劉啟龍

(紅河州生態(tài)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中心,云南 蒙自 661100)

0 引言

隨著大氣污染防治工作的不斷深入，二氧化硫、氮氧化物和顆粒物排放控制取得明顯成效，但區(qū)域臭氧(O3)濃度呈明顯上升趨勢，尤其是夏秋季節(jié)已成為部分城市的首要污染物。揮發(fā)性有機物(VOCS)是近地面臭氧(O3)和二次有機氣溶膠(SOA)的重要前體物，在光照條件下和大氣中的OH自由基反應(yīng)生成臭氧(O3)[1]，同時易引起灰霾和光化學(xué)煙霧等大氣污染問題[2]，此外，部分VOCS還具有毒性和致癌性，當(dāng)VOCS濃度>25mg/m3時，會引發(fā)人體呼吸、血液、肝臟等系統(tǒng)器官病變，嚴重影響人體健康[3-4]。近年國家高度重視VOCS的污染防治，陸續(xù)出臺了《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》等工作方案和排放標(biāo)準(zhǔn)，旨在推進VOCS治理，因此建立VOCS排放清單，掌握排放現(xiàn)狀和特征，對開展VOCS治理具有重要意義。

VOCS排放清單的建立方案包括污染源排放測試、模型反演、污染源調(diào)查及排放因子估算[5]。污染源排放測試工作量大、成本高；模型反演一般用于清單的修正和補充；污染源調(diào)查適用于地區(qū)小尺度范圍；排放因子法是國內(nèi)外目前最常使用的方法。國外于20世紀(jì)90年代就建立了不同污染源類型的VOCS排放清單，近年來，國內(nèi)在大尺度和地區(qū)小尺度范圍對VOCS排放清單也開展了很多研究，但由于國內(nèi)VOCS監(jiān)測數(shù)據(jù)、污染源信息嚴重缺失，大部分研究排放因子都基于國外研究成果，研究普遍存在行業(yè)分類不完善、時空分辨率低、與國情不符等問題。

近年來，隨著工業(yè)和現(xiàn)代化的發(fā)展，紅河州臭氧污染已經(jīng)超越顆粒物成為首要污染物。為有效解決臭氧污染對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，必須對臭氧前體物VOCS進行管控，建立VOCS排放清單，掌握紅河州的重點行業(yè)VOCS排放情況是制定精細化管控政策的基礎(chǔ)。本研究基于紅河州統(tǒng)計數(shù)據(jù)、全國第二次污染源普查數(shù)據(jù)和實地調(diào)查數(shù)據(jù)，采用“自上而下”和“自下而上”方法，結(jié)合專家學(xué)者和原環(huán)保部指南[6]提供的排放因子，建立紅河州人為源揮發(fā)性有機物排放清單，以期為紅河州制定VOCS污染防治政策提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域和對象

本研究區(qū)域為云南省紅河州，下轄蒙自市、開遠市、個舊市等4市9縣。將VOCS人為源分為生物質(zhì)燃燒源、化石燃料燃燒源、工業(yè)過程排放源、溶劑使用源和移動源五類。研究基準(zhǔn)年為2017年。

1.2 估算方法

本研究采用排放因子法建立紅河州VOCS排放清單，排放量估算公式為：

Ei=EFi,k×Ai,k

(1)

式中：i為排放源；k為技術(shù)類型；Ei為i源的排放量；EF為排放系數(shù)；A為活動水平。

1.2.1 生物質(zhì)燃燒源

生物質(zhì)燃燒包括作為燃料(秸稈和薪柴)使用的生物質(zhì)燃燒和作為廢棄物(秸稈)的生物質(zhì)露天燃燒。生物質(zhì)露天燃燒活動水平按公式(2)計算：

A=P×N×R×η

(2)

式中：P為農(nóng)作物產(chǎn)量；N為農(nóng)作物草谷比；R為焚燒比；η為燃燒效率；秸稈露天焚燒和燃料燃燒比例分別約為20%和12%，燃燒效率分別為90%和100%[6-9]；薪柴活動水平根據(jù)果林種植面積和0.6t/畝·a-1薪柴被燃燒進行估算[10]?；顒铀綌?shù)據(jù)來自2018年紅河州統(tǒng)計年鑒，排放因子見表1。

