云南省汽车维修业维修过程挥发性有机物排放现状及预测研究

2021-01-27赵桂英于站良

环境科学导刊 2021年1期

邓鑫，赵桂英，于站良，包云

(云南省生态环境科学研究院，云南昆明 650034)

0 引言

云南省地处中低纬高原地区，较平原地区接收到更多紫外辐射，有利于臭氧的产生[1]。近年来云南省空气优良天数比率稳中有增，2019年云南省空气质量轻度污染天气发生105d，中度污染8d，其中以臭氧为首要污染物的超标天数64d，占超标天数的56.63%[2]。全省空气污染由煤烟型污染转化为以颗粒物和臭氧为特征的复合型污染[3]。挥发性有机物(VOCs)是对流层中臭氧(O3)和二次有机气溶胶(SOA)的重要前体物[4]。

VOCs来源广泛，主要分为自然源及人为源，其中人为源主要包括工业源、农业源、交通源和生活源4类[5]。汽车维修业VOCs排放是生活源VOCs排放中重要部分，且由于其分布分散、通常位于居民区，造成关于汽修厂异味投诉较多。据云南省国民经济和社会发展统计公报，从2014年到2018年底，全省民用汽车保有量从431.98万辆增长至678.91万辆，呈逐年增加的趋势，汽车保有量的快速增长，使得云南省汽车维修业也快速发展。汽车维修涂装过程中涉及油墨、清洗剂、稀释剂等大量含VOCs原辅材料的使用，有机溶剂极易挥发到环境中，造成大气环境污染同时危害人体健康[6,7]。

我国于2014年发布《大气挥发性有机物源排放清单编制技术指南(试行)》文件，对VOCs源清单编制进行相关指导，相关学者相继开展VOCs排放清单编制工作。目前，我国学者多以区域为研究对象，采用排放因子法对工业源VOCs排放量、空间分布特征进行研究[8-11]，对生活源VOCs排放量核算鲜有涉及。

本研究对云南省2314户汽车维修企业进行调查，调查了各企业有机原辅材料使用情况、VOCs含量及末端治理设施等，同时获取了云南省汽修企业的活动水平、行业产值、本土排放因子等数据，以期获得较为准确和可靠的云南省汽修行业VOCs排放量。在对汽车保有量及汽车行业产值进行预测的基础上，利用情景预测法预测政策模式下云南省汽修企业VOCs排放趋势，旨在为云南省汽车维修业VOCs减排、合理选择排放控制技术及后续地方标准的制定提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

据云南省交通运输厅数据，全省汽车维修企业共22486户。其中，一类汽车维修企业286户，二类汽车维修企业2141户，三类汽车维修企业20059户[12]。本次研究调查了全省共计2314户汽车维修企业，其中，一类汽车维修企业131户，二类汽车维修企业444户，三类汽车维修企业1739户。

1.2 排放量估算数据来源

本研究中所使用的排放量估算数据主要通过以下几种方式获得：①通过行业协会调研获得数据；②对云南省2314户汽车维修企业调研获得数据；③官方网络所公布统计年鉴的统计信息。

1.3 排放量估算方法

汽车维修行业VOCs排放主要来源于含VOCs原辅材料使用。采用排放因子法计算云南省汽车维修业VOCs排放量，计算公式如式(1)所示。

E=EF*P*A*(1-η)

(1)

式中：E为VOCs排放量，t/a；EF为有机原辅料排放系数，kg/t，通过对典型企业调研估算获得；P为云南省年维修汽车次数，次/a，数据来自云南省交通运输厅；A为台次汽车维修VOCs原辅材料消耗量，kg/次，通过对企业调研估算获取；η为污染控制技术对VOCs的去除效率。

通过调研得知，云南省汽车维修业90%以上的企业采用在烤漆房中安装过滤棉来进行VOCs废气治理，其余企业采用化学吸收法、活性炭吸附法(存在活性炭吸附装置及活性炭更换记录台账)、活性炭吸附冷凝法、光催化氧化等，估算云南省汽车维修业末端治理效率约为12.5%。

EF=Σs(C*Qs)

(2)

式中：EF为有机原辅料排放系数，kg/t，C为某原辅材料中VOCs的平均质量浓度，kg/t；s为含VOCs原辅材料种类；Qs为该原辅材料所占比例，%。

2 云南省汽车维修业VOCs排放现状

2.1 调研汽车维修企业VOCs排放情况

本研究对云南省131户一类汽车维修企业，444户二类汽车维修企业，1739户三类汽车维修企业进行了实地调研。调研内容包括各类含VOCs原辅材料使用量、各类原辅材料VOCs含量、涉VOCs使用过程末端治理设施的安装率、去除率。云南省2314家汽车维修企业原辅材料使用情况及VOCs含量信息如表1所示。

根据式(2)计算典型企业VOCs排放因子及排放量，2314家调研汽车维修企业中列举10家典型汽车维修企业排放因子及排放量，结果如表2所示。

使用SPSS进行Pearson相关性分析，发现汽修企业产值与企业排放因子呈显著负相关，汽修企业产值与原辅料使用总量呈显著正相关(P<0.05)，说明随着企业产值规模增加，企业除含VOCs原辅材料使用量显著增加，在环保投入上也有所增加，导致企业排放因子降低。

