2019—2021年西安市汽修行業(yè)VOCs去除及排放水平變化監(jiān)測分析

朱 敏 逯翠梅 焦 凱

(1.陜西國源檢測技術(shù)有限公司；2.華遠(yuǎn)檢測有限公司；3.陜西中測檢測科技股份有限公司，西安 710018)

揮發(fā)性有機(jī)物(簡稱VOCs)，一般指常溫常壓下，沸點(diǎn)小于260℃的有機(jī)化合物[1]。在太陽光紫外線照射下，VOCs和氮氧化物易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，形成大量臭氧、破壞大氣層[2]。VOCs對(duì)于人類的身體健康存在巨大的威脅[3]，特別是噴漆行業(yè)產(chǎn)生大量漆霧，持續(xù)彌散在空氣中進(jìn)入呼吸道，損傷人體的神經(jīng)系統(tǒng)和造血器官等。隨著人們生活水平的逐步提高，私家車輛的普及，汽車維修量急劇增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年西安市汽修廠已突破5000家，每年汽修行業(yè)對(duì)于整個(gè)城市VOCS排放總量的貢獻(xiàn)值不容小覷。隨著VOCs排放問題的日益凸顯，政府也將對(duì)工業(yè)源VOCs的重點(diǎn)關(guān)注，逐步擴(kuò)散至生活源VOCs的排放問題上，城市中汽修行業(yè)的VOCs排放無疑成為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。自2010年廣東出臺(tái)關(guān)于汽車行業(yè)表面涂裝地方標(biāo)準(zhǔn)[4]，直到2017年陜西[5]、山東[6]、浙江[7]、湖北[8]、遼寧[9]、天津[10]等地陸續(xù)出臺(tái)了各地方涉及汽修行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在此階段國家也頒布了《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 37822-2019)[11]。陜西、天津、浙江等多地，實(shí)施“雙達(dá)標(biāo)”管控要求，即排放濃度達(dá)標(biāo)和去除效率達(dá)標(biāo)。多數(shù)汽修廠屬于小型服務(wù)機(jī)構(gòu)，存在規(guī)模小、數(shù)量多、涉面廣、間斷性排放等特點(diǎn)，汽修廠VOCs排放集中在修補(bǔ)噴漆、烤漆工序，但因廢氣收集率低或者凈化設(shè)施不完善，致使去除效率達(dá)標(biāo)困難。近年來，諸多學(xué)者研究分析了汽修行業(yè)VOCs的源頭、污染控制及治理技術(shù)等問題，比如黃宇等人[12]分析了武漢市汽修行業(yè)不同環(huán)節(jié)產(chǎn)生的VOCs排放水平及組分特征，提出了加強(qiáng)對(duì)噴漆房排氣筒有組織排放的重點(diǎn)關(guān)注。王海林等[13]研究了國內(nèi)外汽修行業(yè)的現(xiàn)狀及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，提出了“源頭控制+過程管控+末端治理”的全過程的建議，但是涉及VOCs有組織排放水平及去除效率的研究頗少。本文通過近三年對(duì)西安市二十余家小規(guī)模汽修廠有組織排放監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析VOCs(以非甲烷總烴表征)排放及去除效率的實(shí)際水平，為進(jìn)一步改善城市廢氣污染提供可靠的理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 研究對(duì)象與方法

以西安市汽修行業(yè)噴漆房排放口的有機(jī)廢氣為研究對(duì)象，采用固定污染源廢氣中非甲烷總烴的測定 氣相色譜法(HJ 38-2017)[14]對(duì)有組織廢氣排放的VOCs濃度進(jìn)行采集與手工檢測，并計(jì)算其去除效率，符合國家相關(guān)檢測方法規(guī)定。

依據(jù)陜西省揮發(fā)性有機(jī)物地方標(biāo)準(zhǔn)(DB61/T1061-2017)[5]的規(guī)定，表面噴涂行業(yè)要求非甲烷總烴(NMHC)標(biāo)準(zhǔn)限值為50 mg/m3，關(guān)中地區(qū)需滿足去除效率大于85%的要求。

