鄧 鑫，趙桂英，于站良，包 云

(云南省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034)

0 引言

云南省地處中低緯高原地區(qū)，較平原地區(qū)接收到更多紫外輻射，有利于臭氧的產(chǎn)生[1]。近年來(lái)云南省空氣優(yōu)良天數(shù)比率穩(wěn)中有增，2019年云南省空氣質(zhì)量輕度污染天氣發(fā)生105d，中度污染8d，其中以臭氧為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)64d，占超標(biāo)天數(shù)的56.63%[2]。全省空氣污染由煤煙型污染轉(zhuǎn)化為以顆粒物和臭氧為特征的復(fù)合型污染[3]。揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是對(duì)流層中臭氧(O3)和二次有機(jī)氣溶膠(SOA)的重要前體物[4]。

VOCs來(lái)源廣泛，主要分為自然源及人為源，其中人為源主要包括工業(yè)源、農(nóng)業(yè)源、交通源和生活源4類[5]。汽車(chē)維修業(yè)VOCs排放是生活源VOCs排放中重要部分，且由于其分布分散、通常位于居民區(qū)，造成關(guān)于汽修廠異味投訴較多。據(jù)云南省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，從2014年到2018年底，全省民用汽車(chē)保有量從431.98萬(wàn)輛增長(zhǎng)至678.91萬(wàn)輛，呈逐年增加的趨勢(shì)，汽車(chē)保有量的快速增長(zhǎng)，使得云南省汽車(chē)維修業(yè)也快速發(fā)展。汽車(chē)維修涂裝過(guò)程中涉及油墨、清洗劑、稀釋劑等大量含VOCs原輔材料的使用，有機(jī)溶劑極易揮發(fā)到環(huán)境中，造成大氣環(huán)境污染同時(shí)危害人體健康[6,7]。

我國(guó)于2014年發(fā)布《大氣揮發(fā)性有機(jī)物源排放清單編制技術(shù)指南(試行)》文件，對(duì)VOCs源清單編制進(jìn)行相關(guān)指導(dǎo)，相關(guān)學(xué)者相繼開(kāi)展VOCs排放清單編制工作。目前，我國(guó)學(xué)者多以區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，采用排放因子法對(duì)工業(yè)源VOCs排放量、空間分布特征進(jìn)行研究[8-11]，對(duì)生活源VOCs排放量核算鮮有涉及。

本研究對(duì)云南省2314戶汽車(chē)維修企業(yè)進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查了各企業(yè)有機(jī)原輔材料使用情況、VOCs含量及末端治理設(shè)施等，同時(shí)獲取了云南省汽修企業(yè)的活動(dòng)水平、行業(yè)產(chǎn)值、本土排放因子等數(shù)據(jù)，以期獲得較為準(zhǔn)確和可靠的云南省汽修行業(yè)VOCs排放量。在對(duì)汽車(chē)保有量及汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)值進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，利用情景預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)政策模式下云南省汽修企業(yè)VOCs排放趨勢(shì)，旨在為云南省汽車(chē)維修業(yè)VOCs減排、合理選擇排放控制技術(shù)及后續(xù)地方標(biāo)準(zhǔn)的制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

據(jù)云南省交通運(yùn)輸廳數(shù)據(jù)，全省汽車(chē)維修企業(yè)共22486戶。其中，一類汽車(chē)維修企業(yè)286戶，二類汽車(chē)維修企業(yè)2141戶，三類汽車(chē)維修企業(yè)20059戶[12]。本次研究調(diào)查了全省共計(jì)2314戶汽車(chē)維修企業(yè)，其中，一類汽車(chē)維修企業(yè)131戶，二類汽車(chē)維修企業(yè)444戶，三類汽車(chē)維修企業(yè)1739戶。

