红河州人为源挥发性有机物排放清单及特征

2020-09-23刘启龙

环境科学导刊 2020年5期

刘启龙

(红河州生态环境应急监测中心,云南蒙自 661100)

0 引言

随着大气污染防治工作的不断深入，二氧化硫、氮氧化物和颗粒物排放控制取得明显成效，但区域臭氧(O3)浓度呈明显上升趋势，尤其是夏秋季节已成为部分城市的首要污染物。挥发性有机物(VOCS)是近地面臭氧(O3)和二次有机气溶胶(SOA)的重要前体物，在光照条件下和大气中的OH自由基反应生成臭氧(O3)[1]，同时易引起灰霾和光化学烟雾等大气污染问题[2]，此外，部分VOCS还具有毒性和致癌性，当VOCS浓度>25mg/m3时，会引发人体呼吸、血液、肝脏等系统器官病变，严重影响人体健康[3-4]。近年国家高度重视VOCS的污染防治，陆续出台了《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》《重点行业挥发性有机物综合治理方案》《挥发性有机物无组织排放控制标准》等工作方案和排放标准，旨在推进VOCS治理，因此建立VOCS排放清单，掌握排放现状和特征，对开展VOCS治理具有重要意义。

VOCS排放清单的建立方案包括污染源排放测试、模型反演、污染源调查及排放因子估算[5]。污染源排放测试工作量大、成本高；模型反演一般用于清单的修正和补充；污染源调查适用于地区小尺度范围；排放因子法是国内外目前最常使用的方法。国外于20世纪90年代就建立了不同污染源类型的VOCS排放清单，近年来，国内在大尺度和地区小尺度范围对VOCS排放清单也开展了很多研究，但由于国内VOCS监测数据、污染源信息严重缺失，大部分研究排放因子都基于国外研究成果，研究普遍存在行业分类不完善、时空分辨率低、与国情不符等问题。

近年来，随着工业和现代化的发展，红河州臭氧污染已经超越颗粒物成为首要污染物。为有效解决臭氧污染对环境空气质量的影响，必须对臭氧前体物VOCS进行管控，建立VOCS排放清单，掌握红河州的重点行业VOCS排放情况是制定精细化管控政策的基础。本研究基于红河州统计数据、全国第二次污染源普查数据和实地调查数据，采用“自上而下”和“自下而上”方法，结合专家学者和原环保部指南[6]提供的排放因子，建立红河州人为源挥发性有机物排放清单，以期为红河州制定VOCS污染防治政策提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域和对象

本研究区域为云南省红河州，下辖蒙自市、开远市、个旧市等4市9县。将VOCS人为源分为生物质燃烧源、化石燃料燃烧源、工业过程排放源、溶剂使用源和移动源五类。研究基准年为2017年。

1.2 估算方法

本研究采用排放因子法建立红河州VOCS排放清单，排放量估算公式为：

Ei=EFi,k×Ai,k

(1)

式中：i为排放源；k为技术类型；Ei为i源的排放量；EF为排放系数；A为活动水平。

1.2.1 生物质燃烧源

生物质燃烧包括作为燃料(秸秆和薪柴)使用的生物质燃烧和作为废弃物(秸秆)的生物质露天燃烧。生物质露天燃烧活动水平按公式(2)计算：

A=P×N×R×η

(2)

式中：P为农作物产量；N为农作物草谷比；R为焚烧比；η为燃烧效率；秸秆露天焚烧和燃料燃烧比例分别约为20%和12%，燃烧效率分别为90%和100%[6-9]；薪柴活动水平根据果林种植面积和0.6t/亩·a-1薪柴被燃烧进行估算[10]。活动水平数据来自2018年红河州统计年鉴，排放因子见表1。

表1 生物质燃烧源VOCS排放因子

1.2.2 化石燃料源

化石燃料源主要包括火力发电、供热、工业消费和居民生活消费，进一步可分为煤、燃料油、煤气、液化石油和天然气。活动水平为各自燃料消耗量，数据来源于2018年红河州统计年鉴，排放因子见表2。

表2 化石燃料源VOCS排放因子

1.2.3 工艺过程源

工艺过程源包括有机化学、无机化学、食品和农业、木材加工等生产过程。研究主要集中在化学原料及化学制品制造业，化学纤维制造业，橡胶制品业，塑料制品业，非金属矿物制品业，黑色金属冶炼及压延加工业，石油加工、炼焦及核燃料加工业，农副食品加工业，食品制造业，饮料制造业，木材加工及木、竹、藤、棕、草制品业，造纸及纸制品业，煤炭开采和洗选业，石油和天然气开采业等行业。活动水平数据主要来源于环境统计数据、排污许可执行报告、统计数据等，排放因子见表3。

1.2.4 溶剂使用源

有机溶剂主要包括涂料、染料、油漆、稀释剂、清洗剂等，本研究主要包括建筑涂料、汽车喷漆、沥青铺路、干洗和餐饮油烟等。其中汽车喷漆和干洗通过调查获取；沥青铺路根据年度高速公里和道路维护沥青用量估算，新建高速公路需沥青411t/km[14]；餐饮油烟活动水平为红河州人口水平；建筑涂料通过红河州房屋竣工面积占全国面积的比例和全国建筑涂料产量计算得到，其中水性漆和容积漆的比例为8∶2[15]。排放因子见表4。

