十堰市汽車涂裝VOCs污染狀況及變化趨勢分析

（十堰市環(huán)境監(jiān)測站，湖北 十堰442000）

我國汽車制造業(yè)普遍使用傳統(tǒng)溶劑型涂料，涂裝采用傳統(tǒng)3C2B工藝，VOCs來源于電泳底漆、中涂和面漆的噴涂及烘干、塑料件加工的涂漆等工藝過程。在中涂和面漆噴漆過程中，80%～90%的VOCs是在噴漆室和流平室排放，10%～20%的VOCs隨車身涂膜在烘干室中排放。

十堰是全國聞名的汽車工業(yè)基地。目前，全市擁有500多家整車及零部件生產企業(yè)，擁有近千億元的制造業(yè)存量資產和年產100萬輛汽車的生產能力。通過調查，十堰市汽車年涂裝面積773.153 4萬m2，現(xiàn)有涂裝原料仍大量使用溶劑型涂料，年耗油漆1 842.06 t，稀釋劑量約742.56 t，28%的企業(yè)未使用專業(yè)噴涂裝置，50%的企業(yè)采用自然烘干方式，78%的企業(yè)均未對收集的涂裝VOCs廢氣進行治理，大量VOCs以無組織排放的方式進入大氣環(huán)境，因此迫切需要對該部分廢氣進行治理，但目前我國尚未對汽車涂裝行業(yè)揮發(fā)性有機化合物制定強制性排放標準。筆者通過采樣監(jiān)測了解十堰市VOCs的環(huán)境背景值及污染現(xiàn)狀，以期為開展汽車涂裝行業(yè)VOCs污染防治技術研究及示范，制定行業(yè)排放標準奠定基礎。

1 十堰市汽車涂裝VOCs污染狀況監(jiān)測與分析

1.1 VOCs環(huán)境污染監(jiān)測布點

十堰市主導風向為西北偏北風，汽車涂裝企業(yè)主要集中分布在城市東南方向的十堰經濟技術開發(fā)區(qū)和西北方向的十堰西部經濟開發(fā)區(qū)內，辦公居住區(qū)分布在城區(qū)中部。因此環(huán)境背景值采樣布點采用扇形布點法，選取城區(qū)常年主導風向上風向作為背景點位，采樣點設置在周圍開闊地帶，周圍無局部污染源。冬春兩季風向不同，所以選取了冬、春兩季進行對比研究。

污染現(xiàn)狀監(jiān)測布點：根據城區(qū)功能區(qū)劃，共布設6個點位，分別代表工業(yè)區(qū)、辦公居住區(qū)、商業(yè)集中區(qū)環(huán)境現(xiàn)狀。

固定源監(jiān)測布點：本次采樣共選取3個代表點位進行24 h連續(xù)在線監(jiān)測，分別為1號點：十堰經濟技術開發(fā)區(qū)內企業(yè)代表點（湖北世紀中遠車輛有限公司大門）；2號點：辦公居住區(qū)代表點（市環(huán)境監(jiān)測站院內）；3號點：十堰西部經濟開發(fā)區(qū)內企業(yè)代表點（十堰恒融實業(yè)有限公司大門）。

1.2 采樣及分析方法

環(huán)境背景點和現(xiàn)狀點是利用針筒注射器和采樣袋進行手工采樣，采樣口離地面的高度在1.5～2 m范圍內，采樣前先用當?shù)丨h(huán)境空氣潤洗采樣袋三次。氣袋樣品采用熱脫附-氣相色譜聯(lián)用技術來測定樣品中具有代表性的苯、甲苯、二甲苯等的含量和VOCs的濃度。

2 結果與討論

2.1 VOCs的組成特征及污染水平

幾種苯系物在十堰市所有監(jiān)測點（23個采樣點共474個樣品）中均有檢出，但不同苯系物的濃度存在差異。監(jiān)測結果顯示，冬季十堰環(huán)境空氣中主要的苯系污染物是苯，工業(yè)區(qū)采樣點空氣中的苯濃度值普遍高于環(huán)境空氣背景值；春季十堰環(huán)境空氣中主要的苯系污染物是鄰二甲苯，對比冬季、春季環(huán)境空氣背景值可知，在氣象條件不利于污染物擴散的冬季，環(huán)境空氣中VOCs濃度值較春季高。

