云南省汽車維修業(yè)維修過程揮發(fā)性有機物排放現(xiàn)狀及預(yù)測研究

鄧 鑫，趙桂英，于站良，包 云

(云南省生態(tài)環(huán)境科學研究院，云南 昆明 650034)

0 引言

云南省地處中低緯高原地區(qū)，較平原地區(qū)接收到更多紫外輻射，有利于臭氧的產(chǎn)生[1]。近年來云南省空氣優(yōu)良天數(shù)比率穩(wěn)中有增，2019年云南省空氣質(zhì)量輕度污染天氣發(fā)生105d，中度污染8d，其中以臭氧為首要污染物的超標天數(shù)64d，占超標天數(shù)的56.63%[2]。全省空氣污染由煤煙型污染轉(zhuǎn)化為以顆粒物和臭氧為特征的復合型污染[3]。揮發(fā)性有機物(VOCs)是對流層中臭氧(O3)和二次有機氣溶膠(SOA)的重要前體物[4]。

VOCs來源廣泛，主要分為自然源及人為源，其中人為源主要包括工業(yè)源、農(nóng)業(yè)源、交通源和生活源4類[5]。汽車維修業(yè)VOCs排放是生活源VOCs排放中重要部分，且由于其分布分散、通常位于居民區(qū)，造成關(guān)于汽修廠異味投訴較多。據(jù)云南省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，從2014年到2018年底，全省民用汽車保有量從431.98萬輛增長至678.91萬輛，呈逐年增加的趨勢，汽車保有量的快速增長，使得云南省汽車維修業(yè)也快速發(fā)展。汽車維修涂裝過程中涉及油墨、清洗劑、稀釋劑等大量含VOCs原輔材料的使用，有機溶劑極易揮發(fā)到環(huán)境中，造成大氣環(huán)境污染同時危害人體健康[6,7]。

我國于2014年發(fā)布《大氣揮發(fā)性有機物源排放清單編制技術(shù)指南(試行)》文件，對VOCs源清單編制進行相關(guān)指導，相關(guān)學者相繼開展VOCs排放清單編制工作。目前，我國學者多以區(qū)域為研究對象，采用排放因子法對工業(yè)源VOCs排放量、空間分布特征進行研究[8-11]，對生活源VOCs排放量核算鮮有涉及。

本研究對云南省2314戶汽車維修企業(yè)進行調(diào)查，調(diào)查了各企業(yè)有機原輔材料使用情況、VOCs含量及末端治理設(shè)施等，同時獲取了云南省汽修企業(yè)的活動水平、行業(yè)產(chǎn)值、本土排放因子等數(shù)據(jù)，以期獲得較為準確和可靠的云南省汽修行業(yè)VOCs排放量。在對汽車保有量及汽車行業(yè)產(chǎn)值進行預(yù)測的基礎(chǔ)上，利用情景預(yù)測法預(yù)測政策模式下云南省汽修企業(yè)VOCs排放趨勢，旨在為云南省汽車維修業(yè)VOCs減排、合理選擇排放控制技術(shù)及后續(xù)地方標準的制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對象

據(jù)云南省交通運輸廳數(shù)據(jù)，全省汽車維修企業(yè)共22486戶。其中，一類汽車維修企業(yè)286戶，二類汽車維修企業(yè)2141戶，三類汽車維修企業(yè)20059戶[12]。本次研究調(diào)查了全省共計2314戶汽車維修企業(yè)，其中，一類汽車維修企業(yè)131戶，二類汽車維修企業(yè)444戶，三類汽車維修企業(yè)1739戶。

1.2 排放量估算數(shù)據(jù)來源

本研究中所使用的排放量估算數(shù)據(jù)主要通過以下幾種方式獲得：①通過行業(yè)協(xié)會調(diào)研獲得數(shù)據(jù)；②對云南省2314戶汽車維修企業(yè)調(diào)研獲得數(shù)據(jù)；③官方網(wǎng)絡(luò)所公布統(tǒng)計年鑒的統(tǒng)計信息。

1.3 排放量估算方法

汽車維修行業(yè)VOCs排放主要來源于含VOCs原輔材料使用。采用排放因子法計算云南省汽車維修業(yè)VOCs排放量，計算公式如式(1)所示。

E=EF*P*A*(1-η)

(1)

式中：E為VOCs排放量，t/a；EF為有機原輔料排放系數(shù)，kg/t，通過對典型企業(yè)調(diào)研估算獲得；P為云南省年維修汽車次數(shù)，次/a，數(shù)據(jù)來自云南省交通運輸廳；A為臺次汽車維修VOCs原輔材料消耗量，kg/次，通過對企業(yè)調(diào)研估算獲取；η為污染控制技術(shù)對VOCs的去除效率。