1.2 排放量估算數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究中所使用的排放量估算數(shù)據(jù)主要通過(guò)以下幾種方式獲得：①通過(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)調(diào)研獲得數(shù)據(jù)；②對(duì)云南省2314戶汽車(chē)維修企業(yè)調(diào)研獲得數(shù)據(jù)；③官方網(wǎng)絡(luò)所公布統(tǒng)計(jì)年鑒的統(tǒng)計(jì)信息。

1.3 排放量估算方法

汽車(chē)維修行業(yè)VOCs排放主要來(lái)源于含VOCs原輔材料使用。采用排放因子法計(jì)算云南省汽車(chē)維修業(yè)VOCs排放量，計(jì)算公式如式(1)所示。

E=EF*P*A*(1-η)

(1)

式中：E為VOCs排放量，t/a；EF為有機(jī)原輔料排放系數(shù)，kg/t，通過(guò)對(duì)典型企業(yè)調(diào)研估算獲得；P為云南省年維修汽車(chē)次數(shù)，次/a，數(shù)據(jù)來(lái)自云南省交通運(yùn)輸廳；A為臺(tái)次汽車(chē)維修VOCs原輔材料消耗量，kg/次，通過(guò)對(duì)企業(yè)調(diào)研估算獲取；η為污染控制技術(shù)對(duì)VOCs的去除效率。

通過(guò)調(diào)研得知，云南省汽車(chē)維修業(yè)90%以上的企業(yè)采用在烤漆房中安裝過(guò)濾棉來(lái)進(jìn)行VOCs廢氣治理，其余企業(yè)采用化學(xué)吸收法、活性炭吸附法(存在活性炭吸附裝置及活性炭更換記錄臺(tái)賬)、活性炭吸附冷凝法、光催化氧化等，估算云南省汽車(chē)維修業(yè)末端治理效率約為12.5%。

EF=Σs(C*Qs)

(2)

式中：EF為有機(jī)原輔料排放系數(shù)，kg/t，C為某原輔材料中VOCs的平均質(zhì)量濃度，kg/t；s為含VOCs原輔材料種類；Qs為該原輔材料所占比例，%。

2 云南省汽車(chē)維修業(yè)VOCs排放現(xiàn)狀

2.1 調(diào)研汽車(chē)維修企業(yè)VOCs排放情況

本研究對(duì)云南省131戶一類汽車(chē)維修企業(yè)，444戶二類汽車(chē)維修企業(yè)，1739戶三類汽車(chē)維修企業(yè)進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研。調(diào)研內(nèi)容包括各類含VOCs原輔材料使用量、各類原輔材料VOCs含量、涉VOCs使用過(guò)程末端治理設(shè)施的安裝率、去除率。云南省2314家汽車(chē)維修企業(yè)原輔材料使用情況及VOCs含量信息如表1所示。

根據(jù)式(2)計(jì)算典型企業(yè)VOCs排放因子及排放量，2314家調(diào)研汽車(chē)維修企業(yè)中列舉10家典型汽車(chē)維修企業(yè)排放因子及排放量，結(jié)果如表2所示。

使用SPSS進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)汽修企業(yè)產(chǎn)值與企業(yè)排放因子呈顯著負(fù)相關(guān)，汽修企業(yè)產(chǎn)值與原輔料使用總量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，說(shuō)明隨著企業(yè)產(chǎn)值規(guī)模增加，企業(yè)除含VOCs原輔材料使用量顯著增加，在環(huán)保投入上也有所增加，導(dǎo)致企業(yè)排放因子降低。

由云南省調(diào)研企業(yè)排放因子、排放量及表2得知，云南省各企業(yè)間排放因子有顯著差異，主要原因?yàn)樵o材料使用類型配比及末端處理技術(shù)不同。整體而言，云南省汽車(chē)維修企業(yè)水性輔料使用量占比低，末端治理技術(shù)普遍采用過(guò)濾棉吸附，調(diào)研中三類汽車(chē)維修企業(yè)未出現(xiàn)水性原輔材料使用，末端處理技術(shù)均為過(guò)濾棉吸附。相同原輔材料使用及末端治理技術(shù)企業(yè)，其排放因子法區(qū)別主要取決于原輔材料使用配比，稀釋劑使用量增加將導(dǎo)致排放因子增加。

