玉環(huán)市木制家具VOCs排放核定算法與優(yōu)化

章晶曉，吳遵義，陳林健，王 磊，謝曉威，鄭義平，李震巽

(1.臺州市生態(tài)環(huán)境局玉環(huán)分局，浙江 臺州 317600；2.浙江泰誠環(huán)境科技有限公司，浙江 臺州 318000)

0 引 言

家具行業(yè)是玉環(huán)市重要的支柱行業(yè)之一，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展壯大，玉環(huán)市已成為華東地區(qū)最大的家具生產(chǎn)基地。與此同時，玉環(huán)市家具行業(yè)的VOCs排放也成為影響玉環(huán)大氣環(huán)境質(zhì)量的主要因素。

為推動區(qū)域污染治理和減排、改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，玉環(huán)市早在2010年就開始探索主要污染物排污權(quán)交易工作，利用排污權(quán)市場化激發(fā)排污企業(yè)在污染治理的內(nèi)生動力，并取得初步成效。為進一步深化排污權(quán)交易試點工作，持續(xù)推動污染減排，2017年底玉環(huán)市申請省級排污權(quán)資產(chǎn)化試點并順利獲批，成為首批VOCs總量交易試點地區(qū)。隨著VOCs排污權(quán)交易量和家具行業(yè)治理水平的不斷提升，家具行業(yè)VOCs排放量以及區(qū)域VOCs排污權(quán)總量不明晰等問題，在一定程度上限制了家具行業(yè)VOCs排污權(quán)交易工作的可持續(xù)發(fā)展。

為持續(xù)推進VOCs排污權(quán)資產(chǎn)化省級試點工作，科學核定玉環(huán)家具行業(yè)VOCs排放量，本次研究工作在調(diào)查玉環(huán)市家具行業(yè)原料使用及廢氣污染治理情況基礎(chǔ)上，篩選11家典型木質(zhì)家具企業(yè)開展VOCs廢氣監(jiān)測，對比分析多種核算方法下的產(chǎn)排量優(yōu)劣勢，確定不同污染治理水平的最優(yōu)VOCs排放核定算法。

1 玉環(huán)市家具行業(yè)概況

玉環(huán)市木質(zhì)家具企業(yè)普遍規(guī)模較小，以手工生產(chǎn)為主。行業(yè)VOCs排放主要集中在涂裝和膠粘工藝(如圖1)，涂裝工藝通常需要經(jīng)歷底涂、面涂兩道工序，于密閉的噴涂車間進行，采用手工空氣噴涂方式。

2 材料與方法

2.1 調(diào)查企業(yè)的選取

本研究對玉環(huán)市11家木制家具廠進行調(diào)查采樣，涉及VOCs的原輔料主要包括膠粘劑、各種油漆以及相應的稀釋劑和固化劑，上述原輔材料中所含VOCs成分復雜，包含酯類、酮類、苯類等物質(zhì)，以苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等組分為主，調(diào)查企業(yè)基本情況如表1。

表1 調(diào)查企業(yè)基本情況

2.2 采樣方法

按照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T 16157—1996)、《固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 397—2007)、《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》(第四版)等采樣方法及技術(shù)規(guī)范的要求進行。

2.3 VOCs監(jiān)測方法與儀器

苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙酸丁酯及乙酸乙酯按照《固定污染源廢氣 揮發(fā)性有機物的測定 固相吸附-熱脫附/氣相色譜-質(zhì)譜法》(HJ 734—2014)進行；非甲烷總烴按照《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》(HJ 38—2017)進行。

氣相色譜儀GC-2018PLUS；氣相色譜儀GC9790。

3 結(jié)果與討論

3.1 行業(yè)數(shù)據(jù)分析

調(diào)查結(jié)果顯示，玉環(huán)市的家具行業(yè)企業(yè)主要集中在楚門鎮(zhèn)、清港鎮(zhèn)、玉城街道、沙門鎮(zhèn)和蘆蒲鎮(zhèn)。企業(yè)規(guī)模普遍偏小，其中微型企業(yè)占比39%、小型企業(yè)占比51%、中型企業(yè)占比10%。