通過調(diào)研得知，云南省汽車維修業(yè)90%以上的企業(yè)采用在烤漆房中安裝過濾棉來進行VOCs廢氣治理，其余企業(yè)采用化學吸收法、活性炭吸附法(存在活性炭吸附裝置及活性炭更換記錄臺賬)、活性炭吸附冷凝法、光催化氧化等，估算云南省汽車維修業(yè)末端治理效率約為12.5%。

EF=Σs(C*Qs)

(2)

式中：EF為有機原輔料排放系數(shù)，kg/t，C為某原輔材料中VOCs的平均質(zhì)量濃度，kg/t；s為含VOCs原輔材料種類；Qs為該原輔材料所占比例，%。

2 云南省汽車維修業(yè)VOCs排放現(xiàn)狀

2.1 調(diào)研汽車維修企業(yè)VOCs排放情況

本研究對云南省131戶一類汽車維修企業(yè)，444戶二類汽車維修企業(yè)，1739戶三類汽車維修企業(yè)進行了實地調(diào)研。調(diào)研內(nèi)容包括各類含VOCs原輔材料使用量、各類原輔材料VOCs含量、涉VOCs使用過程末端治理設(shè)施的安裝率、去除率。云南省2314家汽車維修企業(yè)原輔材料使用情況及VOCs含量信息如表1所示。

根據(jù)式(2)計算典型企業(yè)VOCs排放因子及排放量，2314家調(diào)研汽車維修企業(yè)中列舉10家典型汽車維修企業(yè)排放因子及排放量，結(jié)果如表2所示。

使用SPSS進行Pearson相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)汽修企業(yè)產(chǎn)值與企業(yè)排放因子呈顯著負相關(guān)，汽修企業(yè)產(chǎn)值與原輔料使用總量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，說明隨著企業(yè)產(chǎn)值規(guī)模增加，企業(yè)除含VOCs原輔材料使用量顯著增加，在環(huán)保投入上也有所增加，導致企業(yè)排放因子降低。

由云南省調(diào)研企業(yè)排放因子、排放量及表2得知，云南省各企業(yè)間排放因子有顯著差異，主要原因為原輔材料使用類型配比及末端處理技術(shù)不同。整體而言，云南省汽車維修企業(yè)水性輔料使用量占比低，末端治理技術(shù)普遍采用過濾棉吸附，調(diào)研中三類汽車維修企業(yè)未出現(xiàn)水性原輔材料使用，末端處理技術(shù)均為過濾棉吸附。相同原輔材料使用及末端治理技術(shù)企業(yè)，其排放因子法區(qū)別主要取決于原輔材料使用配比，稀釋劑使用量增加將導致排放因子增加。

表1 云南省汽車維修調(diào)研企業(yè)含VOCs原輔材料概況

表2 云南省汽車維修典型企業(yè)VOCs排放因子及排放量

2.2 云南省汽車維修業(yè)VOCs排放總量估算

根據(jù)相關(guān)研究及企業(yè)調(diào)研，云南省汽車維修企業(yè)水性原輔料使用占比約3%，VOCs質(zhì)量分數(shù)為11.6%。溶劑型原輔料使用占比約97%，因維修過程中原輔料配比不同，使用溶劑型原輔料其VOCs質(zhì)量分數(shù)60%～75%。2314家汽車維修企業(yè)VOCs排放量約為2797.10t，調(diào)研企業(yè)原輔材料使用量約6024.13t。調(diào)研企業(yè)合計維修汽車404.78萬次，每次維修含VOCs原輔材料消耗量為1.49kg。

據(jù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，2018年云南省汽車保有量為678.91萬輛，推算云南省汽車年維修次數(shù)為848.84萬次。在云南省汽車維修業(yè)，次維修消耗1.49kg原輔材料基礎(chǔ)上，推算汽車維修業(yè)有機原輔材料消耗量約為12647.71t。據(jù)式(1)計算得出云南省汽車維修業(yè)VOCs排放量約為7198.35t。

3 云南省汽車維修業(yè)VOCs情景預(yù)測分析

3.1 情景預(yù)測模型

針對未來云南省汽車維修行業(yè)VOCs排放提出無控模式及政策模式兩種預(yù)測。無控模式下云南省汽車維修業(yè)含VOCs原輔材料使用類型及品質(zhì)不進行優(yōu)化，末端廢氣治理設(shè)施不進行要求。政策模式下云南省汽修行業(yè)水性、粉末等低VOCs原輔材料使用比例能達到歐美發(fā)達國家20世紀末期水平，使用占比30%，一類、二類汽修企業(yè)安裝VOCs去除率75%以上的高效有機廢氣末端治理設(shè)施。

無控模式下云南省汽車維修行業(yè)含VOCs原輔材料消耗量預(yù)測公式如式(3)所示：

Ay=Qy*A2018/Q2018

(3)

