防水建筑材料制造業(yè)全過程清潔生產(chǎn)整治提升方案設計

王瑞晨 婁立峰 黨春閣 林雨琛 范光宇 李子秀#

(1.中國環(huán)境科學研究院清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟研究中心,國家環(huán)境保護生態(tài)工業(yè)重點實驗室,北京 100012;2.中北大學化學工程與技術學院,山西 太原 030051;3.貴州茅臺股份有限公司,貴州 遵義 564501;4.北京首創(chuàng)大氣環(huán)境科技股份有限公司,北京 100176)

防水建筑材料制造業(yè)與我國基礎設施建設和房地產(chǎn)的發(fā)展緊密相關,在發(fā)展經(jīng)濟、改善人民生活水平、解決就業(yè)等方面發(fā)揮著重要作用。但是,目前我國防水建筑材料制造業(yè)整體呈現(xiàn)行業(yè)市場規(guī)模大,龍頭企業(yè)稀少,中小企業(yè)甚至家庭作坊式企業(yè)數(shù)量眾多的局面,普遍存在污染物無組織排放、環(huán)境管理不規(guī)范等問題[1]。在當前打贏“污染防治攻堅戰(zhàn)”、不斷推進實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的政策背景下,防水建筑材料制造業(yè)的清潔生產(chǎn)水平亟待提升。針對單個企業(yè)逐一進行環(huán)境診斷和升級改造,不僅在很大程度上造成了人力財力的浪費,也對行業(yè)整體水平的提升收效甚微。因此,本研究對我國防水建筑材料制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進行了總結(jié),重點梳理了各類防水建筑材料的生產(chǎn)企業(yè)存在的關鍵共性問題,進而對防水建筑材料制造業(yè)全過程清潔生產(chǎn)整治提升方案進行設計,并分析難點,給出建議。

1 我國防水建筑材料制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國基礎設施建設不斷加強,防水建筑材料制造業(yè)近年一直保持著快速發(fā)展態(tài)勢。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前我國防水建筑材料生產(chǎn)企業(yè)有4 000余家,具有建筑防水施工資質(zhì)的企業(yè)有12 589家,行業(yè)市場規(guī)模在2 500億元以上[2]。防水建筑材料制造業(yè)產(chǎn)品主要包括瀝青類防水卷材、高分子類防水卷材和防水涂料等[3]。

據(jù)中國建筑防水協(xié)會統(tǒng)計,2021年全國防水建筑材料產(chǎn)量合計約為40.92億m2,較上年增長8.41%。其中,瀝青類防水卷材(包括改性瀝青類和自黏橡膠瀝青類防水卷材)占59.65%,高分子類防水卷材占9.92%,防水涂料占25.94%,新型防水建筑材料占4.04%,玻纖胎瀝青瓦等其他防水建筑材料占0.45%。

另據(jù)中國建筑防水協(xié)會對2016—2021年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,防水建筑材料制造業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量受新冠疫情影響在2019—2020年有所下降,但總體呈持續(xù)增長態(tài)勢(見圖1)。行業(yè)前10家企業(yè)的產(chǎn)品市場占有率從2015年的15%到2020年已上升至25%,行業(yè)集中度雖有提高,但整個行業(yè)主要由中小企業(yè)構(gòu)成的特征仍然明顯。

圖1 2016—2021年中國防水建筑材料制造業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量Fig.1 The number of enterprises above designated size in Chinese waterproof building materials manufacturing from 2016 to 2021

2 主要防水建筑材料生產(chǎn)工藝與產(chǎn)排污分析

不同防水建筑材料生產(chǎn)工藝排放的特征污染物不同。高分子類防水卷材和防水涂料在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生瀝青煙,車間內(nèi)粉塵和懸浮顆粒物較少,環(huán)保壓力相對較小。瀝青類防水卷材生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的瀝青煙含有萘、菲、酚、咔唑、吡啶、吡咯、吲哚、茚等100多種化合物,其中數(shù)十種對人體具有遺傳毒性、致突變性和致癌性,特別是其中的苯并芘具有強致癌作用[4-6]。以下是主要防水建筑材料生產(chǎn)工藝的產(chǎn)排污節(jié)點分析。

