塗層為金屬等材料提供裝飾和保護功能，塗裝是製造業核心生產工藝之一。傳統塗料在生產和施工中大量使用有機溶劑，溶劑最終揮發到大氣中。隨著我國大氣汙染整治工作持續推進，NOx、SOx、PM等汙染物濃度持續降低，臭氧已經成為上海等地區首要汙染物。VOC(揮發性有機物)是生成臭氧，和SOA(二次有機氣溶膠)的關鍵前體物，SOA也將加劇PM2.5等微顆粒物濃度，以有機溶劑為代表的VOC排放控制日趨嚴格。
隨著生態環境部《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》等相關法規條例的頒布，各省市也相繼制定揮發性有機物治理工作條例或措施，其中工業塗裝都是重點整治行業。中國中車公司為實現環保生產，貫徹實施《中周中車生態保護汙染防治三年行動方案》等文件要求，在塗裝VOC減排方面進行了大量的研究和實踐，效果顯著。
目前VOC減排主要分為源頭消減、過程控制、末端治理3個方向。對於工業塗裝領域，三類措施需要綜合考慮，靈活運用；單獨從某一方面去實現達標排放，其經濟效益和環保效益均很難取得滿意的結果，不利於企業長期競爭力和綠色發展。
一、源頭消減
源頭消減是目前最受關注的方向，被認為是最有效的手段之一。源頭消減嚴格限制塗料中VOC含量，且使用汙染更小的有機溶劑，許多省市紛紛出臺推進源頭減排政策。VOC含量降低能直接減少排放總量和排放濃度，但如果單一追求極小VOC含量，將導致塗料成本顯著上升，施工難度增加以及塗膜綜合性能下降的風險，最終不利於低VOC產品逐步推進。塗料中VOC限值應充分考慮當前技術水平和成本承受能力。源頭消減選用的低VOC含量塗料主要包括：水性塗料、粉末塗料、高固體分(無溶劑)塗料及輻射固化塗料等。
1.1水性塗料
水性塗料採用水為分散介質，替代有機溶劑，其塗裝施工配套設備與溶劑型塗料基本通用，施工技能要求基本相同，產品外觀接近，V0c降幅明顯，是目前最受關注的源頭消減方案。一般工業領域中使用的優質水性塗料，其VOC比傳統溶劑型產品下降80％甚至更多。水性塗料中的有機溶劑主要作為助溶劑，改善塗層成膜及施工性能，其對臭氧反應活性增量小於二甲苯等傳統溶劑，光化學反應水平較低。
對於軌道交通車輛等集中連續生產車間，水性塗料塗裝中產生的廢氣直接排放難度較大，但後處理要求大幅降低。目前中車浦鎮公司城軌車輛塗裝已全部使用水性塗料，多年運行實踐表明：水性塗料施工穩定、性能可靠。水性塗料在某些細節上與溶劑型塗料差異明顯，切換後需要重點關注表面汙染物、施工和乾燥過程中的溫溼度、流掛及痱子等塗膜弊病、塗料運輸和存儲時的環境溫度、修補表面處理要求等。
1.2粉末塗料
粉末塗料是以固體粉末狀態施工到被塗物表面，整個過程不需要溶劑等作為分散介質，塗裝工序接近0VOC排放。應用較多的熱固性粉末塗料其成膜過程主要包括噴塗施工、加熱熔融、流平及固化等。粉末塗裝塗膜外觀優異、性能卓越且綠色環保。
粉末塗料在小型零部件塗裝領域發展迅速，部分大型簡單結構件也有應用。軌道車輛車體塗裝中，粉末塗裝目前還有較大難度。粉末塗料固化溫度一般高達160~200℃，同時地鐵等車體塗層多達3～4層，導致粉末固化工序需要大量的能源和較大的烘烤車間投資。如果能提高車體表面質量，塗裝前少量膩子修補就能達到表面平整度要求，最終實現兩層粉末甚至多層粉末一次烘烤成膜，這樣能極大降低能耗成本，提高效率。粉末塗料多使用靜電噴塗施工，法拉第籠屏蔽效應導致局部複雜結構內部無法成膜，也限制了其推廣應用。
總之，粉末塗料是環保高效的產品，目前在車體的部分金屬板材及內飾件已有成熟應用。隨著低溫固化及2C1B等技術的成熟，粉末塗料的應用範圍將進一步擴大。
1.3高固體分(或無溶劑)塗料
高固體塗料一般指固體分高達80％甚至更高的塗料產品，而無溶劑型塗料其固體分則可能高達96％以上。從單位塗裝面積VOC排放比較，部分高固體分塗料排放量甚至低於水性塗料。高固體分塗料由於其塗料分散體系及配方構成接近傳統溶劑型產品，所以在塗料成本、施工性能、塗層理化指標等方面均有顯著優勢。
目前高固體分塗料產品黏度總體偏高，不添加稀釋劑施工，其塗膜外觀與傳統溶劑型產品及水性塗料尚有較大差距，對產品外觀有較高要求的軌道交通裝備等產品暫不適用。未來隨著高固低黏技術的發展，以及使用低汙染豁免溶劑，高固體分塗料也將成為軌道交通裝備綠色塗料的一個重要組成。
1.4輻射固化(UV)塗料