表1 云南省汽車(chē)維修調(diào)研企業(yè)含VOCs原輔材料概況

表2 云南省汽車(chē)維修典型企業(yè)VOCs排放因子及排放量

2.2 云南省汽車(chē)維修業(yè)VOCs排放總量估算

根據(jù)相關(guān)研究及企業(yè)調(diào)研，云南省汽車(chē)維修企業(yè)水性原輔料使用占比約3%，VOCs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.6%。溶劑型原輔料使用占比約97%，因維修過(guò)程中原輔料配比不同，使用溶劑型原輔料其VOCs質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%～75%。2314家汽車(chē)維修企業(yè)VOCs排放量約為2797.10t，調(diào)研企業(yè)原輔材料使用量約6024.13t。調(diào)研企業(yè)合計(jì)維修汽車(chē)404.78萬(wàn)次，每次維修含VOCs原輔材料消耗量為1.49kg。

據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，2018年云南省汽車(chē)保有量為678.91萬(wàn)輛，推算云南省汽車(chē)年維修次數(shù)為848.84萬(wàn)次。在云南省汽車(chē)維修業(yè)，次維修消耗1.49kg原輔材料基礎(chǔ)上，推算汽車(chē)維修業(yè)有機(jī)原輔材料消耗量約為12647.71t。據(jù)式(1)計(jì)算得出云南省汽車(chē)維修業(yè)VOCs排放量約為7198.35t。

3 云南省汽車(chē)維修業(yè)VOCs情景預(yù)測(cè)分析

3.1 情景預(yù)測(cè)模型

針對(duì)未來(lái)云南省汽車(chē)維修行業(yè)VOCs排放提出無(wú)控模式及政策模式兩種預(yù)測(cè)。無(wú)控模式下云南省汽車(chē)維修業(yè)含VOCs原輔材料使用類型及品質(zhì)不進(jìn)行優(yōu)化，末端廢氣治理設(shè)施不進(jìn)行要求。政策模式下云南省汽修行業(yè)水性、粉末等低VOCs原輔材料使用比例能達(dá)到歐美發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)末期水平，使用占比30%，一類、二類汽修企業(yè)安裝VOCs去除率75%以上的高效有機(jī)廢氣末端治理設(shè)施。

無(wú)控模式下云南省汽車(chē)維修行業(yè)含VOCs原輔材料消耗量預(yù)測(cè)公式如式(3)所示：

Ay=Qy*A2018/Q2018

(3)

式中：Ay為年份y的云南省汽車(chē)維修業(yè)含VOCs原輔材料消耗量，t；Qy為年份y的云南省汽修業(yè)車(chē)輛維修次數(shù)，次；A2018為2018年云南省汽車(chē)維修業(yè)含VOCs原輔材料消耗量，t；Q2018為2018年云南省汽修業(yè)車(chē)輛維修次數(shù)，次。

Qy為云南省民用汽車(chē)保有量與汽車(chē)維修行業(yè)產(chǎn)值的關(guān)聯(lián)函數(shù)，由最小二乘法回歸模型模擬。未來(lái)某年云南省民用汽車(chē)保有量通過(guò)二次多元回歸方程對(duì)近11年數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合獲得，擬合結(jié)果如圖1所示。圖1中圓圈是2008—2018年云南省民用汽車(chē)實(shí)際保有量數(shù)據(jù)[13]。圖1中三角形是依據(jù)2008—2018年數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析后，對(duì)2008—2033年云南省民用汽車(chē)保有量的估算數(shù)據(jù)。由圖1可見(jiàn)，估算數(shù)值與實(shí)際數(shù)據(jù)基本吻合。

