汽車整車制造企業(yè)VOCs污染對大氣環(huán)境的影響及防治研究

任海濤

（北京現(xiàn)代汽車有限公司，北京 101300）

近年來，我國工業(yè)化水平穩(wěn)步提升。隨著工業(yè)化生產(chǎn)需求的提高，其過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物（VOCs）對我國大氣環(huán)境造成了嚴重的影響。VOCs每年的排量均在上升，其可直接通過人體的呼吸道、消化道進入人的體內(nèi)，引發(fā)眾多疾病。VOCs作為PM2.5與O3的前體物，近些年受到了學(xué)術(shù)界的關(guān)注與研究，北京曾在2015年至2017年征收VOCs排污費，最高每公斤40元，但因VOCs包含成多種揮發(fā)性有機化合物，且每種化合物對大氣產(chǎn)生的污染類別不同，無形中增加了其污染防治的難度，控制難度也相當大[1]。本文通過對汽車整車制造企業(yè)的廠區(qū)內(nèi)不同車間排氣筒與附近部分敏感點進行走訪采樣，以此檢測VOCs的構(gòu)成與對大氣造成的污染程度，進而提出防治措施，緩解汽車制造企業(yè)VOCs排放對大氣環(huán)境的污染，盡量排除或減少身體危害源。

1 材料與方法

1.1 采樣方案

本次研究選取某汽車整車制造企業(yè)為研究對象，根據(jù)其廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)車間的生產(chǎn)工藝、排污等情況，按照相關(guān)標準與行業(yè)規(guī)范制定揮發(fā)性氣體（VOCs）采樣方案。該生產(chǎn)車間工廠位于北京市順義區(qū)楊鎮(zhèn)，設(shè)有沖壓車間、焊接車間、涂裝車間、總裝車間和發(fā)動機車間，總占地154萬m2，總產(chǎn)能33萬輛/年。

本次研究關(guān)注的對象分為2個部分，1為涂裝車間，2為發(fā)動機車間，1部分中有3個廠界點與3個主要排氣筒，2部分設(shè)有3個廠界點與8個排氣筒，敏感點3為圖中左下方標記處，具體如圖1所示。針對該汽車企業(yè)揮發(fā)性有機物（VOCs）的檢測，采樣日期選定為2021年12月11-13日，共計3日。時間段為每日上午9點-12點，下午2點-5點，上述時間段工廠正常生產(chǎn)。這3日平均氣溫為6～9℃，相對濕度為18%～25%，風(fēng)向為東北風(fēng)3級。采樣期間，考慮到華北地區(qū)在冬天多東北風(fēng)，因此對應(yīng)敏感區(qū)的位置，可推斷是受該企業(yè)影響。

圖1 某汽車制造企業(yè)廠區(qū)平面圖

1.2 材料與方法

本次進行揮發(fā)性氣體（VOCs）的采樣選取容積為3.2 L的硅烷化處理后的蘇瑪罐，采樣后的氣體當天帶回實驗室進行保存與分析，有效地避免VOCs成分的損失與反應(yīng)[2]。具體處理與分析步驟為：第一步，將裝有VOCs的蘇瑪罐（圖2）進行80℃烘烤，每個蘇瑪罐需要烘烤3 min；第二步，進行清洗抽空至6.67 Pa，針對裝有環(huán)境中氣體樣品的蘇瑪罐清洗2次，而裝有排氣筒中氣體的蘇瑪罐需要清洗4次；第三步，為了降低排氣筒污染氣體的體積分數(shù)，需要將該氣體樣品進行倍數(shù)稀釋，而針對外部環(huán)境采用氣體不做稀釋；最后進行進樣分析，為了保證結(jié)果的有效性與準確性，需要進樣不同體積的氣體以降低污染物的體積分數(shù)。

