汽车整车制造企业VOCs污染对大气环境的影响及防治研究

任海涛

（北京现代汽车有限公司，北京 101300）

近年来，我国工业化水平稳步提升。随着工业化生产需求的提高，其过程中产生的挥发性有机物（VOCs）对我国大气环境造成了严重的影响。VOCs每年的排量均在上升，其可直接通过人体的呼吸道、消化道进入人的体内，引发众多疾病。VOCs作为PM2.5与O3的前体物，近些年受到了学术界的关注与研究，北京曾在2015年至2017年征收VOCs排污费，最高每公斤40元，但因VOCs包含成多种挥发性有机化合物，且每种化合物对大气产生的污染类别不同，无形中增加了其污染防治的难度，控制难度也相当大[1]。本文通过对汽车整车制造企业的厂区内不同车间排气筒与附近部分敏感点进行走访采样，以此检测VOCs的构成与对大气造成的污染程度，进而提出防治措施，缓解汽车制造企业VOCs排放对大气环境的污染，尽量排除或减少身体危害源。

1 材料与方法

1.1 采样方案

本次研究选取某汽车整车制造企业为研究对象，根据其厂区内生产车间的生产工艺、排污等情况，按照相关标准与行业规范制定挥发性气体（VOCs）采样方案。该生产车间工厂位于北京市顺义区杨镇，设有冲压车间、焊接车间、涂装车间、总装车间和发动机车间，总占地154万m2，总产能33万辆/年。

本次研究关注的对象分为2个部分，1为涂装车间，2为发动机车间，1部分中有3个厂界点与3个主要排气筒，2部分设有3个厂界点与8个排气筒，敏感点3为图中左下方标记处，具体如图1所示。针对该汽车企业挥发性有机物（VOCs）的检测，采样日期选定为2021年12月11-13日，共计3日。时间段为每日上午9点-12点，下午2点-5点，上述时间段工厂正常生产。这3日平均气温为6～9℃，相对湿度为18%～25%，风向为东北风3级。采样期间，考虑到华北地区在冬天多东北风，因此对应敏感区的位置，可推断是受该企业影响。

图1 某汽车制造企业厂区平面图

1.2 材料与方法

本次进行挥发性气体（VOCs）的采样选取容积为3.2 L的硅烷化处理后的苏玛罐，采样后的气体当天带回实验室进行保存与分析，有效地避免VOCs成分的损失与反应[2]。具体处理与分析步骤为：第一步，将装有VOCs的苏玛罐（图2）进行80℃烘烤，每个苏玛罐需要烘烤3 min；第二步，进行清洗抽空至6.67 Pa，针对装有环境中气体样品的苏玛罐清洗2次，而装有排气筒中气体的苏玛罐需要清洗4次；第三步，为了降低排气筒污染气体的体积分数，需要将该气体样品进行倍数稀释，而针对外部环境采用气体不做稀释；最后进行进样分析，为了保证结果的有效性与准确性，需要进样不同体积的气体以降低污染物的体积分数。

图2 苏玛罐

2 检测结果分析

2.1 排气筒气体样品结果分析

汽车制造企业厂区内1和2区域的1-8号为发动机车间机加工集尘排口，9-11为涂装水性漆喷漆、油性漆喷漆、烤箱排口。通过3日的气体采样与检测，对比DB11/1227—2015《汽车整车制造业（涂装工序）大气污染物排放标准》11个排气筒污染源的挥发性气体NMHC浓度均未出现异常值，具体结果可见表1。

表1 厂区内1和2区域排气筒气体浓度检测结果

利用化学仪器分析法，即大气预浓缩仪-气相色谱-质谱的联用法对通排气筒气体样品的成分检测，共检测出54种VOCs物种，并发现该汽车制造厂区内11个排气筒中的NMHC挥发性有机物的成分为芳香烃、卤代烃、烷烃、烯烃、环烷烃、酮类、酯类、醚类、醇类、含硫化合物和含氧环化合物。

2.2 厂界点与敏感点气体样品检测结果

检测的厂界点与敏感点臭气样品最终结果与GB14554—93《恶臭污染物排放标准》标准值对比，具体可见表2。

由表2得知，按照排入GB3095—2012《环境空气质量标准》中一类区的执行一级标准对比，6个厂界点与敏感点的臭气浓度未见异常值，说明该厂区附近环境中的臭气浓度达标。但是该数据的呈现不代表敏感区中的环境空气不受影响，低浓度的臭气也可能对人的身体以及大气造成一定的危害。根据采样日期的气象可知，该汽车制造企业当日的主导风向为东北风，而敏感点恰恰处于厂区的东北方向，也就是敏感点位于下风口，必然会受到该厂区排放的挥发性有机物（VOCs）的影响，加之厂区内发动机厂区与涂装车间排放的污染气体叠加，是造成敏感点居民区大气污染的重要原因之一。