家具行業(yè)中涉及VOCs排放的企業(yè)有98家，其中僅使用水性漆的企業(yè)為41家，其余57家企業(yè)為油性漆和水性漆兼用或僅使用油性漆。根據(jù)統(tǒng)計，油性漆使用量為973.149噸，固化劑使用量為167.316噸，稀釋劑使用量為778.519噸，水性漆使用量為1 330.007噸。在全市涂料的使用及選擇上，油性漆占比59%，水性漆占比41%，可見油性漆使用占比略偏高，詳見表2。

表2 家具行業(yè)含VOCs物料使用情況Table 2 Usage of VOCs-containing materials in the furniture industry t

98家企業(yè)的VOCs治理情況統(tǒng)計結(jié)果見表3所示。從中可知玉環(huán)市木質(zhì)家具行業(yè)VOCs的配套治理設(shè)施安裝普及率在98%左右。企業(yè)普遍采用活性炭吸附、光催化等工藝或者其組合工藝，且處理對象以噴漆、晾干廢氣為主。

表3 家具行業(yè)有機廢氣處理情況

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表4結(jié)果顯示，苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙酸乙酯、乙酸丁酯和非甲烷總烴均有檢測出，同時根據(jù)特征VOCs進出口濃度、廢氣量及生產(chǎn)時間計算對應的削減量和處理效率，處理效率在75.0%～94.1%之間。利用物料衡算法(實測法)計算的產(chǎn)生量及削減量可得到相應的排放量，排放量波動較大，甚至有負值等情況。

表4 治理設(shè)施進出口VOCs濃度監(jiān)測情況

續(xù)表

3.2 排放公式對比分析

本研究選取11家調(diào)查企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)同時采用物料衡算法(實測法)、物料衡算法(公式法)和產(chǎn)排污系數(shù)法3種核算方法進行計算對比分析產(chǎn)生量和排放量結(jié)果情況，3種核算方法具體計算過程見公式(1)～(7)。

(1)物料衡算法(實測法)涉及以下公式：

E涂裝=E產(chǎn)生-C削減

(1)

E產(chǎn)生=E物料-W廢棄

(2)

C削減=∑D去除i

(3)

D去除,i=(C進口,i-C出口,i)×Qi×ti

(4)

E涂裝：統(tǒng)計期內(nèi)VOCs排放量，kg；E產(chǎn)生：統(tǒng)計期內(nèi)VOCs產(chǎn)生量，kg；C削減：統(tǒng)計期內(nèi)VOCs削減量，kg；E物料：統(tǒng)計期內(nèi)使用物料中VOCs量之和，kg；W廢棄：統(tǒng)計期內(nèi)，廢棄物中VOCs量之和，kg；廢棄物包括但不限于廢棄涂料、廢棄稀釋劑、廢棄固化劑等；本廢棄物不含漆渣，其VOCs量忽略不計；D去除,i：污染處理設(shè)施i的VOCs去除量，kg；C進口,i：污染處理設(shè)備i進口的VOCs排放濃度，kg·m-3；C出口,i：污染處理設(shè)備i出口的VOCs排放濃度，kg·m-3；Qi：污染處理設(shè)備i的煙氣量，m3·h-1；ti：核算期生產(chǎn)時間，小時。

(2)物料衡算法(公式法)涉及以下公式：

E涂裝=E產(chǎn)生-C削減

同(1)

E產(chǎn)生=E物料-W廢棄

同(2)

C削減=∑C削減,i

(5)

C削減,i=∑E產(chǎn)生,j×30%×α

(6)

E產(chǎn)生,j：統(tǒng)計期內(nèi)某排放環(huán)節(jié)j的VOCs產(chǎn)生量，kg，產(chǎn)生量是指通過集氣設(shè)施收集并接入末端治理設(shè)備的相應環(huán)節(jié)VOCs產(chǎn)生量，未采用集氣設(shè)施收集處理的產(chǎn)生量不計入；α：調(diào)整系數(shù)，見表5。

