紅河州人為源揮發(fā)性有機(jī)物排放清單及特征

劉啟龍

(紅河州生態(tài)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中心,云南 蒙自 661100)

0 引言

隨著大氣污染防治工作的不斷深入，二氧化硫、氮氧化物和顆粒物排放控制取得明顯成效，但區(qū)域臭氧(O3)濃度呈明顯上升趨勢(shì)，尤其是夏秋季節(jié)已成為部分城市的首要污染物。揮發(fā)性有機(jī)物(VOCS)是近地面臭氧(O3)和二次有機(jī)氣溶膠(SOA)的重要前體物，在光照條件下和大氣中的OH自由基反應(yīng)生成臭氧(O3)[1]，同時(shí)易引起灰霾和光化學(xué)煙霧等大氣污染問(wèn)題[2]，此外，部分VOCS還具有毒性和致癌性，當(dāng)VOCS濃度>25mg/m3時(shí)，會(huì)引發(fā)人體呼吸、血液、肝臟等系統(tǒng)器官病變，嚴(yán)重影響人體健康[3-4]。近年國(guó)家高度重視VOCS的污染防治，陸續(xù)出臺(tái)了《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》《揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》等工作方案和排放標(biāo)準(zhǔn)，旨在推進(jìn)VOCS治理，因此建立VOCS排放清單，掌握排放現(xiàn)狀和特征，對(duì)開展VOCS治理具有重要意義。

VOCS排放清單的建立方案包括污染源排放測(cè)試、模型反演、污染源調(diào)查及排放因子估算[5]。污染源排放測(cè)試工作量大、成本高；模型反演一般用于清單的修正和補(bǔ)充；污染源調(diào)查適用于地區(qū)小尺度范圍；排放因子法是國(guó)內(nèi)外目前最常使用的方法。國(guó)外于20世紀(jì)90年代就建立了不同污染源類型的VOCS排放清單，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在大尺度和地區(qū)小尺度范圍對(duì)VOCS排放清單也開展了很多研究，但由于國(guó)內(nèi)VOCS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污染源信息嚴(yán)重缺失，大部分研究排放因子都基于國(guó)外研究成果，研究普遍存在行業(yè)分類不完善、時(shí)空分辨率低、與國(guó)情不符等問(wèn)題。

近年來(lái)，隨著工業(yè)和現(xiàn)代化的發(fā)展，紅河州臭氧污染已經(jīng)超越顆粒物成為首要污染物。為有效解決臭氧污染對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，必須對(duì)臭氧前體物VOCS進(jìn)行管控，建立VOCS排放清單，掌握紅河州的重點(diǎn)行業(yè)VOCS排放情況是制定精細(xì)化管控政策的基礎(chǔ)。本研究基于紅河州統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、全國(guó)第二次污染源普查數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，采用“自上而下”和“自下而上”方法，結(jié)合專家學(xué)者和原環(huán)保部指南[6]提供的排放因子，建立紅河州人為源揮發(fā)性有機(jī)物排放清單，以期為紅河州制定VOCS污染防治政策提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域和對(duì)象

本研究區(qū)域?yàn)樵颇鲜〖t河州，下轄蒙自市、開遠(yuǎn)市、個(gè)舊市等4市9縣。將VOCS人為源分為生物質(zhì)燃燒源、化石燃料燃燒源、工業(yè)過(guò)程排放源、溶劑使用源和移動(dòng)源五類。研究基準(zhǔn)年為2017年。

1.2 估算方法

本研究采用排放因子法建立紅河州VOCS排放清單，排放量估算公式為：

Ei=EFi,k×Ai,k

(1)

式中：i為排放源；k為技術(shù)類型；Ei為i源的排放量；EF為排放系數(shù)；A為活動(dòng)水平。

1.2.1 生物質(zhì)燃燒源

生物質(zhì)燃燒包括作為燃料(秸稈和薪柴)使用的生物質(zhì)燃燒和作為廢棄物(秸稈)的生物質(zhì)露天燃燒。生物質(zhì)露天燃燒活動(dòng)水平按公式(2)計(jì)算：

A=P×N×R×η

(2)

式中：P為農(nóng)作物產(chǎn)量；N為農(nóng)作物草谷比；R為焚燒比；η為燃燒效率；秸稈露天焚燒和燃料燃燒比例分別約為20%和12%，燃燒效率分別為90%和100%[6-9]；薪柴活動(dòng)水平根據(jù)果林種植面積和0.6t/畝·a-1薪柴被燃燒進(jìn)行估算[10]?；顒?dòng)水平數(shù)據(jù)來(lái)自2018年紅河州統(tǒng)計(jì)年鑒，排放因子見(jiàn)表1。

