况,以州施行计划等方式拟定操控要求,强制性要求其他政府部门、企业、机构共同操控和削减污染。如纽约州1979年7月24日收效的《外表涂装工艺州施行计划》,要求企业严厉依照该法规要求执行以下条款:①申请外表涂装生产线许可证;②供给合理可到达技能(RACT)的检测陈述;③安装污染操控设备,并限定生产线VOCs排放量;④定时向环保局提交记载陈述,上报生产进程中质料(包含溶剂)的购买量、使用量和产值,生产工艺中VOCs实践含量,污染操控设备的去除功率数据;⑤企业自行测定涂装生产线的蒸发性有机物质含量、水含量、密度、固体体积和固体质量来确定实践的VOCs含量(取样和剖析的办法由相关法规规则);⑥溶剂的贮存清洗需选用避免泄露和蒸发的操控办法。
 
1.3VOCs办理技能
 
 
美国海湾区域空气质量办理区(BAAQMD)辅导文件、加州空气污染操控协会(CAPCOA)信息中心、清洁空气技能中心(CATC)空气污染技能陈述等均供给了典型职业很好的可行操控技能(BACT)的技能信息,用以协助企业达标排放。其间,涂料职业常用的操控技能首要分为两类:焚烧技能和吸附技能。焚烧技能首要用于烘干室排放的含VOCs废气的办理;吸附技能处理低浓度的喷涂室排放的尾气。各职业的外表涂装VOCs操控技能见表4。
 
 
涂料废气处理工艺
 
 
1.3.1焚烧技能
 
直接焚烧法适用的VOCs污染源广泛,特别是高浓度低风量区域的VOCs废气。一般直接热力焚烧器的处理风量在0.24~24m3/s。很合适的进口浓度为1500~3000×10-6(体积分数,下同),该浓度规模能够保持反响器维持在高温而且不需要增加额外的燃料。换热焚烧法则适用于0.24~24m3/s的气流。归纳考虑经济和技能性,很适用处理的浓度规模是1500~3000×10-6,一般很高处理浓度必须低于1/4的爆破极限浓度。直接焚烧和换热焚烧反响器具有许多相似之处:①正常作业温度均在590~650℃之间,处理有害污染物时操作温度可到达980~1200℃;②均不适合处理含卤素或含硫废气,因为生成的HCl、HF和SO2等强酸性化合物会腐蚀反响器;③一般不需要前处理办法;④处理低浓度高流量的废气经济性较差。
 
蓄热焚烧法适用于办理浓度小于1000×10-6、风量大于2.4m3/s的VOCs废气。该法的处理风量规模在2.4~240m3/s之间,适于浓度小于100×10-6的气体。废气进入反响器前需要预先去除颗粒物,作业前选用天然气燃料预热气体使温度升至760~820℃(高操作温度1100℃)。反响器中参加贵金属催化剂能够降解含氯等卤族气体,但废气中存在硅、磷、砷等其他重金属物质会使催化剂中毒。催化焚烧法适合的废气流量在0.33~24m3/s,能够处理浓度低于1×10-6的废气。因为使用了催化剂,其反响温度比热力焚烧的温度低,废气进入催化剂床层前选用辅助加热器加热至320~430℃,催化剂高的规划作业温度可达540~675℃。
 
 
1.3.2吸附技能
 
 
吸附技能可将VOCs浓度从400~2000×10-6下降至50×10-6,处理废气的浓度规模在20×10-6到1/4爆破浓度极限之间,风量大于2.4m3/s。常用的吸附剂有活性炭、有机聚合物、沸石等。活性炭的替换频率是6个月至5a,尽管活性炭的替换频率比沸石和有机聚合物高,但价格便宜,因而应用相对广泛些。活性炭的再生温度是218~318℃,再生后的吸附容量约为初始吸附容量的50%。一般活性炭吸附装置后还能够衔接焚烧/催化焚烧反响器或者冷凝器进一步降解或回收VOCs。
 
 
1.3.3操控技能经济剖析
 
 
EPA对典型操作条件下的热力焚烧、活性炭吸附(选用蒸汽再日子性炭)等操控技能进行了的经济剖析(不包含前处理费用),如表5所示。
 
 
涂装废气处理
 
 
02施行效益与本钱评价
 
 
美国逐步发布的涂料职业VOCs污染的操控法规,特别是1990年的CAAA,对VOCs污染物的排放提出了极为严厉的约束要求,其间第183(e)款要求EPA必以很好可行操控(BAC)规范企业生产行为,即在归纳考虑技能经济可行性,健康、环境和能源影响的根底上,所确定的排放办理操控手法必选用很有用的设备、办法、工艺、办法、系统或技能,包含化学配方重组、质料或产品替代、重新包装、使用、消费、存储或处置等。根据这些规则,随后拟定和完善的一系列法规规范促进工业界不断改进工艺和创新涂料配方、晋级办理技能,极大地削减了VOCs排放量,使涂料使用进程中蒸发的VOCs总量从1994年的568万t削减到2006年的389万t,取得了骄人的成绩。以下是部分典型职业排放规范的VOCs削减效益和本钱影响评价。
 