2.2 固定源VOCs監(jiān)測結果及分析

2.2.1 點位1#（湖北世紀中遠車輛有限公司）數(shù)據結果及分析

圖1 湖北世紀中遠車輛有限公司在線采樣累加質譜圖

軟件累加30 s，采集得到譜圖共3094譜，對其中的3020譜(57-3076) 進行疊加，疊加后的質譜圖如圖1所示。疊加后信號強度大于1.5E+07（本底噪聲約為60 000）的離子峰多達54個，VOCs種類非常多。其中，分子量94（苯酚或二甲基二硫醚）、106（二甲苯）、120（三甲苯）和218（2-碘甲苯）的信號強度超過1.0E+10。

2.2.2 點位2#（市環(huán)境監(jiān)測站）數(shù)據結果及分析軟件累加30 s，采集得到譜圖共2814譜，對其中的2701譜(99-2799) 進行疊加，疊加后的質譜圖如圖2所示。

圖2 市環(huán)境監(jiān)測站內在線采樣累加質譜圖

疊加后信號強度大于1.5E+07的離子峰有33個，對比于點位8#（齊星企業(yè)園區(qū)），此處VOCs的種類較少且信號強度基本很弱。92（甲苯）、106（二甲苯）、120（三甲苯）等汽車噴涂企業(yè)特征污染物的離子信號強度都不強。

2.2.3 點位3#（十堰恒融實業(yè)有限公司）數(shù)據結果及分析

軟件累加30 s，采集得到譜圖共2843譜，對其中的2603譜（97-2699）進行疊加，疊加后的質譜圖如圖3所示。

圖3 恒融公司園區(qū)在線采樣累加質譜圖

2.2.4 三個采樣點部分特征物濃度

三個采樣點部分特征物濃度見表1：

表1 特征物濃度

綜上分析可知：

（1）三個采樣點均檢測出明顯的苯、甲苯、二甲苯等苯系物，說明苯系物為城區(qū)特征污染物，而檢測出的苯系物主要來自噴涂工藝產生的揮發(fā)性有機物，說明城區(qū)受到噴涂排放的VOCs污染影響明顯。

（2）對比三個點位中VOCs監(jiān)測結果，1#湖北世紀中遠車輛有限公司點位VOCs種類最多，主要污染物濃度最高，其監(jiān)測結果中78（苯）、92（甲苯）、106（二甲苯）的最高濃度分別達到124.8 μg·m-3、1 181 μg·m-3、28 005.9 μg·m-3；對比CH 245-71《前蘇聯(lián)居民區(qū)大氣中有害物質的最大允許濃度》，苯濃度符合其標準限值（苯≤1.5 mg·m-3），而甲苯、二甲苯濃度超過其標準限值（甲苯≤0.6 mg·m-3、二甲苯≤0.2 mg·m-3）；對比韓國大氣中苯系物排放標準，本次監(jiān)測結果中苯、甲苯、二甲苯均超過其一般辦公場所濃度限值（苯≤10 μg·m-3、甲苯≤100 μg·m-3、二甲苯≤100 μg·m-3）。

2.3 VOCs的日變化特征

十堰市工業(yè)區(qū)VOCs的濃度變化特征如圖4所示。

從圖4可得到以下結論：

圖4 VOCs濃度日變化規(guī)律

（1）十堰市VOCs的變化情況呈現(xiàn)出與工廠作業(yè)情況一致的變化趨勢。早上8:00工廠開始上班作業(yè)，VOCs呈上升趨勢，到了10:00高峰期大氣中VOCs的濃度最高。中午12:00～14:00工廠停止作業(yè)，1月份由于氣溫較低且空氣流動作用弱，VOCs濃度基本保持不變；5月份氣溫升高且空氣流動作用強，中午及下午VOCs濃度降低，主要是因為太陽輻射使地面溫度上升，地表空氣密度小于上空空氣密度從而形成空氣對流，使污染物容易被稀釋擴散，加之中午及下午大氣光化學反應活性較強也會消耗一定量的VOCs，造成大氣中VOCs的濃度下降。傍晚下班時工廠停止作業(yè)，VOCs濃度下降。由此可見，大氣中VOCs濃度與工廠作業(yè)情況有關，尤其是在生產作業(yè)高峰期時，VOCs濃度較高。此外，早晨VOCs濃度高于晚上，這是因為早晨地面溫度較低，大氣層結構穩(wěn)定，對流運動弱，不利于污染物擴散；傍晚雖然大氣溫度有所下降，但地面溫度較高且氣壓最低，污染物的擴散條件比早晨好。