輻射固化塗料一般是指利用紫外光或電子束實現塗層固化的產品，溼膜中含有大量的稀釋劑，但大部分為不易揮發的活性單體，其固化後成為塗膜的重要組成部分，所以施工過程中VOC揮發量很少。
輻射固化塗料環保、高效、節能，在木材、家具、地板、電子等行業應用廣泛。德國有使用UV塗料整車塗裝的報導，但國內目前還在探索階段，對於軌道交通裝備有以下難點：
1)塗層厚度。光固化塗料需要在紫外光等照射下才能使塗層完成反應，對深層固化和有色塗層固化有一定限制。地鐵用塗料中的顏填料比例較高，光線的穿透能力限制單層塗膜厚度，目前和軌道車輛單層膜厚50～60um的要求有較大的差距。
2)輻射強度。紫外光的輻射強度與被塗裝工件的距離和角度密切相關，而輻射強度又決定產品的固化時間和效果，各個部位獲得均勻的輻射，實現車體複雜部位均勻固化較困難。
二、過程管控
不論水性塗料還是溶劑型塗料，施工時均有VOC釋放，過程管控極為重要。廣泛意義的過程管控包括兩個方面，一方面控制VOC散逸，另一方面降低VOC排放總量。
塗料從開桶混合攪拌就開始不斷向大氣中揮發有機溶劑，而目前大部分單位廢氣處理限於噴塗車間和烘烤車間。調漆間塗料攪拌混合、混合後塗料轉運、露天小面積修補、施工工具清洗、廢棄物殘留VOC等過程的揮發需要納入相關管理規範中。更加重要的是，部分塗裝車間考慮潔淨度等原因，噴房和烘烤房為微正壓設計，即送風風量略大於排風風量。當室體密封不良時，風機運行過程中不斷有含有機溶劑的氣體散逸到周邊空氣中。加強對生產相關區域內各個位置的VOC監控，不斷改進和完善收集措施，能有效降低有機溶劑的實際排放量。
通過設計合理的塗膜配套，選用傳遞效率更高的噴塗設備、更科學的施工工藝方案、更環保的清清除油體系，降低調配及洗槍過程中塗料和溶劑浪費，降低由於塗膜弊病等返工產生的塗料使用量，最終也將減低後續排放壓力，同時也降低了生產成本。
三、末端治理
塗裝行業廢氣處理技術路線較多，主要包括活性炭吸附、分子篩吸附、沸石吸附等吸附法，直接燃燒(TO)、催化劑燃燒(CO)、蓄熱式催化燃燒(RCO)、蓄熱式熱氧化燃燒(RTO)等燃燒方案，以及光催化降解法、等離子處理等。每一種處理方法對於廢氣濃度要求、能源消耗、處理效率等有顯著差異，需要根據實際排放要求、廢氣特點、需要處理總量及成本投資預算等綜合考慮選用。
吸附法：利用活性炭、沸石、分子篩和氧化鋁等多孔性固體材料吸附並且分離有機溶劑的方法。當吸附達到一定濃度後脫附處理獲得高濃度的廢氣，廢氣通過燃燒等方式處理實現達標排放，脫附的多孔材料又可以重新利用。此方法初始投資成本相對較低，但對於VOC處理量較大的塗裝車間適用性差，吸附材料再生需要結合其他處理方式，且運行維護成本高。
燃燒法：包括熱力燃燒和催化燃燒，由於VOC去除效率高、穩定性好等，被廣泛推薦應用。
TO直接燃燒：是指利用燃料產生高熱量，把有機溶劑直接燃燒而發生降解的處理方法，反應溫度一般超過900℃。
CO催化燃燒：廢氣被加熱至可分解溫度，經過催化床被分解為CO2和H2O，溫度低於TO方案。
RTO蓄熱式熱氧化燃燒：將含有VOC的廢氣加熱到750℃以上，有機溶劑被分解為CO2和H2O，同時陶瓷蓄熱部件回收分解過程中釋放出的熱量，降低能源消耗。其分解效率高達99％以上。一般適用於處理大風量、VOC濃度範圍在2～8g／m3的有機廢氣。與沸石轉輪濃縮等裝置聯用，能處理濃度更低的廢氣。
RCO蓄熱式催化燃燒：相比RTO，增加了催化劑裝置，能處理濃度更低的有機溶劑廢氣。設備首先通過吸附提高VOC濃度，催化劑同時降低反應活化能，提高反應速率，其反應溫度可降低到400℃以下，大幅減少設備運行過程中的能源消耗，且當廢氣濃度足夠高時，設備運行甚至不需要額外燃料。
光催化法：催化劑表面吸附有機溶劑，在紫外光的作用下，分解為CO2和H2O，此類方法的處理效率與VOC的種類及環境條件關聯較大。對於排放速度高、VOC含量大的工業有機廢氣，光催化法去除效率較低。某些光催化後最終產物中還包含了臭氧。
等離子處理：利用射頻放電產生高能量處理有機溶劑，有機溶劑被分解為原子、無毒分子或者自由基，最終全部轉化為無害產物的一種處理方法。
四、結語
當前VOC減排依然是我國大氣環境治理的重要內容之一，減排壓力依舊嚴峻，治理過程中，源頭消減、過程控制、末端治理缺一不可。根據各個工廠的實際排放特點及減排目標制定策略，是實現可持續發展和綠色發展的必然要求。VOC治理也只有通過系統性考慮、全流程分析以及認真落實才能實現有效減排和經濟減排。