徐　勇,　李　鐵

(上海交通大學(xué),上海 200240)

0　引　言

船舶工業(yè)屬于勞動(dòng)力、資金和技術(shù)密集的產(chǎn)業(yè)。上海作為我國(guó)最大的港口城市之一，有著悠久的造船歷史，是我國(guó)船舶工業(yè)的發(fā)源地。

在全球經(jīng)濟(jì)增速放緩,航運(yùn)及海洋資源勘探開采市場(chǎng)供需失衡的大環(huán)境下，上海船舶海工行業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)值和效益雙下降的情況。2016年全球航運(yùn)市場(chǎng)持續(xù)低迷，我國(guó)主要造船指標(biāo)同比下降，工業(yè)總產(chǎn)值等主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)回落明顯，船舶工業(yè)的健康發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。

同時(shí)，我國(guó)于1984年發(fā)布了國(guó)家《船舶工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4286—84)，1985年開始實(shí)施。《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297—1996)發(fā)布后，代替了《船舶工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的廢氣部分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但該標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)綜合性的排放標(biāo)準(zhǔn)，并不能體現(xiàn)造修船工藝中廢氣排放的特點(diǎn)，對(duì)除銹和涂裝過(guò)程中的無(wú)組織排放也沒(méi)有給出特定的管理控制要求。上海市頒布實(shí)施了《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/933—2015)及《船舶工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/934—2015)，規(guī)定了船舶工業(yè)鋼質(zhì)船舶造修與海洋工程裝備企業(yè)的大氣污染物排放限值、監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)工藝和管理要求[1]，通過(guò)各大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比(見(jiàn)表1),可知上海市船舶工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是最嚴(yán)格的、最苛刻的，同時(shí)企業(yè)必須向環(huán)境保護(hù)主管部門申報(bào)擁有的污染物排放設(shè)施、處理設(shè)施和在正常運(yùn)行條件下排放污染物的種類、數(shù)量及濃度，并提供防治大氣污染方面的有關(guān)技術(shù)資料[2]，新實(shí)施的大氣污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上海的船舶工業(yè)將產(chǎn)生巨大影響。針對(duì)上海大型船廠的揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds,VOCs)排放現(xiàn)狀及減排進(jìn)行對(duì)策分析。

表1　各大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

1　上海地區(qū)大型船廠大氣污染物排放與控制現(xiàn)狀

目前，上海建成以長(zhǎng)興、外高橋、臨港、崇明等地域?yàn)橹鞯拈L(zhǎng)江口船舶與海洋工程裝備總裝產(chǎn)業(yè)基地、配套產(chǎn)業(yè)基地及現(xiàn)代化修船改裝產(chǎn)業(yè)基地等[3]。從2010年起，上海船舶制造業(yè)的重心向長(zhǎng)江口轉(zhuǎn)移，并以長(zhǎng)興島8 km規(guī)劃岸線作為契機(jī)，規(guī)劃和建設(shè)世界最大的船舶制造基地。

1.1　生產(chǎn)流程主要環(huán)節(jié)產(chǎn)生的大氣污染物種類

船廠生產(chǎn)工藝流程主要環(huán)節(jié)包括鋼材及型鋼等材料從碼頭進(jìn)入材料堆場(chǎng)，經(jīng)預(yù)處理工場(chǎng)處理后送至鋼料加工區(qū)(理料工場(chǎng)、切割工場(chǎng)及彎曲工場(chǎng))，進(jìn)行切割及彎曲加工。隨后根據(jù)需要進(jìn)入部件工場(chǎng)、平面分段工場(chǎng)、曲面分段工場(chǎng)、立體分段工場(chǎng)及上層建筑工場(chǎng)進(jìn)行部件分段裝焊和部件分段預(yù)舾裝。制成后的分段進(jìn)入涂裝間進(jìn)行分段涂裝，大分段進(jìn)入船塢進(jìn)行合攏，并進(jìn)行完工涂裝。船體制造完成后出塢，在舾裝碼頭上完成機(jī)電設(shè)備等的最后舾裝后，進(jìn)行試車，試車成功后進(jìn)行試航，試航合格的船舶即可交付客戶。

