木質家具制造業VOCs污染源源強核算方法及污染防治措施探討

王夢瑩

（湖南景新環保科技有限責任公司，湖南 株洲 412000）

揮發性有機物（VOCs）是常壓下（101.3 kPa）沸點小于等于250 ℃的有機化合物[1]。從環境角度衡量，VOCs主要是指參與大氣光化學反應的有機化合物，包括非甲烷烴類（烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴、鹵代烴等）、含氧有機化合物（醛、酮、醇、醚等），含氮有機化合物、含硫有機化合物等。所以VOCs是形成臭氧（O3）和二次有機氣溶膠（SOA）的重要因素[2]，因此，控制VOCs的排放是改善區域復合型大氣污染的有效途徑。

家具制造業作為我國重要的民生產業，在滿足人們消費需求、促進就業增長、推動區域經濟發展等方面起著重要作用。自我國《大氣污染防治行動計劃》實施以來，相繼出臺了《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》、《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》、《2020年揮發性有機物治理攻堅方案》等文件。當前，家具制造業被列為VOCs綜合治理重點行業之一，該行業主要包括木質家具、竹藤家具、金屬家具、塑料家具以及其他家具制造，其中，以木質家具制造和金屬家具制造為主。本文以岳陽地區某木質家具廠為例，依據《排污許可證申請與核發技術規范 家具制造工業》（HJ 1027－2019）、《污染源源強核算技術指南 準則》（HJ884－2018），同時，結合行業污染防治可行技術指南、排放控制標準，對木質家具制造業VOCs污染源源強的核算方法及其污染防治措施進行了探討。

1 木質家具制造業VOCs的主要來源及產排特征

木質家具生產主要包括機械加工、施膠組裝、涂裝三大工藝，其中涂裝包含噴漆、干燥、打磨等工序。目前，典型的木質家具生產工藝流程及VOCs產生環節如圖1所示。木質家具制造業VOCs主要來源為：①調膠、拼板工序中使用的膠粘劑；②底漆調漆、噴漆、干燥工序中使用的涂料、稀釋劑及固化劑；③面漆調漆、噴漆、干燥工序中使用的涂料、稀釋劑及固化劑。

圖1 典型木質家具生產工藝流程及VOCs產生環節

當前，由于我國木質家具制造業產生的VOCs具有風量大、成分復雜且濃度低等特點，其產排特征因原輔材料的類型及使用量、生產工藝、收集效率和末端治理效果的不同而有所差異[3]。

2 木質家具制造業VOCs污染源源強的核算方法

通常采用實測法、物料衡算法等核算木質家具制造業揮發性有機物的排放量。其中，實測法是通過測量廢氣排放量及其所含污染物的濃度，來核算污染物排放量的方法，該方法主要適用于通過排氣筒排放且具有有效監測數據的現有污染源。而物料衡算法則是以質量守恒定律為基礎，利用物料投入量等于產出量的關系，計算出污染物排放量。通常，新建的木質家具生產企業會優先采用物料衡算法核算揮發性有機物排放量。下面對岳陽地區某木質家具廠揮發性有機物排放量的核算過程進行介紹。

2.1 涂料用量核算

（1）該木質家具廠的產品為木質柜子、桌椅、房門及床，一般情況下，是根據噴漆家具產量、單位家具平均噴涂面積估算總噴涂面積，詳見表1。在實際生產過程中，各類產品噴涂的涂料種類大致分為3類，分別為聚氨酯清漆、聚氨酯色漆、水性清漆，可根據各類涂料的噴涂面積、干漆膜厚度、涂料密度、體積固體含量、損耗率分別計算各類涂料用量，計算結果詳見表2。根據溶劑型涂料與固化劑、稀釋劑的調配比例可計算出固化劑用量和稀釋劑用量。涂料用量計算公式為：

表1 木質家具廠噴涂面積核算

表2 木質家具廠涂料用量核算

式中，Ui為第i種涂料年用量（t/a）；Si為第i種涂料年噴涂面積(m2/a)；Di為第i種涂料的干漆膜厚度(μm)；LRi為第i種涂料噴涂過程中的損耗率(%)；ρi為第i種涂料的密度（g/cm3）；NVvi為第i種涂料的體積固體含量（即不揮發物體積分數），根據《色漆和清漆通過測量干涂層密度測定涂料的不揮發物體積分數》（GB/T 9272－2007）中規定的方法，通過測量任何規定溫度范圍以及干燥或固化時間內的干漆膜密度，測定涂料體積固體含量(%)。NVvi計算公式為：