3.2 模式模擬

3.2.1 無(wú)控模式

2018年云南省汽車(chē)維修業(yè)每次維修含VOCs原輔材料消耗量為1.49kg。若以當(dāng)前狀況發(fā)展下去，無(wú)控模式下，云南省汽車(chē)維修行業(yè)VOCs排放量將在2020年上升至8718.93t，在2025年上升至13140.73t。2026年云南省汽車(chē)維修行業(yè)VOCs排放量將達(dá)到14131.64t，是2018年排放量的近兩倍。

3.2.2 政策模式

政策模式下，云南省汽車(chē)維修行業(yè)VOCs排放因子為266.33kg/t。在云南省汽車(chē)維修行業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值對(duì)應(yīng)的原輔材料消耗量不變前提下，政策模式下2020年云南省汽車(chē)維修行業(yè)VOCs排放量為4031.78t，2025年VOCs排放量6076.50。相對(duì)于無(wú)控模式，VOCs減排率為53.76%。

3.3 不確定性分析

云南省汽車(chē)維修企業(yè)VOCs排放量的不確定性主要來(lái)自于活動(dòng)水平及排放因子不確定性兩個(gè)方面：

(1)研究中VOCs排放因子、次維修對(duì)應(yīng)的含VOCs原輔材料消耗量等數(shù)據(jù)來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，汽車(chē)保有量數(shù)據(jù)來(lái)自于統(tǒng)計(jì)年鑒，年維修車(chē)輛次數(shù)來(lái)自于據(jù)汽車(chē)保有量的推算。采用的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研汽修企業(yè)均涉及鈑金維修及噴涂業(yè)務(wù)，而全省部分汽車(chē)維修企業(yè)僅進(jìn)行汽車(chē)美容等VOCs排放量小的業(yè)務(wù)。調(diào)研企業(yè)的不夠全面可能導(dǎo)致次維修對(duì)應(yīng)的含VOCs原輔材料消耗量數(shù)據(jù)偏高，從而導(dǎo)致推算出的云南省汽車(chē)維修行業(yè)VOCs排放量偏高。

(2)研究中VOCs排放因子來(lái)源于樣本調(diào)查，因?yàn)樵o材料使用類型配比及末端處理技術(shù)不同將導(dǎo)致同類企業(yè)排放因子波動(dòng)范圍大，本研究雖做了大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研依然難以保證得出的排放因子具有足夠代表性，從而增加了研究結(jié)果的不確定性。

4 結(jié)論

(1)2314家調(diào)研汽車(chē)維修企業(yè)原輔材料使用量約6024.13t，VOCs排放量約為2797.10t，次維修對(duì)應(yīng)的含VOCs原輔材料消耗量為1.49kg/次。在此基礎(chǔ)上推算2018年云南省汽車(chē)維修業(yè)有機(jī)原輔材料消耗量約為12647.71t，VOCs排放量約為7198.35t。

(2)在不采取進(jìn)一步控制措施的無(wú)控模式下，到2026年云南省汽車(chē)維修行業(yè)VOCs排放量達(dá)到14131.64t，是2018年排放量的近兩倍。優(yōu)化涉VOCs原輔材料使用類型及品質(zhì)，提升末端治理措施效率的政策模式，相對(duì)于無(wú)控模式VOCs排放減排率為53.76%。

(3)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，云南省汽車(chē)維修行業(yè)呈分布廣、集中度低、規(guī)模化企業(yè)占比少、清洗及涂裝流程中稀釋劑使用過(guò)多、末端治理技術(shù)普遍采用過(guò)濾棉吸附VOCs、高效凈化技術(shù)應(yīng)用率低的特點(diǎn)。

(4)優(yōu)化涉VOCs原輔材料使用類型及品質(zhì)；提升末端治理措施效率；科學(xué)涉VOCs原輔材料使用配比，減少高VOCs含量的原輔材料稀釋劑的使用：均可有效降低云南省汽車(chē)維修行業(yè)VOCs排放量。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，優(yōu)化涉VOCs原輔材料使用類型及品質(zhì)是控制云南省汽車(chē)維修行業(yè)VOCs減排的最佳選擇。