表3 工艺过程源VOCS排放因子

表4 溶剂使用源VOCS排放因子

1.2.5 移动源

本研究将移动源分为道路移动源和非道路移动源。道路移动源包括小型乘用车、中型货车、大型货车和摩托车，车辆保有量通过查询统计年鉴获取，年均行驶里程参考《道路机动车大气污染物排放清单编制技术指南(试行)》[16]。非道路移动机械包括农业机械和工程机械，活动水平选用燃油消耗量。其中农业机械和工程机械的的燃油消耗量由机械总动力、平均工作时间及燃油单耗量计算得到。排放因子见表5。

表5 移动源VOCS排放因子

2 结果与讨论

2.1 红河州人为源VOCS排放清单

2017年红河州人为源VOCS排放量为65191t。其中，生物质燃烧源排放量为7760t，分担率为11.90%；化石燃料源排放量为5016t，分担率为7.69%；工艺过程源排放量为14109t，分担率为21.64%；溶剂使用源排放量为29530t，分担率为45.30%；移动源排放量为8776t，分担率为13.46%。

表6 红河州人为源VOCS排放清单

2.2 行业VOCS排放分析

2.2.1 溶剂使用源

红河州家具制造、设备制造、印染、汽车制造等行业企业几乎不涉及，溶剂使用源主要考虑农药使用、沥青铺路、建筑装饰、餐饮和汽修等行业，各行业排放源分担率如图1 所示。排放贡献最大的是沥青铺路，分担率为72.64%，主要原因是2017年蒙自-文山高速公路建设通车及日常道路维护消耗大量沥青。此外农药使用和建筑装饰也是溶剂使用的重大来源，分担率分别为16.68%和8.00%，这与红河州属于农业结构和近几年房地产快速发展有着密切联系。

2.2.2 工艺过程源

工艺过程源各子行业VOCS排放分担率如表7所示。酒的制造、肥料制造和加油站是重点工业排放源，3个行业占工艺过程的63.4%。主要是由于这些行业的产品属于液态或气态，在贮存、装卸、转运和反应等各操作单元都存在挥发性有机物扩散和逃逸。

2.2.3 移动源

如图2所示，移动源中各子源VOCS排放量依次为：摩托车6291t、客车1619t、轻型货车455t、重型货车94t、农业机械136t、工程机械182t。排放量最大的为摩托车，分担率为71.67%。2017年红河州摩托车保有量54.7万辆，占总保有量的53.4%，同时摩托车排放因子大，在今后的挥发性有机物治理中应加以重点管理。

表7 工艺过程源各子行业VOCS排放分担率

2.2.4 生物质燃烧源和化石燃料源

生物质燃烧源和化石燃料源总分担率仅为人为源的19.59%，但还是有很大的减排空间。如图4，露天燃烧占生物质燃烧源的66.35%，所以控制露天燃烧能够大幅削减生物质源挥发性有机物排放；工业燃煤和居民燃煤消耗VOCS排放占化石燃料源的90.73%，因此降低工业燃煤消耗和控制居民散煤消耗，采取清洁能源替代也能够很好地控制化石燃料源的VOCS排放。

2.3 县市VOCS排放分析

红河州2017年各县市人为源VOCS排放量分别为：蒙自市8234t、个旧市4576t、开远市6790t、弥勒市10935t、屏边县1995t、建水县9076t、石屏县4767t、泸西县5918t、元阳县4237t、红河县2880t、金平县2389t、绿春县2401t、河口县993t。各县市分担率及排放强度见图4。弥勒市对红河州的人为源VOCS排放贡献最大，分担率为16.77%；其后是建水县、蒙自市和开远市，分担率分别为13.92%、12.63%和10.42%。这与各县市的人口密度、经济发展水平、工业和农业结构密切相关，排放量大的地区多为经济发达和人口密度大的地区。

2.4 排放清单的不确定性分析

本研究中排放清单的不确定性主要来源于活动水平数据的收集、排放因子的选取和部分子源的估算方法。一是活动水平数据主要来源于统计年鉴、环境统计、排污许可证和相关文献资料的间接计算，但统计年鉴、环境统计和排污许可证的数据主要包括规模以上企业，未能涵盖规模以下小企业，导致活动水平数据的不确定性进而造成排放清单的不确定性。二是研究中的排放因子采用的是国家推荐的和国内外最新的因子，但各地的工艺水平和污染控制技术存在差异，因此导致排放因子的不确定性。三是生物质的燃烧方式的不同影响排放量；溶剂使用源根据水性涂料的产量和房屋竣工面积占全国竣工面积反推；非道路移动源根据农业和工程机械总动力及汽、柴油消耗量进行反推估算；这些估算方法都具有地方代表性，估算方法的不深入导致排放量的不确定性。