（2）VOCs測定結果冬季普遍比春季高。因為冬季易出現(xiàn)逆溫天氣，在逆溫條件下，空氣狀態(tài)比較穩(wěn)定，污染物不容易迅速地擴散。冬季氣溫低，光降解速度慢，VOCs不容易分解，從而出現(xiàn)冬季測定結果比春季高的現(xiàn)象。

2.4 苯系物之間的相關性分析

利用SPSS軟件對實驗數(shù)據進行分析，作出各苯系物間的相關性，如表2所示。

表2 BTEX之間的相關性

資料表明，B/T比值接近于0.5時，反映出VOCs的主要來源是機動車尾氣排放，而當B/T比值遠大于0.5時，大氣中VOCs的主要來源是石油化工和涂料的使用。所測不同采樣點苯與甲苯（B/T）的比值結果見表3。

表3 不同采樣點的B/T值

1月份各采樣點的B/T值都遠大于0.5，可見涂料噴涂行業(yè)是苯的主要來源，這也符合十堰市作為汽車城的工業(yè)特點。

綜上，VOCs在十堰各點位均有檢出，但不同季節(jié)VOCs的濃度不同，總VOCs平均濃度1月份是2 113.29 μg/m3，5月份是1 816.70 μg/m3。各采樣點VOCs質量濃度排序是：工業(yè)區(qū)＞商業(yè)區(qū)＞辦公居住區(qū)。十堰市VOCs的日變化情況與工業(yè)區(qū)內工廠生產作業(yè)情況密切相關。通過對苯系物相關性的研究，得知涂料噴涂行業(yè)是十堰大氣中苯及VOCs的重要來源。

3 結論及建議

根據各采樣點監(jiān)測結果分析，十堰市環(huán)境空氣中VOCs主要成分為苯、甲苯、二甲苯等苯系物，說明苯系物為城區(qū)特征污染物，而檢測出的苯系物種類主要來自噴涂工藝產生的揮發(fā)性有機物，說明城區(qū)受到噴涂排放的VOCs污染影響明顯。同時，十堰市VOCs的變化情況呈現(xiàn)出與工廠作業(yè)情況一致的變化趨勢。企業(yè)生產期間，環(huán)境空氣中VOCs濃度值較高；企業(yè)停產期間，環(huán)境空氣中VOCs濃度值較低。在氣象條件不利于污染物擴散的冬季，環(huán)境空氣中VOCs濃度值較春季高。

為改善該區(qū)環(huán)境空氣質量，一要加強管理。對于未安裝涂裝廢氣處理裝置的企業(yè)，嚴禁進行涂裝生產；對安裝了處理裝置的企業(yè)，進行三同時驗收，不能達標的，限期整改；對通過驗收的企業(yè)，實行監(jiān)控，確保持續(xù)穩(wěn)定達標。二要針對企業(yè)自身特點，對于含低濃度VOCs的廢氣，有回收價值時可采用吸附技術、吸收技術對有機溶劑回收后達標排放；不宜回收時，可采用吸附濃縮燃燒技術、生物技術、吸收技術、等離子體技術或紫外光高級氧化技術等凈化后達標排放。三要在企業(yè)推行清潔生產審核，從源頭減少污染物產生量。采用水性涂料、高固份涂料、粉末涂料、紫外光固化（UV）涂料等環(huán)保型涂料；推廣采用靜電噴涂、淋涂、輥涂、浸涂等效率較高的涂裝工藝的企業(yè)實行以獎代補。四是建議國家及湖北省制定汽車表面涂裝行業(yè)VOCs排放標準，并出臺相應的監(jiān)測技術規(guī)范。

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