上海大型船廠大氣污染物排放現(xiàn)狀及減排對策分析

徐　勇,　李　鐵

(上海交通大學(xué),上海 200240)

0　引　言

船舶工業(yè)屬于勞動力、資金和技術(shù)密集的產(chǎn)業(yè)。上海作為我國最大的港口城市之一，有著悠久的造船歷史，是我國船舶工業(yè)的發(fā)源地。

在全球經(jīng)濟增速放緩,航運及海洋資源勘探開采市場供需失衡的大環(huán)境下，上海船舶海工行業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)值和效益雙下降的情況。2016年全球航運市場持續(xù)低迷，我國主要造船指標同比下降，工業(yè)總產(chǎn)值等主要經(jīng)濟指標回落明顯，船舶工業(yè)的健康發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。

同時，我國于1984年發(fā)布了國家《船舶工業(yè)污染物排放標準》(GB 4286—84)，1985年開始實施?！洞髿馕廴疚锞C合排放標準》(GB 16297—1996)發(fā)布后，代替了《船舶工業(yè)污染物排放標準》中的廢氣部分相關(guān)標準,但該標準是一個綜合性的排放標準，并不能體現(xiàn)造修船工藝中廢氣排放的特點，對除銹和涂裝過程中的無組織排放也沒有給出特定的管理控制要求。上海市頒布實施了《大氣污染物綜合排放標準》(DB 31/933—2015)及《船舶工業(yè)大氣污染物排放標準》(DB 31/934—2015)，規(guī)定了船舶工業(yè)鋼質(zhì)船舶造修與海洋工程裝備企業(yè)的大氣污染物排放限值、監(jiān)測、生產(chǎn)工藝和管理要求[1]，通過各大氣污染物排放標準對比(見表1),可知上海市船舶工業(yè)標準是最嚴格的、最苛刻的，同時企業(yè)必須向環(huán)境保護主管部門申報擁有的污染物排放設(shè)施、處理設(shè)施和在正常運行條件下排放污染物的種類、數(shù)量及濃度，并提供防治大氣污染方面的有關(guān)技術(shù)資料[2]，新實施的大氣污染物排放控制標準對上海的船舶工業(yè)將產(chǎn)生巨大影響。針對上海大型船廠的揮發(fā)性有機物(Volatile Organic Compounds,VOCs)排放現(xiàn)狀及減排進行對策分析。

表1　各大氣污染物排放標準對比

1　上海地區(qū)大型船廠大氣污染物排放與控制現(xiàn)狀

目前，上海建成以長興、外高橋、臨港、崇明等地域為主的長江口船舶與海洋工程裝備總裝產(chǎn)業(yè)基地、配套產(chǎn)業(yè)基地及現(xiàn)代化修船改裝產(chǎn)業(yè)基地等[3]。從2010年起，上海船舶制造業(yè)的重心向長江口轉(zhuǎn)移，并以長興島8 km規(guī)劃岸線作為契機，規(guī)劃和建設(shè)世界最大的船舶制造基地。

1.1　生產(chǎn)流程主要環(huán)節(jié)產(chǎn)生的大氣污染物種類

船廠生產(chǎn)工藝流程主要環(huán)節(jié)包括鋼材及型鋼等材料從碼頭進入材料堆場，經(jīng)預(yù)處理工場處理后送至鋼料加工區(qū)(理料工場、切割工場及彎曲工場)，進行切割及彎曲加工。隨后根據(jù)需要進入部件工場、平面分段工場、曲面分段工場、立體分段工場及上層建筑工場進行部件分段裝焊和部件分段預(yù)舾裝。制成后的分段進入涂裝間進行分段涂裝，大分段進入船塢進行合攏，并進行完工涂裝。船體制造完成后出塢，在舾裝碼頭上完成機電設(shè)備等的最后舾裝后，進行試車，試車成功后進行試航，試航合格的船舶即可交付客戶。