(3)產(chǎn)排污系數(shù)法涉及以下公式：

E排=∑[P產(chǎn)×Mi(1―ηT×kT)]

(7)

E排：污染物產(chǎn)生量，kg×10-3；P產(chǎn)：核算環(huán)節(jié)某污染物對應的產(chǎn)污系數(shù)，g·kg-1；Mi：核算環(huán)節(jié)i的原料總量，kg；ηT：核算環(huán)節(jié)i某污染物采用的末端治理技術(shù)的平均去除效率，%；kT：核算環(huán)節(jié)i某污染物采用的末端治理設(shè)施的實際運行率，取值1。

根據(jù)3種核算方法和排放量計算結(jié)果進行對比及分析：①產(chǎn)排污計算法所得VOCs排放量普遍比其他兩種方法大，由于產(chǎn)排污系數(shù)法將VOCs廢氣產(chǎn)生及廢棄量均考慮在產(chǎn)污系數(shù)里，VOCs廢氣收集及處理情況均考慮在末端處理技術(shù)的處理效率里面，在全國企業(yè)基數(shù)下能夠反映區(qū)域性的情況，但針對某個小區(qū)域企業(yè)不具備針對性；②物料衡算法(實測法)計算的排放量波動較大，數(shù)據(jù)存在過大或過小，甚至排放量為負值等情況，其原因主要由于實測法無法得知企業(yè)正常生產(chǎn)情況下車間有機廢氣的收集情況，因其無組織的排放量而存在很大的不確定性，僅依據(jù)實測法中的監(jiān)測數(shù)據(jù)計算存在相對較大的誤差(削減量誤差相對較大)；③物料衡算法(公式法)為純理論計算，但所得的VOCs產(chǎn)生量是通過實地考察并收集企業(yè)實際使用的油漆、固化劑等物料的溶劑含量計算得來，較產(chǎn)排污系數(shù)法更具有針對性；另外，物料衡算法(公式法)在削減量的核算時采用公式計算更有通用性和實操性。綜上對比和分析，物料衡算法(公式法)更適用于玉環(huán)市家具行業(yè)VOCs排放量的核定。

表6 3種核算方法下的11家企業(yè)VOCs排放量

本研究根據(jù)物料衡算法(公式法)計算得到的11組數(shù)據(jù)進行整合優(yōu)化，得出玉環(huán)市家具行業(yè)VOCs排放量核算公式如下：

E排=∑i(Qi,油性+Qi,水性/10)×A×(1-0.3α)

式中：E排：玉環(huán)市全市VOCs排放量，t·a-1；Qi,油性：玉環(huán)市i企業(yè)的油性漆年使用量，t·a-1；Qi,水性：玉環(huán)市i企業(yè)的水性漆年使用量，t·a-1；A：產(chǎn)生系數(shù)，0.459；α：調(diào)整系數(shù)，見表5。

本研究對整合優(yōu)化后的公式進行驗證，根據(jù)11家企業(yè)涉及VOCs原輔料使用及廢氣治理情況，采用整合優(yōu)化后的VOCs排放量核算公式進行計算，同時以物料衡算法(公式法)計算的數(shù)據(jù)作為VOCs實際排放量，通過對比VOCs公式計算排放量和實際排放量數(shù)據(jù)，以圖2表征整合優(yōu)化后的VOCs排放量核算公式的精度情況。

圖2 VOCs公式計算值與實際值偏離度Fig.2 The deviation between the calculated value and the actual value of VOCs

4 結(jié) 論

結(jié)合玉環(huán)市木質(zhì)家具行業(yè)現(xiàn)有原輔料和處理工藝，對物料衡算法(公式法)進行優(yōu)化，優(yōu)化的核定方法為E排=∑i(Qi,油性+Qi,水性/10)×A×(1-0.3α)(優(yōu)化后的產(chǎn)生系數(shù)A=0.459)，更切合玉環(huán)市實際情況，可為玉環(huán)市木質(zhì)家具VOCs排放量核定依據(jù)。