典型行业挥发性有机化合物的排放特征与评估外文翻译资料

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典型行业挥发性有机化合物的排放特征与评估

王海林¹ 聂烈² 李静² 王宇飞¹ 王刚¹ 王俊辉¹ 郝郑平^1*

1 中国科学院，生态环境科学研究中心，环保纳米材料部门，北京100085，中国；

2 北京市环境保护科学研究院，空气污染防治部门，北京100037，中国

2012年3月30日收到;2012年5月4日接受

近年来，中国的挥发性有机化合物（VOCs）在影响空气质量和威胁人类健康方面扮演着越来越重要的角色，其中产业活动对VOCs的排放作出了重要贡献。本文从排放特征、环境影响和健康风险评估等方面对六大主要行业（车辆制造，印刷，涂装设备，电子制造，家具制造和生物制药）排放VOCs做了长期研究，并且做了控制挑战分析（control challenge analysis）来更深入地理解工业VOCs排放，为国家管控工业VOCs排放提供了一些原始依据。研究表明，这些行业都达到了中、低排放水平，每个排气管VOCs总浓度均小于1000mg/m³。检测出的主要排放成分为苯，酯，醇，酮，烷烃，氯代烷烃和烯烃，其中苯是最常监测到的，它因不同的工艺和行业有着显著差异。环境影响评估表明，应首要控制车辆制造行业和排放成分苯以减少空气污染。此外，健康风险评估表明，应首要控制家具制造行业和排放成分氯代烷烃。控制分析（Control analysis）表明，发展低成本、高效率的技术以及建立并完善具体的工业排放标准/规章是当前阶段控制VOCs排放的两个关键方向。

挥发性有机污染物，典型行业，排放特征，评估，控制分析

挥发性有机化合物（VOCs），WHO（世界卫生组织），EU（欧盟），美国环境保护署（环保署），ISO（国际标准化组织）和其他组织基于不同的考虑给出了不同的定义。在中国，VOCs通常是指一系列具有显著蒸汽压并且容易在大气中挥发的有机化合物[1–3]。VOCs有不同的来源，通常可分为天然源和人为源。天然源包括植物排放，农业呼吸和森林火灾等。人为源主要是指汽车尾气排放，油气挥发，工业污染物排放，炼油，储运，废料处理等。一般情况下，两种来源VOCs的排放量有很大的差异，天然源要比全球性的人为源排放更多的VOCs [4,5]，但是在中国人为源和自然源排放的VOCs量在同一水平[6,7]。在区域规模上，人为活动排放的VOCs量要比天然源[7-9]排放高得多。据统计，工业排放（涉及大多数种类的工业生产过程或活动，包括使用有机溶剂的）是目前中国VOCs最大的人为源[10,11]。

据调查，工业中产生的大多数VOCs未经有效处理就直接释放到大气中，有害于公众健康。例如，氯苯通常用作粘合剂，橡胶，涂料和纺织工艺中纤维溶胀剂的溶剂，职业研究已经表明，长期和短期地暴露于氯苯下可能导致不同的症状，如头痛、上呼吸道粘膜和眼睛刺激等[12-14]。二乙基己酯（DEHP）作为增塑剂已被广泛运用于医疗器械的生产，研究发现，像呼吸急促这些不寻常的肺疾病，病理变化类似于在三个早产儿经PVC呼吸管人工通气中观察到的透明膜病[15]。据参考，苯，甲苯和二甲苯可能会导致长期暴露于这些污染物的工人患上严重的神经和心脏疾病[16]。此外，VOCs的特征在于其活性组份经一系列光化学反应后会形成空气微粒主要成分之一的二次有机气溶胶。有研究表明，大城市烟雾的主要前体物就是VOCs[17,18]。相关研究表明，广州市区臭氧的形成很大程度上是受到了珠三角地区人为VOCs和光化学烟雾污染愈加严重的影响[19]。

由于VOCs对大气和人体健康的显著影响，国务院办公厅（GOSC）发出重要通知，提出应当优先重点地控制一些典型行业的VOCs排放以获得更好的区域空气质量(Http://www.gov.cn/gongbao/content/2010/content_1212364. htm)。不过，关于特定行业VOCs排放和控制策略的研究并不多[20,21]，尤其对大规模的不同工业排放源的综合性研究很是缺乏。大多数学者侧重于研究饱受争议的排放系数法来计算VOCs排放量：首先，大部分排放因子是未经国产化而直接从其他国家数据库引用的，这就可能导致对总量的高估。其次，行业分类没有统一的标准，因此计算结果会产生显著差异。最后，排放总量计算并不能反映出像VOCs成分和排放水平之类的详细信息，而这些信息实际上对减少和控制VOCs是很重要且有帮助的。

本文从排放特征、环境影响和健康风险评估等方面对六大主要行业（车辆制造，印刷，涂装设备，电子制造，家具制造和生物制药）排放VOCs做了长期研究，并且做了控制挑战分析（control challenge analysis）来更深入地理解工业VOCs排放，为国家管控工业VOCs排放提供了一些原始依据。