在不同的工藝階段會產(chǎn)生不同種類的污染物，造船生產(chǎn)工藝主要流程及污染物排放情況見圖1。

1.2　上海大型船廠大氣污染物的實際排放情況

根據(jù)上海市物價局、財政局、環(huán)保局的聯(lián)合發(fā)文《上海市物價局、上海市財政局、上海市環(huán)境保護局關(guān)于本市開展揮發(fā)性有機物排污收費試點工作的通知》，大氣污染物各項目排放限值見表2。

從2015年10月起，對VOCs進行排污收費[4]，收費標準逐年調(diào)整。目前上海地區(qū)大型船廠的VOCs實際排放量及排污費情況見表3。由表3可知，2015年第四季度，上海大型船廠的均排污費約為200萬元，2016年上半年為300～400萬元。根據(jù)規(guī)定，從2016-07-01起，VOCs的排污收費將從原來的10元/kg上調(diào)至15元/kg，因此，2016年下半年的排污費為500～600萬元，導(dǎo)致2016年船廠的排污費高達近千萬元。自2017-01-01起，排污費將上調(diào)至20元/kg，船廠的排污費大幅增加，這對于目前處于探底階段的船舶制造業(yè)來說，更是雪上加霜。

按照國家環(huán)保部門的要求，涂裝產(chǎn)生的廢油漆桶屬于危險廢物，要求堆放在危險廢物堆場內(nèi)。目前，符合上海市環(huán)保要求的且有資質(zhì)的危險廢物處理企業(yè)處理能力有限，因此，企業(yè)廢油漆桶的產(chǎn)生量遠大于危險廢物廠家的處理量，造成大量廢油漆桶的積壓。

圖1　造船主要生產(chǎn)工藝流程及污染物排放節(jié)點示意

1.3　上海大氣污染物排放存在的主要問題

環(huán)境保護標準需要逐步提高，目前上海相關(guān)標準較為嚴格，無法達標的企業(yè)可能會選擇搬離，損害地方經(jīng)濟發(fā)展和財政收入，因此制定的標準要符合現(xiàn)實和企業(yè)承受的限度。以日本川崎市為例，當(dāng)時日本全國范圍內(nèi)沒有相關(guān)法律，神奈川縣將立法權(quán)下放給川崎市。1960年川崎市出臺公害防止條例;1962年對排放煤煙做出規(guī)范和限制；1965年出臺公害對策基本法;1968年在全市建立二氧化硫監(jiān)測設(shè)備;1970年與39家工廠簽訂《防止大氣污染協(xié)定》，強化發(fā)生源對策;1972年川崎市公布新的公害防止條例，對排放總量做出規(guī)定(稱為"川崎方式")，在日本起到先驅(qū)引領(lǐng)作用;1978年對氧化氮排放物質(zhì)做出規(guī)定;1979年全市范圍達到二氧化硫濃度排放標準;2000年又對顆粒物做出規(guī)定。

政策的制定要客觀合理，確保政策的可實施性，需進行事先調(diào)查以了解工廠能否做到。公眾、政府及企業(yè)三方要力求平衡，共同努力實現(xiàn)良性循環(huán)。因此，盡管川崎市大力整治環(huán)境問題，但早期的鋼鐵及化工等企業(yè)并未因此搬離該地，并派生了新的產(chǎn)業(yè)——新能源與生命科學(xué)，新舊產(chǎn)業(yè)在川崎市共生。關(guān)停和搬遷都不能從根本上解決問題，反而會造成該地經(jīng)濟發(fā)展失去動力。

總結(jié)日本的大氣治理過程，值得借鑒的幾點是：民意推動是政府和企業(yè)改進的原動力；政府先行立法，制定標準；與企業(yè)共存共榮，制定的標準考慮企業(yè)的承受力，具有可實施性，確保環(huán)境治理與地方經(jīng)濟共生；治理大氣污染要講究科學(xué)，細分污染源，逐步攻克；企業(yè)和政府要保證信息透明，及時向民眾公開；研究機構(gòu)要做到中立客觀及權(quán)威。