 
为到达《国家修建涂料VOCs排放规范》,经过推行对低VOCs含量涂料供给经济鼓励等可促进产品到达BAC的要求。另外产品配方重组被认为是在经济技能上最可行的策略,包含涂料中VOCs含量的适当调整,树脂技能的改动。该法规的施行可削减约103000t/a的VOCs污染物,排放量较1990年下降20.2%。总体而言,修建涂料VOCs排放规范的施行不仅能够削减VOCs的排放、臭氧生成和有害空气污染物的排放,同时也会有利于人们健康和环保。在1990年的工业查询中有64%的产品符合修建涂料规范规则的VOCs含量要求,其余不合格产品调整的花费首要来自新产品的开发、市场调研测试。据EPA估计生产商、进口商支付超标费用,产品的使用者替换涂装设备,产品的记载、报告和检测这3个首要环节,共花费2800万美元。经过本钱效益剖析,法案施行后每减排1tVOCs消耗250美元,对修建涂料的市场价和产值影响不会超过0.1%。
 
 
在美国的《国家轿车修补涂料VOCs排放规范》中,EPA将生产商和进口经销商作为最有用的操控方针,依靠现有的国家和地办法规、涂料产品信息、轿车修补涂料职业反馈的信息,确定VOCs限值规范的技能和经济可行性。此外,因为轿车涂料中所含VOCs也归于有害空气污染物(HAP)的领域,因而轿车制作业也经过选用各种OHAP减排技能的组合下降外表涂装进程的VOCs排放量,如使用低HAP含量的涂料,前进涂料利用率、操控烘干炉尾气以及操控溶剂型涂装生产线自动化喷枪的排气等。该法规预期可削减32500t/a的VOCs排放,与1995年比较排放量削减33%。施行本钱包含涂料制作工艺改造本钱,对涂料生产者、经销商、个体户训练的费用,本钱约为450万美元/a,涂料价格和均匀修理费用上涨0.2%。但与其他具有潜在可用性的操控办法比较,可预测的经济的冲击很小,也更具经济优势。
 
 
EPA预计,《国家气溶胶涂料VOCs排放规范》施行后削减VOCs排放量可达15570t/a,在1990年的根底上减排19.4%。减排量首要会集在气溶胶喷雾涂料制作业,对喷雾涂料使用业、喷雾涂料批发业和喷雾涂料进口业的影响要小得多。原材料价格、技能革新本钱、排污记载保存及上报达标的本钱等会有必定程度的前进。
 
 
03总结和建议
 
经过数十年的尽力,美国先后发布和施行了一系列废气处理法令法规,推进了各职业工艺技能的晋级,有用削减了VOCs的排放,极大改善了区域环境质量。美国在VOCs污染操控法令规范方面积累的先进经历很值得我们学习。
 
(1)VOCs排放规范如NESHAPs等均树立在MACT的根底之上,这不仅确保了首要生产企业在选用较优的VOCs削减办法的前提下到达规范要求,也在必定程度上迫使污染源生产工艺和污染办理技能晋级,促进了工业的良性开展。我国有必要归纳考虑职业工艺前进和办理技能开展情况,当令修订和完善法规系统,在确保法规顺畅执行的同时,促进工业技能晋级改造。
 
(2)污染操控方针遵循先从大的污染源抓起,随时间推移向中小型污染源扩展的的思路,VOCs排放限值及操控技能要求也逐步前进。跟着工业的开展,我国新的污染源不断增加,若维持现有的法规规范不变,污染将会加剧,须尽早修订完善相关法规,依照“污染源由大到小、要求由宽到严”的准则逐步修改污染排放规范。
 
 
(3)为有用保障区域大气环境质量,美国打破各州行政区划的约束,先后划定了AQMD、OTC等多个司法管辖区,拟定专门的VOCs污染物操控方针和办法要求。其跨行政区域的管控经历对于我国在“三区六群”等区域VOCs污染归纳防治作业具有较高的借鉴含义,特别在在合作理念、组织机构、法规系统和资源整合等方面。
 
 
(4)美国联邦政府和各地方政府部门在污染操控上的职责清晰、合作杰出,也是保障各职业约束要求和VOCs减量化目标施行成效的首要原因之一。
 
 
(5)美国的操控规则在内容上比较全方面,除有技能数据,还附加了如何到达这些条款要求的配套技能和导引办法,如CTG、BACT等,确保了执行可操作性。我国有必要经过对科技攻关项目的示范工程、职业界龙头企业的工艺技能生产实践、废气办理职业老练技能产品等进行评价和挑选,树立根据不同职业类别的废气处理先进技能数据库,用以辅导各污染源的废气办理。
 
 
 

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