式中：Ay為年份y的云南省汽車維修業(yè)含VOCs原輔材料消耗量，t；Qy為年份y的云南省汽修業(yè)車輛維修次數(shù)，次；A2018為2018年云南省汽車維修業(yè)含VOCs原輔材料消耗量，t；Q2018為2018年云南省汽修業(yè)車輛維修次數(shù)，次。

Qy為云南省民用汽車保有量與汽車維修行業(yè)產(chǎn)值的關(guān)聯(lián)函數(shù)，由最小二乘法回歸模型模擬。未來某年云南省民用汽車保有量通過二次多元回歸方程對近11年數(shù)據(jù)進行擬合獲得，擬合結(jié)果如圖1所示。圖1中圓圈是2008—2018年云南省民用汽車實際保有量數(shù)據(jù)[13]。圖1中三角形是依據(jù)2008—2018年數(shù)據(jù)進行擬合分析后，對2008—2033年云南省民用汽車保有量的估算數(shù)據(jù)。由圖1可見，估算數(shù)值與實際數(shù)據(jù)基本吻合。

3.2 模式模擬

3.2.1 無控模式

2018年云南省汽車維修業(yè)每次維修含VOCs原輔材料消耗量為1.49kg。若以當前狀況發(fā)展下去，無控模式下，云南省汽車維修行業(yè)VOCs排放量將在2020年上升至8718.93t，在2025年上升至13140.73t。2026年云南省汽車維修行業(yè)VOCs排放量將達到14131.64t，是2018年排放量的近兩倍。

3.2.2 政策模式

政策模式下，云南省汽車維修行業(yè)VOCs排放因子為266.33kg/t。在云南省汽車維修行業(yè)萬元產(chǎn)值對應(yīng)的原輔材料消耗量不變前提下，政策模式下2020年云南省汽車維修行業(yè)VOCs排放量為4031.78t，2025年VOCs排放量6076.50。相對于無控模式，VOCs減排率為53.76%。

3.3 不確定性分析

云南省汽車維修企業(yè)VOCs排放量的不確定性主要來自于活動水平及排放因子不確定性兩個方面：

(1)研究中VOCs排放因子、次維修對應(yīng)的含VOCs原輔材料消耗量等數(shù)據(jù)來自于現(xiàn)場調(diào)研，汽車保有量數(shù)據(jù)來自于統(tǒng)計年鑒，年維修車輛次數(shù)來自于據(jù)汽車保有量的推算。采用的現(xiàn)場調(diào)研汽修企業(yè)均涉及鈑金維修及噴涂業(yè)務(wù)，而全省部分汽車維修企業(yè)僅進行汽車美容等VOCs排放量小的業(yè)務(wù)。調(diào)研企業(yè)的不夠全面可能導致次維修對應(yīng)的含VOCs原輔材料消耗量數(shù)據(jù)偏高，從而導致推算出的云南省汽車維修行業(yè)VOCs排放量偏高。

(2)研究中VOCs排放因子來源于樣本調(diào)查，因為原輔材料使用類型配比及末端處理技術(shù)不同將導致同類企業(yè)排放因子波動范圍大，本研究雖做了大量現(xiàn)場調(diào)研依然難以保證得出的排放因子具有足夠代表性，從而增加了研究結(jié)果的不確定性。

4 結(jié)論

(1)2314家調(diào)研汽車維修企業(yè)原輔材料使用量約6024.13t，VOCs排放量約為2797.10t，次維修對應(yīng)的含VOCs原輔材料消耗量為1.49kg/次。在此基礎(chǔ)上推算2018年云南省汽車維修業(yè)有機原輔材料消耗量約為12647.71t，VOCs排放量約為7198.35t。

(2)在不采取進一步控制措施的無控模式下，到2026年云南省汽車維修行業(yè)VOCs排放量達到14131.64t，是2018年排放量的近兩倍。優(yōu)化涉VOCs原輔材料使用類型及品質(zhì)，提升末端治理措施效率的政策模式，相對于無控模式VOCs排放減排率為53.76%。

(3)實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，云南省汽車維修行業(yè)呈分布廣、集中度低、規(guī)模化企業(yè)占比少、清洗及涂裝流程中稀釋劑使用過多、末端治理技術(shù)普遍采用過濾棉吸附VOCs、高效凈化技術(shù)應(yīng)用率低的特點。

(4)優(yōu)化涉VOCs原輔材料使用類型及品質(zhì)；提升末端治理措施效率；科學涉VOCs原輔材料使用配比，減少高VOCs含量的原輔材料稀釋劑的使用：均可有效降低云南省汽車維修行業(yè)VOCs排放量。長遠來看，優(yōu)化涉VOCs原輔材料使用類型及品質(zhì)是控制云南省汽車維修行業(yè)VOCs減排的最佳選擇。