表2　大氣污染物各項目排放限值

表3　VOCs排放量及排污費

相對于世界先進國家的大氣污染物排放標準，上海地區(qū)針對船舶行業(yè)的大氣污染物排放標準是超前的，對上海的船舶行業(yè)是一個巨大的挑戰(zhàn)。

2　大氣污染物排放路徑和對策分析

2.1　大氣污染物的減排和管控技術(shù)發(fā)展

現(xiàn)代造船模式正向著總裝化、精細化、信息化和安全環(huán)境方向發(fā)展，其中“綠色造船”已經(jīng)成為全球造船行業(yè)的目標。近年來，國際海事組織(International Maritime Organization,IMO)推出了一系列新公約和新規(guī)范，如新壓載水艙涂層標準(Performance Standard of Protective Coatings,PSPC)、目標型造船標準(Goal-Base Standards,GBS)及新船效能指數(shù)(Energy Efficiency Design Index,EEDI)等，幾乎涵蓋船舶的整個生命周期。這些新的規(guī)則、規(guī)范從很大程度上影響了船舶的設(shè)計和建造理念，推動綠色船舶技術(shù)的創(chuàng)新。根據(jù)大氣中VOCs產(chǎn)生的原理和VOCs的理化性質(zhì)，其控制技術(shù)可分為過程控制和末端控制兩大類。末端控制是針對VOCs的化學(xué)特性，著力于VOCs廢氣的治理，利用燃燒及分解等方法來控制VOCs的排放，是目前大氣污染物減排的主要方式。

末端治理包括顆粒物和揮發(fā)性有機物的治理。顆粒物處理技術(shù)隨著對顆粒物處理要求的日益提高，由過去的中效濾筒式除塵技術(shù)逐步向高效的除塵處理技術(shù)過渡，濕式、靜電和過濾式高效除塵技術(shù)日趨成熟，處理效率可達到98%以上。通過末端治理技術(shù)方法對比(見表4),可知揮發(fā)性有機物的處理工藝技術(shù)主要分為回收技術(shù)和銷毀技術(shù)。其中，回收技術(shù)包括吸收技術(shù)、吸附技術(shù)、冷凝技術(shù)及膜分離技術(shù)等；銷毀技術(shù)包括催化燃燒、高溫焚燒、生物氧化、低溫等離子體和光催化氧化技術(shù)等。一般情況下回收技術(shù)主要用來處理高濃度(濃度>5 000 mg/m3)的有機廢氣，銷毀技術(shù)主要處理低濃度(濃度<1 000 mg/m3)的有機廢氣。

表4　末端治理技術(shù)方法對比

圖2　VOCs控制技術(shù)路徑分類

2.2　先進國家大氣污染物的減排和管控措施

隨著VOCs污染范圍的不斷擴大和人們對其危害的逐步認識，1979年聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會在日內(nèi)瓦召開跨國大氣污染會議，重點討論了VOCs控制問題，1991年11月通過了《VOCs跨國大氣污染議定書》，要求簽字國以1988年VOCs排放量為基準，到1999年每年削減30%；1990年，美國修訂了清潔空氣法，要求到2000年將VOCs的排放量減少70%[5]。為此，尋找VOCs控制最優(yōu)技術(shù)已成為解決VOCs污染的關(guān)鍵。隨著世界各國對VOCs污染的日益重視和環(huán)保法規(guī)不斷嚴格VOCs的排放標準，VOCs治理技術(shù)也在逐漸改進和完善。

有機廢氣處理難度大的主要原因是其種類繁多且來源廣泛，所需要的一次性投資和操作費用高，基本無回收利用價值。成分復(fù)雜的有機廢氣則更難以凈化、分離和回收。

西班牙、意大利及日本等國家都采用顆粒碳吸附、氮氣脫附及精餾塔這一套治理設(shè)備，可實現(xiàn)溶劑回收率高達90%，吸附材料使用壽命為10年。但針對造船行業(yè)的特殊性，目前還沒有像其他行業(yè)有相關(guān)VOCs治理的成功經(jīng)驗，很多方式和方法還在試驗探索中。