2019—2021年，每季度分別對(duì)二十余家汽修廠的VOCs(以NMHC表征)濃度及去除效率進(jìn)行監(jiān)測。

2 結(jié)果與討論

2.1 出口濃度及達(dá)標(biāo)率

2.1.1 出口濃度

2019—2021年，每季度分別對(duì)選定的汽修廠噴漆房開展VOCs出口濃度的監(jiān)測，由圖1可知，該三年內(nèi)測定汽修廠VOCs出口濃度范圍分別為7.82～72.4 mg/m3、1.72～51.5 mg/m3、1.37～57.5 mg/m3。與2019年相比，2020年汽修廠VOCs出口濃度明顯下降，而2020年以后，出口平均濃度無明顯變化。這一結(jié)果說明，出口濃度逐年降低，VOCs出口濃度管控水平逐步趨于平穩(wěn)。

圖1 2019—2021年汽修廠VOCs出口濃度的變化趨勢

2.1.2 出口濃度達(dá)標(biāo)率

2019—2021年汽修廠VOCs出口濃度達(dá)標(biāo)率呈平穩(wěn)上升趨勢，這三年平均達(dá)標(biāo)率分別為89.4%、92.9%、97.6%，且2020年和2021年均有兩個(gè)季度出現(xiàn)全部達(dá)標(biāo)狀態(tài)。2019—2021年，監(jiān)測企業(yè)數(shù)量相當(dāng)，去除效率達(dá)標(biāo)率為35.0%～68.9%。與2019年相比，2021年去除效率達(dá)標(biāo)率顯著提高，但每年不達(dá)標(biāo)企業(yè)數(shù)量仍然占30%左右。由圖2可知，出口濃度基本趨于平穩(wěn)，出口濃度對(duì)去除效率已無法造成顯著影響。換而言之，出口濃度達(dá)標(biāo)，去除效率也存在超標(biāo)現(xiàn)象。

圖2 2019—2021年汽修廠出口濃度達(dá)標(biāo)率和VOCs去除效率達(dá)標(biāo)率的統(tǒng)計(jì)

2.2 進(jìn)口濃度及去除效率

2.2.1 進(jìn)口濃度

2019—2021年間，每季度選擇二十余家汽修廠開展有組織排放VOCs進(jìn)口濃度的監(jiān)測。由圖3可知，這三年測定汽修廠廢氣VOCs進(jìn)口濃度最高為107.6 mg/m3，最低為2.87 mg/m3；2019—2021年平均進(jìn)口濃度范圍分別為14.8～80.6 mg/m3、10.9～87.5 mg/m3、5.32～98.1 mg/m3。2019—2021年進(jìn)口濃度范圍逐漸增大，低濃度數(shù)據(jù)比例明顯增加。近年來，隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，汽修行業(yè)實(shí)施源頭管控策略，水性漆逐漸替代油性漆，故進(jìn)口濃度結(jié)果向低濃度范圍延伸。

圖3 2019—2021年汽修廠VOCs進(jìn)口濃度的變化趨勢

2.2.2 去除效率

2019—2021年間，每季度選擇二十余家汽修廠開展有組織排放VOCs去除效率的檢測，由圖4可知，該三年間汽修廠有組織廢氣VOCs去除效率范圍為26.7%～96.8%，2019～2021年汽修廠VOCs的平均去除效率范圍分別為30.2%～87.4%、41.6%～91.3%、49.6%～94.3%， 整體處于穩(wěn)定上升趨勢。綜合以上結(jié)果可知，VOCs出口排放濃度基本穩(wěn)定，變化不顯著，因此去除效率的高低取決于進(jìn)口濃度的大小，進(jìn)口濃度過小，則去除效率難以達(dá)標(biāo)。VOCs進(jìn)口濃度不足，會(huì)直接影響各工藝處理過程的吸附反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)速率[15]。相同時(shí)間內(nèi)，VOCs反應(yīng)速率下降，致使去除效率降低。VOCs進(jìn)口濃度過小，主要原因?qū)嶋H中產(chǎn)生量很小或者廢氣收集率低。部分企業(yè)甚至出現(xiàn)進(jìn)出口濃度倒掛的現(xiàn)象，說明在處理設(shè)施階段可能存在污染。

圖4 2019—2021年汽修廠VOCs去除效率的結(jié)果統(tǒng)計(jì)