2.1 瀝青類防水卷材

瀝青類防水卷材生產(chǎn)工藝分為有胎卷材和無胎卷材兩種生產(chǎn)路線[7-8]。其中主要的產(chǎn)排污情況包括:使用燃氣導熱油爐加熱產(chǎn)生含SO2和氮氧化物的廢氣;原料瀝青卸料、攪拌配料、浸油涂布、對輥成型、覆膜等過程容易有瀝青煙、粉塵和揮發(fā)性有機物(VOCs)等的無組織排放(見圖2)。另外,瀝青改性時溫度高達240～260 ℃,超過瀝青的閃點溫度,具有安全隱患,需要特別注意。

圖2 瀝青類防水卷材生產(chǎn)工藝及產(chǎn)排污節(jié)點Fig.2 The production process and pollution discharge node of bituminous waterproof rolling materials

2.2 高分子類防水卷材

高分子類防水卷材是以合成樹脂、合成橡膠或者兩者共混體系為原料,加入一定量助劑和填料經(jīng)過塑煉、混煉、壓延或擠出成型、硫化、冷卻定型等主要工藝制成的片狀可卷曲防水材料[9-10],其常規(guī)生產(chǎn)工藝及產(chǎn)排污節(jié)點如圖3所示。其中,聚氯乙烯(PVC)等塑料類防水卷材生產(chǎn)過程中的特征污染物為粉塵和VOCs,粉塵主要產(chǎn)生于物料輸送、投加及助劑應用過程,少量聚合物單體和低聚物在加熱條件下也會從物料中逸散。橡膠類防水卷材在生產(chǎn)過程中塑煉、混煉工序多為敞開式,在高溫條件下物料容易解離出微量單體和有害分解物,主要是烷烴和烯烴的衍生物[11]。

圖3 高分子類防水卷材常規(guī)生產(chǎn)工藝及產(chǎn)排污節(jié)點Fig.3 The production process and pollution discharge node of common polymer waterproof rolling materials

2.3 防水涂料

防水涂料生產(chǎn)工藝基本都采用密封的反應釜,主要產(chǎn)排污節(jié)點在物料投放、反應、放料口灌裝等環(huán)節(jié)。如人工投放物料會導致粉塵和VOCs排放;反應釜內(nèi)物料在加熱條件下反應,部分工藝所需負壓環(huán)境,都會導致部分VOCs和粉塵隨反應釜頂端的抽氣管道排出。放料口灌裝環(huán)節(jié)多采用快速分裝工藝,液料從出料口流出至包裝桶這一過程中會有低濃度VOCs排放。

3 防水建筑材料制造業(yè)全過程清潔生產(chǎn)整治提升方案設計

3.1 方案設計思路

以促進行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展、改善區(qū)域大氣環(huán)境、逐步實現(xiàn)防水建筑材料制造企業(yè)清潔生產(chǎn)為目標,通過資料收集、檢測分析、專家研討等方式,提出具有行業(yè)特色的全過程清潔生產(chǎn)整治提升方案,詳細技術路線見圖4。

圖4 方案設計技術路線Fig.4 The technology roadmap of the program design

3.2 全過程清潔生產(chǎn)整治提升方案要求

3.2.1 合規(guī)性與源頭管理

合規(guī)性方面,企業(yè)應嚴格遵循國家相關法規(guī)做好環(huán)境影響評價和“三同時”驗收工作,依法辦理排污許可證書,并按照規(guī)定種類和排放量合規(guī)排放污染物。源頭管理方面,由于原材料帶入的污染物不僅會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量還會伴隨至整個產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用過程,因此企業(yè)需要重點管控。

以目前產(chǎn)量最多、環(huán)保壓力最大的瀝青類防水卷材生產(chǎn)為例,原料選用高標準石油瀝青可以減少軟化劑的加入,在降低加熱溫度和生產(chǎn)能耗的同時也可以減少瀝青煙的產(chǎn)生,還可以提高產(chǎn)品耐久度。目前常被企業(yè)用作軟化劑的廢機油通常成分復雜,含有大量多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴及重金屬等有毒有害物質(zhì),會對人體健康造成危害[12]。再如,廢橡膠粉中所含的硫化物是防水建筑材料生產(chǎn)和使用過程中臭氣的主要來源,可以使用熱塑性彈性體(SBS)和無規(guī)聚丙烯(APP)改性劑替代廢橡膠粉,同時可以降低瀝青改性時的加熱溫度,減少煙氣排放[13-14]。