表1 生物質(zhì)燃燒源VOCS排放因子

1.2.2 化石燃料源

化石燃料源主要包括火力發(fā)電、供熱、工業(yè)消費和居民生活消費，進一步可分為煤、燃料油、煤氣、液化石油和天然氣?；顒铀綖楦髯匀剂舷牧?，數(shù)據(jù)來源于2018年紅河州統(tǒng)計年鑒，排放因子見表2。

表2 化石燃料源VOCS排放因子

1.2.3 工藝過程源

工藝過程源包括有機化學(xué)、無機化學(xué)、食品和農(nóng)業(yè)、木材加工等生產(chǎn)過程。研究主要集中在化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)，化學(xué)纖維制造業(yè)，橡膠制品業(yè)，塑料制品業(yè)，非金屬礦物制品業(yè)，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)，石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)，農(nóng)副食品加工業(yè)，食品制造業(yè)，飲料制造業(yè)，木材加工及木、竹、藤、棕、草制品業(yè)，造紙及紙制品業(yè)，煤炭開采和洗選業(yè)，石油和天然氣開采業(yè)等行業(yè)?；顒铀綌?shù)據(jù)主要來源于環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)、排污許可執(zhí)行報告、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，排放因子見表3。

1.2.4 溶劑使用源

有機溶劑主要包括涂料、染料、油漆、稀釋劑、清洗劑等，本研究主要包括建筑涂料、汽車噴漆、瀝青鋪路、干洗和餐飲油煙等。其中汽車噴漆和干洗通過調(diào)查獲??；瀝青鋪路根據(jù)年度高速公里和道路維護瀝青用量估算，新建高速公路需瀝青411t/km[14]；餐飲油煙活動水平為紅河州人口水平；建筑涂料通過紅河州房屋竣工面積占全國面積的比例和全國建筑涂料產(chǎn)量計算得到，其中水性漆和容積漆的比例為8∶2[15]。排放因子見表4。

表3 工藝過程源VOCS排放因子

表4 溶劑使用源VOCS排放因子

1.2.5 移動源

本研究將移動源分為道路移動源和非道路移動源。道路移動源包括小型乘用車、中型貨車、大型貨車和摩托車，車輛保有量通過查詢統(tǒng)計年鑒獲取，年均行駛里程參考《道路機動車大氣污染物排放清單編制技術(shù)指南(試行)》[16]。非道路移動機械包括農(nóng)業(yè)機械和工程機械，活動水平選用燃油消耗量。其中農(nóng)業(yè)機械和工程機械的的燃油消耗量由機械總動力、平均工作時間及燃油單耗量計算得到。排放因子見表5。

表5 移動源VOCS排放因子

2 結(jié)果與討論

2.1 紅河州人為源VOCS排放清單

2017年紅河州人為源VOCS排放量為65191t。其中，生物質(zhì)燃燒源排放量為7760t，分擔(dān)率為11.90%；化石燃料源排放量為5016t，分擔(dān)率為7.69%；工藝過程源排放量為14109t，分擔(dān)率為21.64%；溶劑使用源排放量為29530t，分擔(dān)率為45.30%；移動源排放量為8776t，分擔(dān)率為13.46%。

表6 紅河州人為源VOCS排放清單

2.2 行業(yè)VOCS排放分析

2.2.1 溶劑使用源

紅河州家具制造、設(shè)備制造、印染、汽車制造等行業(yè)企業(yè)幾乎不涉及，溶劑使用源主要考慮農(nóng)藥使用、瀝青鋪路、建筑裝飾、餐飲和汽修等行業(yè)，各行業(yè)排放源分擔(dān)率如圖1 所示。排放貢獻最大的是瀝青鋪路，分擔(dān)率為72.64%，主要原因是2017年蒙自-文山高速公路建設(shè)通車及日常道路維護消耗大量瀝青。此外農(nóng)藥使用和建筑裝飾也是溶劑使用的重大來源，分擔(dān)率分別為16.68%和8.00%，這與紅河州屬于農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和近幾年房地產(chǎn)快速發(fā)展有著密切聯(lián)系。

2.2.2 工藝過程源

工藝過程源各子行業(yè)VOCS排放分擔(dān)率如表7所示。酒的制造、肥料制造和加油站是重點工業(yè)排放源，3個行業(yè)占工藝過程的63.4%。主要是由于這些行業(yè)的產(chǎn)品屬于液態(tài)或氣態(tài)，在貯存、裝卸、轉(zhuǎn)運和反應(yīng)等各操作單元都存在揮發(fā)性有機物擴散和逃逸。