式中，NVmi為第i種涂料的質量固體含量（即不揮發物質量分數）（%）；ρ′i為第i種涂料的干漆膜密度（g/cm3）。

2.2 污染物排放量核算

（1）物料衡算法核算全廠VOCs排放量的計算公式為：

式中，E排放為核算時段內全廠揮發性有機物的實際排放量，t/a；Ui為核算時段內使用的第i種涂料、稀釋劑、固化劑、膠粘劑的用量，t/a；Vi為核算時段內使用的第i種涂料、稀釋劑、固化劑、膠粘劑中揮發性有機物的含量，%，可將具有CMA和CNAS資質的第三方檢測機構出具的原輔材料檢驗報告，或供貨商提供的原輔材料化學品安全技術說明書（MSDS）等資料作為核定依據，若資料中的揮發性有機物含量數據在一定范圍內，取其范圍的中間值；E去除為核算時段內經過廢氣治理設施的揮發性有機物去除量，t/a；E處置為核算時段內各種溶劑與廢棄物（含固體和液體）回收物中揮發性有機物的量之和，t/a；n為核算時段內使用的涂料、稀釋劑、固化劑、膠粘劑的種類。

式中，ɑ為核算時段內揮發性有機物的收集率，%；η為核算時段內廢氣治理設施對揮發性有機物的去除率，%，當存在兩種或兩種以上廢氣治理設施聯合處理時，綜合去除率η按下式計算：

式中，ηi為第i種治理設施的處理效率。

式中，Wj為核算時段內廢棄物或溶劑j的處置或回收量，以企業委托有資質的接收單位出具的發票等憑證為核算依據，t/a，不包括排污單位對回收溶劑進行提純后回用的量；WFj為核算時段內處置的廢棄物或回收溶劑j的揮發性有機物質量百分比含量，根據檢測機構出具的檢驗報告確定，%；m為核算時段內處置的溶劑或廢棄物種類。

（4）該木質家具廠揮發性有機物的產污環節為調膠、拼板、調漆、噴漆、干燥等工序。其中，調膠及拼板工序采用聚乙酸乙烯酯類水基型膠粘劑，該膠粘劑檢驗報告中未檢出苯、甲苯、二甲苯，但含有少量游離甲醛，涉及的揮發性有機物包括甲醛、VOCs。根據供貨商提供的化學品安全技術說明書，涂料、稀釋劑及固化劑中不含苯，涉及的揮發性有機物包括甲苯、二甲苯、甲醛、VOCs。該廠揮發性有機物產生量核算結果詳見表3。

表3 木質家具廠揮發性有機物產生量核算結果

（5）調漆間、噴漆房及晾干房均為密閉車間且保持微負壓狀態，廢氣捕集率不低于95%。有機廢氣通過微負壓方式收集至廢氣處理系統，處理工藝為“水簾過濾+水噴淋+水霧攔截箱+過濾棉+光催化氧化+活性炭吸附”。其工藝過程為噴漆房廢氣先經水簾柜、水噴淋塔去除大部分漆霧，再經水霧攔截箱、過濾棉過濾除濕；然后與調漆間廢氣及晾干房廢氣進入光催化氧化裝置，在臭氧的強氧化作用下使揮發性有機物分解成二氧化碳、水等小分子物質；最后經活性炭吸附裝置處理后達標排放。在實際應用中，光催化氧化法對揮發性有機物的去除率可達到70%，活性炭吸附法對揮發性有機物的去除率可達到80%，故廢氣處理系統對揮發性有機物的綜合去除率為94%，由此可核算出經過廢氣治理設施的揮發性有機物去除量E去除。由于該核算時段內不涉及溶劑或廢棄物的回收或處置，故E處置=0。該廠揮發性有機物排放量核算結果詳見表4。

表4 木質家具廠揮發性有機物排放量核算結果

3 木質家具制造業VOCs污染防治措施

木質家具制造業應從以下幾方面進行VOCs污染防治。

3.1 源頭削減

在原輔材料方面，馬榮真等[4]研究結果表明，溶劑型涂料排放的VOCs平均濃度遠高于水性涂料，溶劑型涂料排放的VOCs的臭氧生成潛勢（OFP）和二次氣溶膠生成潛勢（SOAFP）均明顯高于水性涂料。其中，水性膠粘劑中VOCs含量較低。因此，企業應使用符合國家有關低VOCs含量產品規定的水性、粉末、輻射固化等涂料替代溶劑型涂料，可從源頭減少VOCs的產生。而在工藝方面，可采用往復式自動噴涂箱、機械手、靜電噴涂、輥膠技術，以減少使用手動空氣噴涂技術，從而提高涂料、膠粘劑的利用效率。