在不同的工藝階段會(huì)產(chǎn)生不同種類的污染物，造船生產(chǎn)工藝主要流程及污染物排放情況見(jiàn)圖1。

1.2　上海大型船廠大氣污染物的實(shí)際排放情況

根據(jù)上海市物價(jià)局、財(cái)政局、環(huán)保局的聯(lián)合發(fā)文《上海市物價(jià)局、上海市財(cái)政局、上海市環(huán)境保護(hù)局關(guān)于本市開展揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)工作的通知》，大氣污染物各項(xiàng)目排放限值見(jiàn)表2。

從2015年10月起，對(duì)VOCs進(jìn)行排污收費(fèi)[4]，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)逐年調(diào)整。目前上海地區(qū)大型船廠的VOCs實(shí)際排放量及排污費(fèi)情況見(jiàn)表3。由表3可知，2015年第四季度，上海大型船廠的均排污費(fèi)約為200萬(wàn)元，2016年上半年為300～400萬(wàn)元。根據(jù)規(guī)定，從2016-07-01起，VOCs的排污收費(fèi)將從原來(lái)的10元/kg上調(diào)至15元/kg，因此，2016年下半年的排污費(fèi)為500～600萬(wàn)元，導(dǎo)致2016年船廠的排污費(fèi)高達(dá)近千萬(wàn)元。自2017-01-01起，排污費(fèi)將上調(diào)至20元/kg，船廠的排污費(fèi)大幅增加，這對(duì)于目前處于探底階段的船舶制造業(yè)來(lái)說(shuō)，更是雪上加霜。

按照國(guó)家環(huán)保部門的要求，涂裝產(chǎn)生的廢油漆桶屬于危險(xiǎn)廢物，要求堆放在危險(xiǎn)廢物堆場(chǎng)內(nèi)。目前，符合上海市環(huán)保要求的且有資質(zhì)的危險(xiǎn)廢物處理企業(yè)處理能力有限，因此，企業(yè)廢油漆桶的產(chǎn)生量遠(yuǎn)大于危險(xiǎn)廢物廠家的處理量，造成大量廢油漆桶的積壓。

圖1　造船主要生產(chǎn)工藝流程及污染物排放節(jié)點(diǎn)示意

1.3　上海大氣污染物排放存在的主要問(wèn)題

環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)需要逐步提高，目前上海相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格，無(wú)法達(dá)標(biāo)的企業(yè)可能會(huì)選擇搬離，損害地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和財(cái)政收入，因此制定的標(biāo)準(zhǔn)要符合現(xiàn)實(shí)和企業(yè)承受的限度。以日本川崎市為例，當(dāng)時(shí)日本全國(guó)范圍內(nèi)沒(méi)有相關(guān)法律，神奈川縣將立法權(quán)下放給川崎市。1960年川崎市出臺(tái)公害防止條例;1962年對(duì)排放煤煙做出規(guī)范和限制；1965年出臺(tái)公害對(duì)策基本法;1968年在全市建立二氧化硫監(jiān)測(cè)設(shè)備;1970年與39家工廠簽訂《防止大氣污染協(xié)定》，強(qiáng)化發(fā)生源對(duì)策;1972年川崎市公布新的公害防止條例，對(duì)排放總量做出規(guī)定(稱為"川崎方式")，在日本起到先驅(qū)引領(lǐng)作用;1978年對(duì)氧化氮排放物質(zhì)做出規(guī)定;1979年全市范圍達(dá)到二氧化硫濃度排放標(biāo)準(zhǔn);2000年又對(duì)顆粒物做出規(guī)定。

政策的制定要客觀合理，確保政策的可實(shí)施性，需進(jìn)行事先調(diào)查以了解工廠能否做到。公眾、政府及企業(yè)三方要力求平衡，共同努力實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。因此，盡管川崎市大力整治環(huán)境問(wèn)題，但早期的鋼鐵及化工等企業(yè)并未因此搬離該地，并派生了新的產(chǎn)業(yè)——新能源與生命科學(xué)，新舊產(chǎn)業(yè)在川崎市共生。關(guān)停和搬遷都不能從根本上解決問(wèn)題，反而會(huì)造成該地經(jīng)濟(jì)發(fā)展失去動(dòng)力。

總結(jié)日本的大氣治理過(guò)程，值得借鑒的幾點(diǎn)是：民意推動(dòng)是政府和企業(yè)改進(jìn)的原動(dòng)力；政府先行立法，制定標(biāo)準(zhǔn)；與企業(yè)共存共榮，制定的標(biāo)準(zhǔn)考慮企業(yè)的承受力，具有可實(shí)施性，確保環(huán)境治理與地方經(jīng)濟(jì)共生；治理大氣污染要講究科學(xué)，細(xì)分污染源，逐步攻克；企業(yè)和政府要保證信息透明，及時(shí)向民眾公開；研究機(jī)構(gòu)要做到中立客觀及權(quán)威。