2.2.3 移動源

如圖2所示，移動源中各子源VOCS排放量依次為：摩托車6291t、客車1619t、輕型貨車455t、重型貨車94t、農(nóng)業(yè)機械136t、工程機械182t。排放量最大的為摩托車，分擔(dān)率為71.67%。2017年紅河州摩托車保有量54.7萬輛，占總保有量的53.4%，同時摩托車排放因子大，在今后的揮發(fā)性有機物治理中應(yīng)加以重點管理。

表7 工藝過程源各子行業(yè)VOCS排放分擔(dān)率

2.2.4 生物質(zhì)燃燒源和化石燃料源

生物質(zhì)燃燒源和化石燃料源總分擔(dān)率僅為人為源的19.59%，但還是有很大的減排空間。如圖4，露天燃燒占生物質(zhì)燃燒源的66.35%，所以控制露天燃燒能夠大幅削減生物質(zhì)源揮發(fā)性有機物排放；工業(yè)燃煤和居民燃煤消耗VOCS排放占化石燃料源的90.73%，因此降低工業(yè)燃煤消耗和控制居民散煤消耗，采取清潔能源替代也能夠很好地控制化石燃料源的VOCS排放。

2.3 縣市VOCS排放分析

紅河州2017年各縣市人為源VOCS排放量分別為：蒙自市8234t、個舊市4576t、開遠市6790t、彌勒市10935t、屏邊縣1995t、建水縣9076t、石屏縣4767t、瀘西縣5918t、元陽縣4237t、紅河縣2880t、金平縣2389t、綠春縣2401t、河口縣993t。各縣市分擔(dān)率及排放強度見圖4。彌勒市對紅河州的人為源VOCS排放貢獻最大，分擔(dān)率為16.77%；其后是建水縣、蒙自市和開遠市，分擔(dān)率分別為13.92%、12.63%和10.42%。這與各縣市的人口密度、經(jīng)濟發(fā)展水平、工業(yè)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，排放量大的地區(qū)多為經(jīng)濟發(fā)達和人口密度大的地區(qū)。

2.4 排放清單的不確定性分析

本研究中排放清單的不確定性主要來源于活動水平數(shù)據(jù)的收集、排放因子的選取和部分子源的估算方法。一是活動水平數(shù)據(jù)主要來源于統(tǒng)計年鑒、環(huán)境統(tǒng)計、排污許可證和相關(guān)文獻資料的間接計算，但統(tǒng)計年鑒、環(huán)境統(tǒng)計和排污許可證的數(shù)據(jù)主要包括規(guī)模以上企業(yè)，未能涵蓋規(guī)模以下小企業(yè)，導(dǎo)致活動水平數(shù)據(jù)的不確定性進而造成排放清單的不確定性。二是研究中的排放因子采用的是國家推薦的和國內(nèi)外最新的因子，但各地的工藝水平和污染控制技術(shù)存在差異，因此導(dǎo)致排放因子的不確定性。三是生物質(zhì)的燃燒方式的不同影響排放量；溶劑使用源根據(jù)水性涂料的產(chǎn)量和房屋竣工面積占全國竣工面積反推；非道路移動源根據(jù)農(nóng)業(yè)和工程機械總動力及汽、柴油消耗量進行反推估算；這些估算方法都具有地方代表性，估算方法的不深入導(dǎo)致排放量的不確定性。

3 結(jié)論

(1) 紅河州2017年人為源VOCS排放量為65191t，其中生物質(zhì)燃燒源、化石燃料源、工藝過程源、溶劑使用源和移動源排放量分別為7760、5016、14109、29530和8776t，分擔(dān)率分別為11.9%、7.69%、21.64%、45.30%和13.46%。

(2) 瀝青鋪路為溶劑使用源的最大貢獻源；酒的制造、肥料制造和加油站是重點工業(yè)排放源，占工藝過程源的63.4%；移動源排放量最大來源為摩托車，占比71.67%；生物質(zhì)燃燒源的最主要源是生物質(zhì)露天燃燒，占比為66.53%；化石燃料源的最大來源是工業(yè)和居民燃煤排放，占比為90.73%。

(3) 各縣市人為源VOCS排放量呈現(xiàn)出以紅河為界的兩級分化，蒙自、個舊、開遠、彌勒等北部7縣市VOCS排放占比77%，元陽、紅河、綠春等南部6縣VOCS排放占比23%。