1 方法和实验

VOCs是从不同工业源排放的，典型行业的选择对后续的研究工作很重要，但是源信息相当惊人，且中国对VOCs污染源并未进行过全国普查。2007年，类似的活动只分别在上海和北京进行过。根据2007年的初步结果得到，汽车制造（车辆），家具制造（家具），印刷，生物制药，电子制造（电子式）和涂装设备（设备）被选定为VOCs的典型行业。在每个行业中选取几个典型企业在尾管排放点处进行VOCs的在线监测和测量。

一种便携式GC-MS（INFICON，美国）被用于单个VOCs组分的在线监测和测定。每次测量前，都会在不同的VOCs排放水平下进行数量曲线的制作和方法的编辑。其他排放参数，像排放温度，湿度，速度等也受到了污染源采样装置（天虹880F，武汉，中国）的测量。除了VOCs的在线监测和测定，过程调查也同时在进行。排放量由下列公式计算：

, (1)

其中，E表示每年排放量（吨），K指的是系数，Ci表示各个组分（毫克/立方米）的浓度，V表示排放量（立方米/小时），t表示年运行小时。

物质平衡法也被用来评估VOCs的潜在排放量：

, (2)

其中，E表示潜在年排放量（吨），B是指年度溶剂使用量（吨），C表示在溶剂中单个VOCs组份含量（％），D表示每年的循环溶剂（吨），ER表示装置处理效率。这些数据都经实地调查获得。

2结果与讨论

2.1来自不同工业源的VOCs排放特性

尽管此次测定了六个行业排放的VOCs，但由于内容和页面的限制，就拿汽车制造业作为一个例子来说明与VOCs排放相关的制造流程。据国家统计数据，汽车产品近年来增长迅速。 2010年，产品数量为18264700，与2009年相比收益增长了32％。到目前为止已经有120多家整车生产企业分布在全国各个省份，其中一半以上的企业主要经营汽车制造业。典型的汽车制造过程如下图一所示。

从图一，可以看出VOCs是从三个集成过程中排放的：底漆涂层，中间涂层和顶部涂层。在底漆涂层过程中，普遍使用的方法是电泳涂装法，由于使用了水性涂料，因此排放较少的VOCs。VOCs主要从中间和顶部涂层工艺释放，包括三个主要部分[22]：

1. 喷涂展台。作为稀释使用的有机溶剂，往往在喷涂过程中挥发。该过程的特征在于连续高强度的操作引入了大量通风，导致VOCs伴随着喷雾达到中等或低浓度水平排放。2）闪干区。被喷后，自动机体被送至闪干区，其中的湿喷膜将均匀地形成。同时，有机溶剂在不喷雾的情况下会进一步蒸发到空气中，在此过程中释放的VOCs浓度约为喷涂工艺释放的两倍。通常，这两个进程共用一个通风系统，从喷雾过程中测定的VOCs也包含那些来自闪干区的。3）烘焙空间。喷涂和闪干过程后，自动机体被送至烘焙空间，在约180℃的较高温度下进一步干燥。除了在该状态下进一步蒸发，分解等反应也可能由于高温而发生，导致与前两个过程不同的VOCs成份形成。在这个过程中VOCs通常是经蓄热式热氧化（RTO）技术处理然后低浓度地排放。典型的汽车制造企业涂覆和烘焙工序中的VOCs排放量在表1中给出。

从表1，可以看出不同的过程产生的VOCs不同，这些过程中主要的VOCs组分是苯，酮和酯，苯被检测到的次数最多。从中间和顶部涂层过程中被检测到的VOCs总量比烘焙过程多得多。如上所述，VOCs主要在喷漆室的涂层工艺中产生。VOCs在烘焙室也是高排放水平，但由于经过去除效率gt;95％的RTO技术处理，导致最后的排放水平较低。

基于所选的汽车制造公司的调查计算出，来自涂覆工艺的VOCs总排放量约为600万吨，来自烘焙空间最初的VOCs排放量大约为271吨，与来自其他汽车制造公司的数据相结合，我们发现涂覆工艺是最重要的排放过程，占VOCs总排放量的70%－90％。此外，烘焙工艺仅占VOCs总排放量的10％-30％，一个重要的原因是从烘焙工序排放出的VOCs经过高去除效率技术的处理，而经涂覆工艺的VOCs没有处理就被直接排放到大气中。实际的VOCs排放量和潜在的VOCs排放量也被算出，分别是686和955吨，差异显示尽管整个过程是在一个封闭的系统中操作，但仍然有一定的VOCs积液。应当指出，如果考虑到涂覆工艺中VOCs的处理，那在汽车制造业减少的VOCs排放量将是巨大的。有关的数据和其他行业的VOCs排放结果在表2中列出。它清楚地表明，不同的行业产生不同的VOCs排放。对于某一个行业，不同类别也产生不同的VOCs排放特征。

表2 典型行业VOCs排放一览表

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