目前多數(shù)企業(yè)因進(jìn)口濃度太小，導(dǎo)致去除效率不達(dá)標(biāo)，其主要原因可能存在三個(gè)方面：(1)實(shí)際維修過程中本身產(chǎn)生的VOCs量很小，不同汽修廠在各環(huán)節(jié)用漆量和油漆類型存在較大差異[16]，且每輛車的修補(bǔ)面積、噴漆技術(shù)及用漆量等各有不同，有機(jī)物的組分及揮發(fā)量有所不同[17]。若實(shí)際VOCs產(chǎn)生量較小，可根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 37822-2019)規(guī)定要求，重點(diǎn)地區(qū)NMHC初始排放速率<2kg/h時(shí)，則無須加裝VOCs處理設(shè)施，去除效率便無實(shí)際意義，“雙達(dá)標(biāo)”的管控也無從談起。(2)廢氣VOCs收集率低，噴(烤)漆現(xiàn)場存在密封不嚴(yán)或者管道泄漏等問題，易造成無組織廢氣排放[18]，可建議加測廠界及廠區(qū)內(nèi)無組織廢氣中的VOCs濃度來判定是否達(dá)標(biāo)排放。(3)由于風(fēng)機(jī)設(shè)置離排氣筒進(jìn)口太近，VOCs進(jìn)入瞬間，濃度便被稀釋，這一情況需考慮排風(fēng)機(jī)與管道的布局是否合理。

2.3 不同處理工藝對(duì)去除效率的影響

通過對(duì)2019—2021年西安市二十余家有噴(烤)漆的汽修廠的VOCs處理工藝、設(shè)施維護(hù)管理情況等資料收集與整理，本研究測定不同處理工藝對(duì)去除效率的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 不同處理設(shè)施對(duì)去除效率的影響

由表1可知，單一使用UV光氧去除效率最低，無明顯效果，且運(yùn)行過程中可能造成設(shè)備二次污染。活性炭處理效果顯著，但頻繁更換活性炭會(huì)持續(xù)增長企業(yè)運(yùn)行成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，85%以上企業(yè)采用兩種或多種組合工藝聯(lián)用方式，組合工藝效果疊加，且節(jié)省能耗[15]。目前選擇使用UV光解+活性炭這一組合汽修企業(yè)最多，VOCs處理效果不穩(wěn)定。選擇活性炭吸附+UV光氧+低溫等離子處理與光氧催化+雙活性炭吸附這兩種組合處理方式的企業(yè)較多，其處理效果相差不大。干式過濾+活性炭吸附+光氧催化組合方式，對(duì)于處理汽修廠的漆霧效果尤佳，應(yīng)用卻不夠廣泛。組合工藝聯(lián)用運(yùn)行期間，設(shè)備的維護(hù)管理尤為關(guān)鍵，任一設(shè)備出現(xiàn)故障，將會(huì)直接影響工藝聯(lián)用的效果。比如活性炭填裝量不足或更換周期過長，造成活性炭吸附效果較差，甚至出現(xiàn)脫附現(xiàn)象[19]；UV光解處理工藝紫外燈出現(xiàn)損壞維修不及時(shí)，設(shè)備無法滿足最佳設(shè)計(jì)功率，造成處理效果不佳。這一結(jié)果表明，設(shè)備維護(hù)管理是影響VOCs處理效果的關(guān)鍵性因素。

3 結(jié)論

(1)汽修廠VOCs廢氣排放出口濃度逐年降低，出口達(dá)標(biāo)率趨于穩(wěn)定，為89.4%～97.6%。

(2)2019—2021年進(jìn)口濃度范圍逐漸增大，進(jìn)口濃度向低濃度范圍延伸，VOCs出口排放濃度基本穩(wěn)定，因此去除效率的高低取決于進(jìn)口濃度的大小，進(jìn)口濃度過小，則去除效率難以達(dá)標(biāo)。

(3)建議企業(yè)重視VOCs處理設(shè)施的維護(hù)管理，保證出口濃度達(dá)標(biāo)，同時(shí)也要重點(diǎn)關(guān)注去除效率的達(dá)標(biāo)情況。建議企業(yè)和相關(guān)部門在評(píng)價(jià)VOCs排放和去除效率達(dá)標(biāo)時(shí)，務(wù)必將進(jìn)口濃度過低的情況納入考慮范圍，以便更好地執(zhí)行“雙達(dá)標(biāo)”的管控要求，切實(shí)改善城市空氣質(zhì)量。