表2　大氣污染物各項(xiàng)目排放限值

表3　VOCs排放量及排污費(fèi)

相對(duì)于世界先進(jìn)國(guó)家的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，上海地區(qū)針對(duì)船舶行業(yè)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)是超前的，對(duì)上海的船舶行業(yè)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

2　大氣污染物排放路徑和對(duì)策分析

2.1　大氣污染物的減排和管控技術(shù)發(fā)展

現(xiàn)代造船模式正向著總裝化、精細(xì)化、信息化和安全環(huán)境方向發(fā)展，其中“綠色造船”已經(jīng)成為全球造船行業(yè)的目標(biāo)。近年來(lái)，國(guó)際海事組織(International Maritime Organization,IMO)推出了一系列新公約和新規(guī)范，如新壓載水艙涂層標(biāo)準(zhǔn)(Performance Standard of Protective Coatings,PSPC)、目標(biāo)型造船標(biāo)準(zhǔn)(Goal-Base Standards,GBS)及新船效能指數(shù)(Energy Efficiency Design Index,EEDI)等，幾乎涵蓋船舶的整個(gè)生命周期。這些新的規(guī)則、規(guī)范從很大程度上影響了船舶的設(shè)計(jì)和建造理念，推動(dòng)綠色船舶技術(shù)的創(chuàng)新。根據(jù)大氣中VOCs產(chǎn)生的原理和VOCs的理化性質(zhì)，其控制技術(shù)可分為過(guò)程控制和末端控制兩大類。末端控制是針對(duì)VOCs的化學(xué)特性，著力于VOCs廢氣的治理，利用燃燒及分解等方法來(lái)控制VOCs的排放，是目前大氣污染物減排的主要方式。

末端治理包括顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)物的治理。顆粒物處理技術(shù)隨著對(duì)顆粒物處理要求的日益提高，由過(guò)去的中效濾筒式除塵技術(shù)逐步向高效的除塵處理技術(shù)過(guò)渡，濕式、靜電和過(guò)濾式高效除塵技術(shù)日趨成熟，處理效率可達(dá)到98%以上。通過(guò)末端治理技術(shù)方法對(duì)比(見(jiàn)表4),可知揮發(fā)性有機(jī)物的處理工藝技術(shù)主要分為回收技術(shù)和銷毀技術(shù)。其中，回收技術(shù)包括吸收技術(shù)、吸附技術(shù)、冷凝技術(shù)及膜分離技術(shù)等；銷毀技術(shù)包括催化燃燒、高溫焚燒、生物氧化、低溫等離子體和光催化氧化技術(shù)等。一般情況下回收技術(shù)主要用來(lái)處理高濃度(濃度>5 000 mg/m3)的有機(jī)廢氣，銷毀技術(shù)主要處理低濃度(濃度<1 000 mg/m3)的有機(jī)廢氣。

表4　末端治理技術(shù)方法對(duì)比

圖2　VOCs控制技術(shù)路徑分類

2.2　先進(jìn)國(guó)家大氣污染物的減排和管控措施

隨著VOCs污染范圍的不斷擴(kuò)大和人們對(duì)其危害的逐步認(rèn)識(shí)，1979年聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)在日內(nèi)瓦召開跨國(guó)大氣污染會(huì)議，重點(diǎn)討論了VOCs控制問(wèn)題，1991年11月通過(guò)了《VOCs跨國(guó)大氣污染議定書》，要求簽字國(guó)以1988年VOCs排放量為基準(zhǔn)，到1999年每年削減30%；1990年，美國(guó)修訂了清潔空氣法，要求到2000年將VOCs的排放量減少70%[5]。為此，尋找VOCs控制最優(yōu)技術(shù)已成為解決VOCs污染的關(guān)鍵。隨著世界各國(guó)對(duì)VOCs污染的日益重視和環(huán)保法規(guī)不斷嚴(yán)格VOCs的排放標(biāo)準(zhǔn)，VOCs治理技術(shù)也在逐漸改進(jìn)和完善。

有機(jī)廢氣處理難度大的主要原因是其種類繁多且來(lái)源廣泛，所需要的一次性投資和操作費(fèi)用高，基本無(wú)回收利用價(jià)值。成分復(fù)雜的有機(jī)廢氣則更難以凈化、分離和回收。