表1 生物質(zhì)燃燒源VOCS排放因子

1.2.2 化石燃料源

化石燃料源主要包括火力發(fā)電、供熱、工業(yè)消費(fèi)和居民生活消費(fèi)，進(jìn)一步可分為煤、燃料油、煤氣、液化石油和天然氣?；顒?dòng)水平為各自燃料消耗量，數(shù)據(jù)來(lái)源于2018年紅河州統(tǒng)計(jì)年鑒，排放因子見(jiàn)表2。

表2 化石燃料源VOCS排放因子

1.2.3 工藝過(guò)程源

工藝過(guò)程源包括有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、食品和農(nóng)業(yè)、木材加工等生產(chǎn)過(guò)程。研究主要集中在化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)，化學(xué)纖維制造業(yè)，橡膠制品業(yè)，塑料制品業(yè)，非金屬礦物制品業(yè)，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)，石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)，農(nóng)副食品加工業(yè)，食品制造業(yè)，飲料制造業(yè)，木材加工及木、竹、藤、棕、草制品業(yè)，造紙及紙制品業(yè)，煤炭開采和洗選業(yè)，石油和天然氣開采業(yè)等行業(yè)?；顒?dòng)水平數(shù)據(jù)主要來(lái)源于環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、排污許可執(zhí)行報(bào)告、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，排放因子見(jiàn)表3。

1.2.4 溶劑使用源

有機(jī)溶劑主要包括涂料、染料、油漆、稀釋劑、清洗劑等，本研究主要包括建筑涂料、汽車噴漆、瀝青鋪路、干洗和餐飲油煙等。其中汽車噴漆和干洗通過(guò)調(diào)查獲取；瀝青鋪路根據(jù)年度高速公里和道路維護(hù)瀝青用量估算，新建高速公路需瀝青411t/km[14]；餐飲油煙活動(dòng)水平為紅河州人口水平；建筑涂料通過(guò)紅河州房屋竣工面積占全國(guó)面積的比例和全國(guó)建筑涂料產(chǎn)量計(jì)算得到，其中水性漆和容積漆的比例為8∶2[15]。排放因子見(jiàn)表4。

表3 工藝過(guò)程源VOCS排放因子

表4 溶劑使用源VOCS排放因子

1.2.5 移動(dòng)源

本研究將移動(dòng)源分為道路移動(dòng)源和非道路移動(dòng)源。道路移動(dòng)源包括小型乘用車、中型貨車、大型貨車和摩托車，車輛保有量通過(guò)查詢統(tǒng)計(jì)年鑒獲取，年均行駛里程參考《道路機(jī)動(dòng)車大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南(試行)》[16]。非道路移動(dòng)機(jī)械包括農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械，活動(dòng)水平選用燃油消耗量。其中農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械的的燃油消耗量由機(jī)械總動(dòng)力、平均工作時(shí)間及燃油單耗量計(jì)算得到。排放因子見(jiàn)表5。

表5 移動(dòng)源VOCS排放因子

2 結(jié)果與討論

2.1 紅河州人為源VOCS排放清單

2017年紅河州人為源VOCS排放量為65191t。其中，生物質(zhì)燃燒源排放量為7760t，分擔(dān)率為11.90%；化石燃料源排放量為5016t，分擔(dān)率為7.69%；工藝過(guò)程源排放量為14109t，分擔(dān)率為21.64%；溶劑使用源排放量為29530t，分擔(dān)率為45.30%；移動(dòng)源排放量為8776t，分擔(dān)率為13.46%。

表6 紅河州人為源VOCS排放清單

2.2 行業(yè)VOCS排放分析

2.2.1 溶劑使用源

紅河州家具制造、設(shè)備制造、印染、汽車制造等行業(yè)企業(yè)幾乎不涉及，溶劑使用源主要考慮農(nóng)藥使用、瀝青鋪路、建筑裝飾、餐飲和汽修等行業(yè)，各行業(yè)排放源分擔(dān)率如圖1 所示。排放貢獻(xiàn)最大的是瀝青鋪路，分擔(dān)率為72.64%，主要原因是2017年蒙自-文山高速公路建設(shè)通車及日常道路維護(hù)消耗大量瀝青。此外農(nóng)藥使用和建筑裝飾也是溶劑使用的重大來(lái)源，分擔(dān)率分別為16.68%和8.00%，這與紅河州屬于農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和近幾年房地產(chǎn)快速發(fā)展有著密切聯(lián)系。

2.2.2 工藝過(guò)程源

工藝過(guò)程源各子行業(yè)VOCS排放分擔(dān)率如表7所示。酒的制造、肥料制造和加油站是重點(diǎn)工業(yè)排放源，3個(gè)行業(yè)占工藝過(guò)程的63.4%。主要是由于這些行業(yè)的產(chǎn)品屬于液態(tài)或氣態(tài)，在貯存、裝卸、轉(zhuǎn)運(yùn)和反應(yīng)等各操作單元都存在揮發(fā)性有機(jī)物擴(kuò)散和逃逸。