圖2 蘇瑪罐

2 檢測結(jié)果分析

2.1 排氣筒氣體樣品結(jié)果分析

汽車制造企業(yè)廠區(qū)內(nèi)1和2區(qū)域的1-8號為發(fā)動機車間機加工集塵排口，9-11為涂裝水性漆噴漆、油性漆噴漆、烤箱排口。通過3日的氣體采樣與檢測，對比DB11/1227—2015《汽車整車制造業(yè)（涂裝工序）大氣污染物排放標準》11個排氣筒污染源的揮發(fā)性氣體NMHC濃度均未出現(xiàn)異常值，具體結(jié)果可見表1。

表1 廠區(qū)內(nèi)1和2區(qū)域排氣筒氣體濃度檢測結(jié)果

利用化學(xué)儀器分析法，即大氣預(yù)濃縮儀-氣相色譜-質(zhì)譜的聯(lián)用法對通排氣筒氣體樣品的成分檢測，共檢測出54種VOCs物種，并發(fā)現(xiàn)該汽車制造廠區(qū)內(nèi)11個排氣筒中的NMHC揮發(fā)性有機物的成分為芳香烴、鹵代烴、烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、酮類、酯類、醚類、醇類、含硫化合物和含氧環(huán)化合物。

2.2 廠界點與敏感點氣體樣品檢測結(jié)果

檢測的廠界點與敏感點臭氣樣品最終結(jié)果與GB14554—93《惡臭污染物排放標準》標準值對比，具體可見表2。

由表2得知，按照排入GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中一類區(qū)的執(zhí)行一級標準對比，6個廠界點與敏感點的臭氣濃度未見異常值，說明該廠區(qū)附近環(huán)境中的臭氣濃度達標。但是該數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)不代表敏感區(qū)中的環(huán)境空氣不受影響，低濃度的臭氣也可能對人的身體以及大氣造成一定的危害。根據(jù)采樣日期的氣象可知，該汽車制造企業(yè)當日的主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)，而敏感點恰恰處于廠區(qū)的東北方向，也就是敏感點位于下風(fēng)口，必然會受到該廠區(qū)排放的揮發(fā)性有機物（VOCs）的影響，加之廠區(qū)內(nèi)發(fā)動機廠區(qū)與涂裝車間排放的污染氣體疊加，是造成敏感點居民區(qū)大氣污染的重要原因之一。

表2 廠界點與敏感點氣體樣品的臭氣濃度檢測結(jié)果

3 揮發(fā)性有機物（VOCs）的產(chǎn)生及對大氣的影響

經(jīng)過上述對汽車制造企業(yè)排放進行檢測，發(fā)現(xiàn)影響大氣質(zhì)量的重要來源就是VOCs。近年來，汽車制造企業(yè)的產(chǎn)量大幅度提升，排放的VOCs也不斷增加，國家、地方也已經(jīng)制定了相關(guān)標準對VOCs污染進行控制。對于汽車整車制造行業(yè)來講，排放的VOCs主要集中在涂裝車間與總裝車間[3]，如：電泳、涂膠、中涂噴涂、色漆噴涂、罩光漆噴涂、修補、注蠟、下線與檢測等各個階段均會產(chǎn)生揮發(fā)性氣體（VOCs），部分工廠仍有超標現(xiàn)象的發(fā)生。揮發(fā)性有機物（VOCs）是形成細顆粒物（PM2.5）、臭氧（O3）等二次污染物的重要前體物，進而引發(fā)灰霾、光化學(xué)煙霧等大氣環(huán)境問題，嚴重制約社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，威脅人民群眾身體健康。