西班牙、意大利及日本等國(guó)家都采用顆粒碳吸附、氮?dú)饷摳郊熬s塔這一套治理設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)溶劑回收率高達(dá)90%，吸附材料使用壽命為10年。但針對(duì)造船行業(yè)的特殊性，目前還沒(méi)有像其他行業(yè)有相關(guān)VOCs治理的成功經(jīng)驗(yàn)，很多方式和方法還在試驗(yàn)探索中。

2.3　上海地區(qū)大型船廠大氣污染物的減排和管控措施

由于船舶制造行業(yè)VOCs排放的特點(diǎn)是低濃度、大風(fēng)量、排放不定時(shí)及排放氣體的濃度不恒定等特點(diǎn)，目前在其他行業(yè)取得明顯成效的治理辦法，在船舶制造行業(yè)還沒(méi)有成功的案例，因此，目前上海地區(qū)大型船廠的末端治理方案也在探索之中。

2.3.1活性炭吸附+催化燃燒技術(shù)

鋼板預(yù)處理線選擇采用蓄熱式氧化爐(Regenerative Thermal Oxidizer,RTO)的處理工藝。涂裝車間選擇采用蜂窩活性炭吸附+熱空氣脫附再生+催化燃燒的處理工藝。

2.3.2沸石轉(zhuǎn)輪+RTO技術(shù)

鋼板預(yù)處理流水線選擇采用RTO的處理工藝，涂裝車間選擇采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附+RTO技術(shù)。

沸石轉(zhuǎn)輪+RTO/RCO技術(shù)是大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣治理最先進(jìn)、最有效的技術(shù)，但船舶涂裝工場(chǎng)規(guī)模龐大，人工噴涂VOCs濃度負(fù)荷波動(dòng)較大，沸石轉(zhuǎn)輪+RTO技術(shù)的能耗表現(xiàn)及沸石轉(zhuǎn)輪+RCO的凈化效率穩(wěn)定性還需實(shí)踐評(píng)估。

2.3.3低溫等離子技術(shù)

通過(guò)高壓放電(如采用電弧法，則無(wú)法用于有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)合)產(chǎn)生大量的高能電子、羥基、臭氧及氧原子。使用介質(zhì)阻擋技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)低溫屬性。

圖3　鋼板預(yù)處理流水線有機(jī)廢氣凈化系統(tǒng)改造原理

圖4　涂裝車間有機(jī)廢氣凈化系統(tǒng)改造原理

圖5　有機(jī)廢氣凈化系統(tǒng)改造原理

各治理方案原理及其特點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表5。

表5　治理方案原理及其特點(diǎn)對(duì)比

3　結(jié)　語(yǔ)

VOCs治理是大氣環(huán)境治理中較新的課題，各行業(yè)對(duì)VOCs治理達(dá)成的共識(shí)應(yīng)以源頭減排為核心，過(guò)程控制為重點(diǎn)，末端治理為手段。能夠控制污染源是最好的方法，末端治理則是在無(wú)法控制污染源時(shí)選用的方法。從實(shí)際操作層面來(lái)看，無(wú)論是在“源頭”環(huán)節(jié)進(jìn)行材料替換，還是加強(qiáng)過(guò)程管控，甚至是末端治理，都需要更多的時(shí)間摸索比選。政府和企業(yè)目前應(yīng)將更多的目光集中在末端治理環(huán)節(jié)，通過(guò)加裝相關(guān)設(shè)備，以減少VOCs排放。

VOCs主要污染源為鋼材預(yù)處理流水線、分段涂裝工場(chǎng)、船塢及碼頭等。對(duì)于有組織排放區(qū)域，需要進(jìn)一步探索有機(jī)廢氣的凈化工藝和方法。對(duì)于無(wú)組織排放區(qū)域，主要依靠綠色工藝、加強(qiáng)膜厚管理及油漆消耗管理等措施，提高噴涂效率、降低油漆耗量，減少VOCs的排放。根據(jù)噴漆工藝要求及船舶所有人要求，逐步推廣高固份油漆及水性漆的替代工作，從源頭直接減少VOCs的排放，是VOCs減排最直接、最有效的根本措施。

以上措施在2016-2020年逐步開展，技術(shù)成熟滿足現(xiàn)行生產(chǎn)工藝要求的可立即實(shí)施。至2020年預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)VOCs排放量比2015年減少30%的目標(biāo)。