由云南省调研企业排放因子、排放量及表2得知，云南省各企业间排放因子有显著差异，主要原因为原辅材料使用类型配比及末端处理技术不同。整体而言，云南省汽车维修企业水性辅料使用量占比低，末端治理技术普遍采用过滤棉吸附，调研中三类汽车维修企业未出现水性原辅材料使用，末端处理技术均为过滤棉吸附。相同原辅材料使用及末端治理技术企业，其排放因子法区别主要取决于原辅材料使用配比，稀释剂使用量增加将导致排放因子增加。

表1 云南省汽车维修调研企业含VOCs原辅材料概况

表2 云南省汽车维修典型企业VOCs排放因子及排放量

2.2 云南省汽车维修业VOCs排放总量估算

根据相关研究及企业调研，云南省汽车维修企业水性原辅料使用占比约3%，VOCs质量分数为11.6%。溶剂型原辅料使用占比约97%，因维修过程中原辅料配比不同，使用溶剂型原辅料其VOCs质量分数60%～75%。2314家汽车维修企业VOCs排放量约为2797.10t，调研企业原辅材料使用量约6024.13t。调研企业合计维修汽车404.78万次，每次维修含VOCs原辅材料消耗量为1.49kg。

据国民经济和社会发展统计公报，2018年云南省汽车保有量为678.91万辆，推算云南省汽车年维修次数为848.84万次。在云南省汽车维修业，次维修消耗1.49kg原辅材料基础上，推算汽车维修业有机原辅材料消耗量约为12647.71t。据式(1)计算得出云南省汽车维修业VOCs排放量约为7198.35t。

3 云南省汽车维修业VOCs情景预测分析

3.1 情景预测模型

针对未来云南省汽车维修行业VOCs排放提出无控模式及政策模式两种预测。无控模式下云南省汽车维修业含VOCs原辅材料使用类型及品质不进行优化，末端废气治理设施不进行要求。政策模式下云南省汽修行业水性、粉末等低VOCs原辅材料使用比例能达到欧美发达国家20世纪末期水平，使用占比30%，一类、二类汽修企业安装VOCs去除率75%以上的高效有机废气末端治理设施。

无控模式下云南省汽车维修行业含VOCs原辅材料消耗量预测公式如式(3)所示：

Ay=Qy*A2018/Q2018

(3)

式中：Ay为年份y的云南省汽车维修业含VOCs原辅材料消耗量，t；Qy为年份y的云南省汽修业车辆维修次数，次；A2018为2018年云南省汽车维修业含VOCs原辅材料消耗量，t；Q2018为2018年云南省汽修业车辆维修次数，次。

Qy为云南省民用汽车保有量与汽车维修行业产值的关联函数，由最小二乘法回归模型模拟。未来某年云南省民用汽车保有量通过二次多元回归方程对近11年数据进行拟合获得，拟合结果如图1所示。图1中圆圈是2008—2018年云南省民用汽车实际保有量数据[13]。图1中三角形是依据2008—2018年数据进行拟合分析后，对2008—2033年云南省民用汽车保有量的估算数据。由图1可见，估算数值与实际数据基本吻合。

3.2 模式模拟

3.2.1 无控模式

2018年云南省汽车维修业每次维修含VOCs原辅材料消耗量为1.49kg。若以当前状况发展下去，无控模式下，云南省汽车维修行业VOCs排放量将在2020年上升至8718.93t，在2025年上升至13140.73t。2026年云南省汽车维修行业VOCs排放量将达到14131.64t，是2018年排放量的近两倍。

3.2.2 政策模式

政策模式下，云南省汽车维修行业VOCs排放因子为266.33kg/t。在云南省汽车维修行业万元产值对应的原辅材料消耗量不变前提下，政策模式下2020年云南省汽车维修行业VOCs排放量为4031.78t，2025年VOCs排放量6076.50。相对于无控模式，VOCs减排率为53.76%。

3.3 不确定性分析

云南省汽车维修企业VOCs排放量的不确定性主要来自于活动水平及排放因子不确定性两个方面：

(1)研究中VOCs排放因子、次维修对应的含VOCs原辅材料消耗量等数据来自于现场调研，汽车保有量数据来自于统计年鉴，年维修车辆次数来自于据汽车保有量的推算。采用的现场调研汽修企业均涉及钣金维修及喷涂业务，而全省部分汽车维修企业仅进行汽车美容等VOCs排放量小的业务。调研企业的不够全面可能导致次维修对应的含VOCs原辅材料消耗量数据偏高，从而导致推算出的云南省汽车维修行业VOCs排放量偏高。

(2)研究中VOCs排放因子来源于样本调查，因为原辅材料使用类型配比及末端处理技术不同将导致同类企业排放因子波动范围大，本研究虽做了大量现场调研依然难以保证得出的排放因子具有足够代表性，从而增加了研究结果的不确定性。