2.3　上海地區(qū)大型船廠大氣污染物的減排和管控措施

由于船舶制造行業(yè)VOCs排放的特點是低濃度、大風(fēng)量、排放不定時及排放氣體的濃度不恒定等特點，目前在其他行業(yè)取得明顯成效的治理辦法，在船舶制造行業(yè)還沒有成功的案例，因此，目前上海地區(qū)大型船廠的末端治理方案也在探索之中。

2.3.1活性炭吸附+催化燃燒技術(shù)

鋼板預(yù)處理線選擇采用蓄熱式氧化爐(Regenerative Thermal Oxidizer,RTO)的處理工藝。涂裝車間選擇采用蜂窩活性炭吸附+熱空氣脫附再生+催化燃燒的處理工藝。

2.3.2沸石轉(zhuǎn)輪+RTO技術(shù)

鋼板預(yù)處理流水線選擇采用RTO的處理工藝，涂裝車間選擇采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附+RTO技術(shù)。

沸石轉(zhuǎn)輪+RTO/RCO技術(shù)是大風(fēng)量、低濃度的有機廢氣治理最先進、最有效的技術(shù)，但船舶涂裝工場規(guī)模龐大，人工噴涂VOCs濃度負荷波動較大，沸石轉(zhuǎn)輪+RTO技術(shù)的能耗表現(xiàn)及沸石轉(zhuǎn)輪+RCO的凈化效率穩(wěn)定性還需實踐評估。

2.3.3低溫等離子技術(shù)

通過高壓放電(如采用電弧法，則無法用于有爆炸危險的場合)產(chǎn)生大量的高能電子、羥基、臭氧及氧原子。使用介質(zhì)阻擋技術(shù)，整個系統(tǒng)呈現(xiàn)低溫屬性。

圖3　鋼板預(yù)處理流水線有機廢氣凈化系統(tǒng)改造原理

圖4　涂裝車間有機廢氣凈化系統(tǒng)改造原理

圖5　有機廢氣凈化系統(tǒng)改造原理

各治理方案原理及其特點對比見表5。

表5　治理方案原理及其特點對比

3　結(jié)　語

VOCs治理是大氣環(huán)境治理中較新的課題，各行業(yè)對VOCs治理達成的共識應(yīng)以源頭減排為核心，過程控制為重點，末端治理為手段。能夠控制污染源是最好的方法，末端治理則是在無法控制污染源時選用的方法。從實際操作層面來看，無論是在“源頭”環(huán)節(jié)進行材料替換，還是加強過程管控，甚至是末端治理，都需要更多的時間摸索比選。政府和企業(yè)目前應(yīng)將更多的目光集中在末端治理環(huán)節(jié)，通過加裝相關(guān)設(shè)備，以減少VOCs排放。

VOCs主要污染源為鋼材預(yù)處理流水線、分段涂裝工場、船塢及碼頭等。對于有組織排放區(qū)域，需要進一步探索有機廢氣的凈化工藝和方法。對于無組織排放區(qū)域，主要依靠綠色工藝、加強膜厚管理及油漆消耗管理等措施，提高噴涂效率、降低油漆耗量，減少VOCs的排放。根據(jù)噴漆工藝要求及船舶所有人要求，逐步推廣高固份油漆及水性漆的替代工作，從源頭直接減少VOCs的排放，是VOCs減排最直接、最有效的根本措施。

以上措施在2016-2020年逐步開展，技術(shù)成熟滿足現(xiàn)行生產(chǎn)工藝要求的可立即實施。至2020年預(yù)計可實現(xiàn)VOCs排放量比2015年減少30%的目標。