防水建筑材料制造業(yè)合規(guī)性與源頭控制具體要求歸納在表1中。

表1 合規(guī)性與源頭控制要求Table 1 The requirements for compliance and source control

3.2.2 物料儲存和使用管理要求

目前,企業(yè)在物料儲存、運輸和裝卸過程中普遍采取粗放式管理。物料及產(chǎn)品露天堆放、儲運管理混亂等不合規(guī)行為造成了粉塵和VOCs排放。所以在物料儲運和使用中應保持管路密閉,對污染物實現(xiàn)全過程封閉式回收,VOCs廢氣用管道集中收集到末端處理系統(tǒng),回收的粉料可回用,即使對于無法實現(xiàn)密閉的環(huán)節(jié)企業(yè)也應加強現(xiàn)場管理。

防水建筑材料制造業(yè)物料儲存和使用管理具體要求歸納在表2中。

表2 物料儲存和使用管理要求Table 2 The requirements for material storage and use management

3.2.3 生產(chǎn)過程管理要求

防水建筑材料制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中普遍存在攪拌罐投料手工投放、成型工段封閉程度不一、覆膜撒砂工序收集效率較低等容易造成粉塵逸散和無組織排放的問題。對此,建議生產(chǎn)線采用全密閉、自動化技術,有效把控產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境監(jiān)測。配料可引入液下快速分散投料技術,以提高改性瀝青分散融化效率和配料安全性,避免由于粉料揮灑帶來的粉塵污染。物料研磨可采用高剪切分散機替代傳統(tǒng)研磨機,高剪切分散機基于剪切原理對物料進行粉碎和混合,效果好且能耗低,能大幅度提高改性瀝青成品料的細膩度,可有效解決改性瀝青類防水卷材表面質(zhì)量問題[15]。對配料罐、浸油槽等污染物產(chǎn)排節(jié)點必須按照相關國標要求進行密封并配備集氣裝置,以削減生產(chǎn)過程中的污染物無組織排放[16-18]。

防水建筑材料制造業(yè)生產(chǎn)過程管理具體要求歸納在表3中。

表3 生產(chǎn)過程管理要求Table 3 The requirements for production process management

3.2.4 末端治理管理要求

防水建筑材料生產(chǎn)過程中危害大、污染重的污染物主要是瀝青煙和VOCs。目前多數(shù)企業(yè)采用噴淋塔水洗、填料或活性炭吸附等低效凈化工藝,處理效果不好。少數(shù)企業(yè)采用電捕焦油塔和紫外(UV)光解凈化器組合工藝,但存在維護難度大、運行成本高的問題,且UV光解廢燈管屬于危險廢棄物。另有蓄熱式燃燒處理工藝,通過陶瓷蓄熱體儲存高溫煙氣的熱量,用于預熱需要處理的廢氣,也存在建設投資較大、能耗較高的問題,僅適用于處理大流量的VOCs廢氣[19]。

末端治理需要遵循污染物分類治理的原則,應選用高效低耗的先進設備,將瀝青煙和VOCs根據(jù)產(chǎn)排污節(jié)點進行分類收集和處理。推薦采用霧化噴淋和電捕焦油塔凈化瀝青煙,處理后瀝青煙可降至20 mg/m3以下,處理效率達97%以上[20]。VOCs的處理建議選用超重力旋轉(zhuǎn)填料床凈化工藝,此工藝利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強大離心力強化氣液兩相的傳質(zhì)過程[21],與傳統(tǒng)填料塔相比,傳質(zhì)系數(shù)可以提高1～3個數(shù)量級,同時還具有氣相壓降低、占地面積小、開停車方便、建設和運維成本低等優(yōu)點。 此外,企業(yè)應注重管網(wǎng)設計,根據(jù)廢氣的組成、濃度、處理量等參數(shù)選擇適宜風量的風機,收集處理過程應保持管路和設施密閉。

防水建筑材料制造業(yè)末端治理管理具體要求歸納在表4中。

表4 末端治理管理要求Table 4 The requirements for end treatment management

3.2.5 其他要求

防水建筑材料制造企業(yè)現(xiàn)場環(huán)境、環(huán)境管理制度、臺賬資料、環(huán)境監(jiān)測、分表計電、安全管理和應急管理等其他要求歸納在表5中。