3.1 汽車涂裝過程VOCs的產(chǎn)生

上述分析中提到汽車制造企業(yè)產(chǎn)生的VOCs多是來自于涂裝，而經(jīng)過實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在該企業(yè)涂裝車間的VOCs的來源主要有兩種，一是原輔料中揮發(fā)的有機物，二是在烘干時產(chǎn)生的VOCs。電泳階段的VOCs來自于車身表面電泳漆中的溶劑揮發(fā)與烘干過程，雖然目前有相關(guān)溶劑使用量的規(guī)定與標準，但相應(yīng)技術(shù)有待進一步提升。涂膠與噴漆階段，不同工藝VOCs的產(chǎn)生量與排放量不同（圖3），而油漆、稀釋劑、固化劑是VOCs的主要來源，曾有學(xué)者研究表明，汽車噴漆過程中大約70%～80%的VOCs在噴漆室揮發(fā)與排放，剩下的20%～30%在烘干爐排放[4]，因此可見在此過程中大部分的VOCs都沒有經(jīng)過處理后排放，是造成VOCs大量排放的重要因素。注蠟階段，所用到的材料分為VOCs蠟與無VOCs蠟，而二者的成本有所不同，現(xiàn)如今大多企業(yè)為了追求成本效益最大化，選用含有VOCs的蠟，而后期烘干處理不完善，造成了大量的VOCs被直接和次直接排放。除了汽車涂裝工藝，另有修補與調(diào)漆、設(shè)備清潔等階段均有VOCs的排放。因此可見，VOCs的產(chǎn)生是多方面，并不是控制某一工藝階段所能解決的，其防治較為困難。

圖3 不同工藝VOCs的產(chǎn)生量（左圖）與排放量（右圖）

3.2 VOCs引起氣候變化與對霧霾的影響

與其他大氣污染氣體相比，VOCs具有自身的獨特性，其與氮氧化合物等在紫外線光照的作用下發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧、二次氣溶膠等大氣污染物，引起大氣對流層臭氧和氣溶膠的增加。一方面臭氧是具有溫室效應(yīng)的氣體，可引起氣候變暖，另一方面氣溶膠通過影響云的形成液滴尺寸與滯留時間，又能起到降溫作用，這一升一降似乎是抵消了。但是無論如何，VOCs的長期變化必定是間接引起氣候變化的重要因素之一。VOCs除了對氣候的影響，也是霧霾形成的一大幫手，現(xiàn)如今霧霾成了生活中司空見慣的一道“風(fēng)景”，霧霾的主要來源是人為污染，其罪魁禍首則是細顆粒物PM2.5，這些細顆粒物由硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、黑碳以及有機化合物等多種化學(xué)成分組成，這些污染少部分來自于制造企業(yè)污染源的直接排放，而大部分則是來自于SO2、NOx、VOCs等化學(xué)氣體的大氣光化學(xué)轉(zhuǎn)化。而VOCs對霧霾的影響程度可從PM2.5中相當高比重的有機物看出來，而眾多有機物需要VOCs的幫助，一部分在排放后形成顆粒或氣溶膠，另外一部分就是VOCs的大氣光化學(xué)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，其中有很多VOCs在經(jīng)過轉(zhuǎn)化后被轉(zhuǎn)化為不揮發(fā)有機物與半揮發(fā)有機物，進而形成二次氣溶膠[5]。VOCs作為大氣化學(xué)反應(yīng)的“燃料”，通過形成臭氧等增加了大氣的氧化性，由此幫助二氧化硫等酸性氣體轉(zhuǎn)化形成硫酸鹽與硝酸鹽氣溶膠，從而促進霧霾的形成。