3.2 過程控制

王瑞鵬等[5]研究發現，車間內VOCs濃度主要與涂料類型、涂料使用量、車間空間大小及密閉性有關。因此，企業應規范涂料及其輔助材料、膠粘劑等含有VOCs原料的儲存、轉移、調配、使用等操作條件，推行密閉化生產[6]。例如：涂料、稀釋劑、固化劑、膠粘劑等VOCs物料應儲存于密封容器內，盛裝VOCs物料的容器應存放于室內或滿足防雨、遮陽、防滲條件的專用場地內；盛裝VOCs物料的容器在非取用狀態時應加蓋密封；VOCs物料轉移應采用密閉管道或密閉容器；當應用VOCs質量占比大于等于10%的膠粘劑、涂料時，其調配、施膠、涂裝等過程應在密閉空間內操作，廢氣應收集至VOCs廢氣處理設施，無法密閉的則應設置局部氣體收集裝置，廢氣應收集至VOCs廢氣處理設施，廢氣局部收集裝置排風罩（集氣罩）的設置應符合《排風罩的分類及技術條件》（GB/T 16758－1997）的規定，確保廢氣的收集效率；當VOCs物料使用結束后，應將剩余的VOCs物料通過密閉管道或密閉容器送回至儲存間；而沾染VOCs物料的廢棄包裝物以及含VOCs廢料等危險廢物應密封儲存于危廢暫存間。綜上所述，企業應通過提升設備及車間的密閉化水平、規范操作條件，盡可能將無組織逸散的VOCs轉變為有組織排放。

3.3 末端治理

木質家具制造業VOCs末端治理應綜合考慮企業生產工藝、運行工況、含VOCs原輔材料使用情況以及廢氣收集效率等因素，要采取分類要求的原則。若企業在同一工序所有工作時段內使用的含VOCs原輔材料全部符合國家規定的低VOCs含量產品要求，或可以保證在最不利生產工況下NMHC初始排放速率不超過3 kg/h（重點地區2 kg/h），且廢氣收集系統符合標準規定的前提下，且在廢氣集中收集、除塵后，VOCs排放濃度及排放速率穩定達標的，相應的生產工序可以不安裝VOCs廢氣處理設施[1]。而對于不符合上述情形的工序，則應在廢氣收集系統之后設置VOCs廢氣處理設施。如施膠廢氣宜采用“吸附濃縮+高溫焚燒/催化燃燒”處理方式[1]。涂裝廢氣應設置高效漆霧預處理裝置，宜采用水簾+多級干式過濾除濕聯合裝置[1]。預處理后的涂裝廢氣宜采用“吸附濃縮+高溫焚燒（RTO）”或“吸附濃縮+催化燃燒（CO/RCO）”等組合處理方式，而小風量低濃度的廢氣或不適合采用濃縮脫附的廢氣可采用一次性活性炭吸附等工藝[1]，且要定期更換吸附飽和的活性炭，更換后的廢活性炭應按危險廢物處置。

3.4 環境管理

環境管理包括臺賬記錄、監測監控制度、非正常工況申報、內部考核制度等。管理臺賬應詳細記錄企業生產設施運行情況（產品產量、涂裝面積、含VOCs原輔材料的VOCs含量及使用量等）、廢氣收集系統運行情況（控制風速、輸送管道的密閉性等）、廢氣處理設施運行情況（廢氣量、吸附劑更換周期和更換量、催化劑更換周期和更換量、廢氣處理設施進出口污染物監測濃度、溫度、含氧量等），臺賬保存期至少三年。VOCs廢氣處理設施進出口管道上均應設置符合監測規范要求的采樣孔和采樣平臺[1]。對于納入重點排污單位名錄的家具制造企業，其廢氣主要排放口應安裝自動監控設施，并確保可實時調取在線監控參數。對于符合要求的不安裝VOCs廢氣處理設施的企業，應設置VOCs在線監控預警系統[6]。此外，當出現廢氣處理設施故障或停運、突發環保事故等情況時，企業應及時處理，并向當地生態環境主管部門報告[6]。同時要健全內部考核制度，加強相關人員的培訓和技術交流。

4 結語

綜上所述，木質家具制造業的VOCs排放量可采用實測法、物料衡算法等進行核算，而新建企業應優先采用物料衡算法。在實際防治過程中，企業應提升源頭非溶劑型低VOCs含量涂料及水性膠粘劑的使用比例，可采用連續自動涂裝技術，加強過程控制，推行密閉化生產，選擇高效、技術成熟穩定的廢氣治理設施，并加強設備運行維護和人員培訓，以此提升污染防治水平。