表5 其他要求Table 5 The requirements for others

4 促進防水建筑材料制造業(yè)全過程清潔生產(chǎn)整治提升的難點與建議

4.1 在產(chǎn)業(yè)聚集地區(qū)推廣全過程提升方案

目前,防水建筑材料制造業(yè)在我國正處于高速發(fā)展時期,產(chǎn)業(yè)規(guī)模變大但集中度不足。建議選取一批產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)域內(nèi)具有代表性和影響力的企業(yè)推行全過程整治提升方案,培育、樹立行業(yè)標桿企業(yè),引領周邊企業(yè)逐步實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。同時,加強政策引導,淘汰規(guī)模偏小、環(huán)保水平較低的家庭作坊式企業(yè),減輕區(qū)域環(huán)境治理壓力。鼓勵工藝不齊整、設備較落后的小微企業(yè)間橫向聯(lián)合,打造閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈,加快生產(chǎn)工藝改造和技術升級?？筛鶕?jù)區(qū)域發(fā)展規(guī)劃,在防水建筑材料制造企業(yè)較集中的地區(qū)實施園區(qū)化管理,園區(qū)整體依照全過程整治提升方案進行設計,構(gòu)建起源頭削減、過程控制、末端治理相結(jié)合的精細化生產(chǎn)模式,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),助力區(qū)域經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展[24]。

4.2 加快防水建筑材料制造行業(yè)規(guī)范體系建設

受房地產(chǎn)市場快速擴張以及行業(yè)監(jiān)管缺失等因素影響,我國防水建筑材料制造業(yè)發(fā)展模式粗放,環(huán)境管理不規(guī)范問題突出。對此,建議相關部門引領行業(yè)協(xié)會盡快制定新的行業(yè)準入標準,并出臺國家層面的《防水建筑材料制造業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》《防水建筑材料制造業(yè)污染防治可行技術指南》等技術支撐文件,從政府層面對防水建筑材料制造企業(yè)產(chǎn)能擴大、污染防治等方面進行技術指導。同時強化環(huán)保監(jiān)督管理機制,環(huán)保監(jiān)察部門不定期對轄區(qū)內(nèi)防水建筑材料制造企業(yè)開展廢氣監(jiān)督性檢測。鼓勵企業(yè)配備便攜式大氣污染物快速檢測設備,及時了解自身排污狀況。通過構(gòu)建完備的行業(yè)規(guī)范體系,聯(lián)合執(zhí)法部門加強市場監(jiān)管,以規(guī)范市場經(jīng)營秩序、提升全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量、促進行業(yè)持續(xù)走綠色發(fā)展道路。

4.3 探索防水建筑材料制造業(yè)減污降碳路徑

隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的推進和“產(chǎn)業(yè)升級與綠色低碳相融合”理念的不斷深入,未來防水建筑材料制造業(yè)需要從原輔材料和能源、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品使用和回收等方面進行優(yōu)化,從源頭削減污染物和溫室氣體,努力探索行業(yè)的減污降碳協(xié)同發(fā)展路徑[25]。建議相關規(guī)劃部門盡快組織編寫《中國防水建筑材料制造企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南》,建立完善的防水建筑材料制造業(yè)溫室氣體統(tǒng)計核算制度,并將重點排放企業(yè)納入全國碳市場配額管理單位名單中。鼓勵企業(yè)自行開展碳盤查活動,結(jié)合相關政策法規(guī)和發(fā)展狀況制訂具有自身特色的“雙碳”行動方案,為防水建筑材料制造業(yè)未來實現(xiàn)“雙碳”目標做出戰(zhàn)略規(guī)劃。

5 結(jié) 語

(1) 秉持清潔生產(chǎn)理念,結(jié)合不同規(guī)模和產(chǎn)品的企業(yè)調(diào)研結(jié)果,厘清了各類防水建筑材料制造企業(yè)的產(chǎn)排污情況,從而設計了防水建筑材料制造業(yè)全過程清潔生產(chǎn)整治提升方案,并為企業(yè)提供指導性建議,為相關部門監(jiān)督執(zhí)法提供參考。

(2) 從當前行業(yè)現(xiàn)狀和國家發(fā)展戰(zhàn)略角度出發(fā),總結(jié)了行業(yè)全過程整治提升的難點,并提出建議。