4 汽車制造企業(yè)VOCs污染防治全過程管理措施

4.1 構(gòu)建全過程管理體系

工業(yè)涂裝作為VOCs排放的主要源頭之一，雖然現(xiàn)階段國家、地方層面與行業(yè)層面有明確的VOCs排放標準，但是隨著工業(yè)科技的發(fā)展，已有的標準是否能夠完全覆蓋所有排放過程暫且打上問號。但無論如何都應(yīng)遵循全過程管理原則，從“源頭-過程-末端”進行考核指標的選取，不應(yīng)僅僅按照傳統(tǒng)的管理模式只針對末端排放進行管控與評價[6]。因此，首先需要轉(zhuǎn)變思想，從頂端設(shè)計、原輔料選擇、生產(chǎn)過程VOCs收集與傳輸、治理設(shè)施運行監(jiān)控等多方面考慮，針對涂裝的全過程進行管理監(jiān)控指標的選取與標準的制定，改變以往傳統(tǒng)的管理模式，督促制造企業(yè)進行工藝和管理的改進與創(chuàng)新。其次應(yīng)進一步增加關(guān)注原材輔料VOCs含量的限制標準，以及具體到某個單位產(chǎn)品或單位涂裝面積的VOCs排放限值（如北京地標DB11/1227—2015），并加以配合政策補貼等形式鼓勵企業(yè)采取多種組合式VOCs管理方式。最后需要對末端排放加強監(jiān)管力度，應(yīng)在確保該方案實施的可行性與有效性的同時，形成詳細的控制文件，各分管部門需重點關(guān)注管轄區(qū)域內(nèi)汽車制造企業(yè)的VOCs排放量，進行定期乃至實時的檢測監(jiān)控，以保證其排放濃度、排放量在限值以內(nèi)，嚴格執(zhí)行國家、地方與行業(yè)標準。

4.2 加強VOCs排放全過程監(jiān)管

全過程管理體系強調(diào)全過程監(jiān)管與監(jiān)控。針對汽車制造排放VOCs，需要加強全過程監(jiān)管與監(jiān)督，首先基于因地制宜的思想，加強地方基層環(huán)保執(zhí)法人員對監(jiān)測裝備與監(jiān)管能力的提升，進一步規(guī)范其執(zhí)法監(jiān)測工作，強化涂裝工業(yè)VOCs排放的日常監(jiān)管。其次，一方面必須將VOCs排放納入重點排污單位的名單中，并形成必要性的文件[5]；另一方面針對重點企業(yè)與VOCs排放超標企業(yè)進行實時監(jiān)控，投入對應(yīng)的資金在VOCs排放口安裝實時監(jiān)測設(shè)備，并制定相配套的標準規(guī)范要求企業(yè)對監(jiān)測設(shè)備進行定期維保、更新等工作，以保證該設(shè)備的監(jiān)測效率。逐步明確其監(jiān)測指標，包括對原輔料、廢料中的VOCs成分的主要污染物與非甲烷總烴等因素，以保證監(jiān)測結(jié)果的完整性。最后應(yīng)實施全過程管理臺賬制度的實施，企業(yè)需要定期將每日進出的原輔料與廢料的VOCs含量寫入臺賬，并進行定期臺賬上報留存臺賬結(jié)果，相關(guān)人員進行抽查，并規(guī)定不得擅自修改臺賬，對于違法亂紀的行為，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)必須做出項目停產(chǎn)等嚴重懲罰。此外，還應(yīng)要求相關(guān)企業(yè)單位必須在取得排污許可證的條件下進行汽車制造項目的開展，而申請許可證必須嚴格按照國家與地方相關(guān)政策與規(guī)定并切實執(zhí)行證后管理，對于國家、地方與行業(yè)標準更新，以及企業(yè)內(nèi)部發(fā)生的各種變更導(dǎo)致的各種變化，企業(yè)應(yīng)及時對排污許可證相關(guān)內(nèi)容進行修訂更新并上報主管部門。

5 結(jié)束語

環(huán)保生態(tài)環(huán)保形勢日益嚴峻，VOCs的管理要求更是愈加嚴格。汽車制造作為我國工業(yè)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，在提升產(chǎn)量與創(chuàng)新水平的基礎(chǔ)上必須堅持“綠水青山就是金山銀山”的重要思想，從全過程精細化管理思想出發(fā)，嚴格執(zhí)行國家對VOCs的管理要求，從加大對涂裝所使用的原輔料研發(fā)力度，將其中的VOCs含量降到最低，提升對生產(chǎn)過程中VOCs的控制，細致精準的末端治理管控等方面入手，為大氣污染防治貢獻力量。