2.2.3 移動(dòng)源

如圖2所示，移動(dòng)源中各子源VOCS排放量依次為：摩托車6291t、客車1619t、輕型貨車455t、重型貨車94t、農(nóng)業(yè)機(jī)械136t、工程機(jī)械182t。排放量最大的為摩托車，分擔(dān)率為71.67%。2017年紅河州摩托車保有量54.7萬(wàn)輛，占總保有量的53.4%，同時(shí)摩托車排放因子大，在今后的揮發(fā)性有機(jī)物治理中應(yīng)加以重點(diǎn)管理。

表7 工藝過(guò)程源各子行業(yè)VOCS排放分擔(dān)率

2.2.4 生物質(zhì)燃燒源和化石燃料源

生物質(zhì)燃燒源和化石燃料源總分擔(dān)率僅為人為源的19.59%，但還是有很大的減排空間。如圖4，露天燃燒占生物質(zhì)燃燒源的66.35%，所以控制露天燃燒能夠大幅削減生物質(zhì)源揮發(fā)性有機(jī)物排放；工業(yè)燃煤和居民燃煤消耗VOCS排放占化石燃料源的90.73%，因此降低工業(yè)燃煤消耗和控制居民散煤消耗，采取清潔能源替代也能夠很好地控制化石燃料源的VOCS排放。

2.3 縣市VOCS排放分析

紅河州2017年各縣市人為源VOCS排放量分別為：蒙自市8234t、個(gè)舊市4576t、開遠(yuǎn)市6790t、彌勒市10935t、屏邊縣1995t、建水縣9076t、石屏縣4767t、瀘西縣5918t、元陽(yáng)縣4237t、紅河縣2880t、金平縣2389t、綠春縣2401t、河口縣993t。各縣市分擔(dān)率及排放強(qiáng)度見(jiàn)圖4。彌勒市對(duì)紅河州的人為源VOCS排放貢獻(xiàn)最大，分擔(dān)率為16.77%；其后是建水縣、蒙自市和開遠(yuǎn)市，分擔(dān)率分別為13.92%、12.63%和10.42%。這與各縣市的人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、工業(yè)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，排放量大的地區(qū)多為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和人口密度大的地區(qū)。

2.4 排放清單的不確定性分析

本研究中排放清單的不確定性主要來(lái)源于活動(dòng)水平數(shù)據(jù)的收集、排放因子的選取和部分子源的估算方法。一是活動(dòng)水平數(shù)據(jù)主要來(lái)源于統(tǒng)計(jì)年鑒、環(huán)境統(tǒng)計(jì)、排污許可證和相關(guān)文獻(xiàn)資料的間接計(jì)算，但統(tǒng)計(jì)年鑒、環(huán)境統(tǒng)計(jì)和排污許可證的數(shù)據(jù)主要包括規(guī)模以上企業(yè)，未能涵蓋規(guī)模以下小企業(yè)，導(dǎo)致活動(dòng)水平數(shù)據(jù)的不確定性進(jìn)而造成排放清單的不確定性。二是研究中的排放因子采用的是國(guó)家推薦的和國(guó)內(nèi)外最新的因子，但各地的工藝水平和污染控制技術(shù)存在差異，因此導(dǎo)致排放因子的不確定性。三是生物質(zhì)的燃燒方式的不同影響排放量；溶劑使用源根據(jù)水性涂料的產(chǎn)量和房屋竣工面積占全國(guó)竣工面積反推；非道路移動(dòng)源根據(jù)農(nóng)業(yè)和工程機(jī)械總動(dòng)力及汽、柴油消耗量進(jìn)行反推估算；這些估算方法都具有地方代表性，估算方法的不深入導(dǎo)致排放量的不確定性。

3 結(jié)論

(1) 紅河州2017年人為源VOCS排放量為65191t，其中生物質(zhì)燃燒源、化石燃料源、工藝過(guò)程源、溶劑使用源和移動(dòng)源排放量分別為7760、5016、14109、29530和8776t，分擔(dān)率分別為11.9%、7.69%、21.64%、45.30%和13.46%。

(2) 瀝青鋪路為溶劑使用源的最大貢獻(xiàn)源；酒的制造、肥料制造和加油站是重點(diǎn)工業(yè)排放源，占工藝過(guò)程源的63.4%；移動(dòng)源排放量最大來(lái)源為摩托車，占比71.67%；生物質(zhì)燃燒源的最主要源是生物質(zhì)露天燃燒，占比為66.53%；化石燃料源的最大來(lái)源是工業(yè)和居民燃煤排放，占比為90.73%。

(3) 各縣市人為源VOCS排放量呈現(xiàn)出以紅河為界的兩級(jí)分化，蒙自、個(gè)舊、開遠(yuǎn)、彌勒等北部7縣市VOCS排放占比77%，元陽(yáng)、紅河、綠春等南部6縣VOCS排放占比23%。