表2 厂界点与敏感点气体样品的臭气浓度检测结果

3 挥发性有机物（VOCs）的产生及对大气的影响

经过上述对汽车制造企业排放进行检测，发现影响大气质量的重要来源就是VOCs。近年来，汽车制造企业的产量大幅度提升，排放的VOCs也不断增加，国家、地方也已经制定了相关标准对VOCs污染进行控制。对于汽车整车制造行业来讲，排放的VOCs主要集中在涂装车间与总装车间[3]，如：电泳、涂胶、中涂喷涂、色漆喷涂、罩光漆喷涂、修补、注蜡、下线与检测等各个阶段均会产生挥发性气体（VOCs），部分工厂仍有超标现象的发生。挥发性有机物（VOCs）是形成细颗粒物（PM2.5）、臭氧（O3）等二次污染物的重要前体物，进而引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题，严重制约社会经济的可持续发展，威胁人民群众身体健康。

3.1 汽车涂装过程VOCs的产生

上述分析中提到汽车制造企业产生的VOCs多是来自于涂装，而经过实际调查发现，在该企业涂装车间的VOCs的来源主要有两种，一是原辅料中挥发的有机物，二是在烘干时产生的VOCs。电泳阶段的VOCs来自于车身表面电泳漆中的溶剂挥发与烘干过程，虽然目前有相关溶剂使用量的规定与标准，但相应技术有待进一步提升。涂胶与喷漆阶段，不同工艺VOCs的产生量与排放量不同（图3），而油漆、稀释剂、固化剂是VOCs的主要来源，曾有学者研究表明，汽车喷漆过程中大约70%～80%的VOCs在喷漆室挥发与排放，剩下的20%～30%在烘干炉排放[4]，因此可见在此过程中大部分的VOCs都没有经过处理后排放，是造成VOCs大量排放的重要因素。注蜡阶段，所用到的材料分为VOCs蜡与无VOCs蜡，而二者的成本有所不同，现如今大多企业为了追求成本效益最大化，选用含有VOCs的蜡，而后期烘干处理不完善，造成了大量的VOCs被直接和次直接排放。除了汽车涂装工艺，另有修补与调漆、设备清洁等阶段均有VOCs的排放。因此可见，VOCs的产生是多方面，并不是控制某一工艺阶段所能解决的，其防治较为困难。

图3 不同工艺VOCs的产生量（左图）与排放量（右图）

3.2 VOCs引起气候变化与对雾霾的影响

与其他大气污染气体相比，VOCs具有自身的独特性，其与氮氧化合物等在紫外线光照的作用下发生一系列光化学反应生成臭氧、二次气溶胶等大气污染物，引起大气对流层臭氧和气溶胶的增加。一方面臭氧是具有温室效应的气体，可引起气候变暖，另一方面气溶胶通过影响云的形成液滴尺寸与滞留时间，又能起到降温作用，这一升一降似乎是抵消了。但是无论如何，VOCs的长期变化必定是间接引起气候变化的重要因素之一。VOCs除了对气候的影响，也是雾霾形成的一大帮手，现如今雾霾成了生活中司空见惯的一道“风景”，雾霾的主要来源是人为污染，其罪魁祸首则是细颗粒物PM2.5，这些细颗粒物由硫酸盐、硝酸盐、铵盐、黑碳以及有机化合物等多种化学成分组成，这些污染少部分来自于制造企业污染源的直接排放，而大部分则是来自于SO2、NOx、VOCs等化学气体的大气光化学转化。而VOCs对雾霾的影响程度可从PM2.5中相当高比重的有机物看出来，而众多有机物需要VOCs的帮助，一部分在排放后形成颗粒或气溶胶，另外一部分就是VOCs的大气光化学转化产物，其中有很多VOCs在经过转化后被转化为不挥发有机物与半挥发有机物，进而形成二次气溶胶[5]。VOCs作为大气化学反应的“燃料”，通过形成臭氧等增加了大气的氧化性，由此帮助二氧化硫等酸性气体转化形成硫酸盐与硝酸盐气溶胶，从而促进雾霾的形成。

4 汽车制造企业VOCs污染防治全过程管理措施

4.1 构建全过程管理体系

工业涂装作为VOCs排放的主要源头之一，虽然现阶段国家、地方层面与行业层面有明确的VOCs排放标准，但是随着工业科技的发展，已有的标准是否能够完全覆盖所有排放过程暂且打上问号。但无论如何都应遵循全过程管理原则，从“源头-过程-末端”进行考核指标的选取，不应仅仅按照传统的管理模式只针对末端排放进行管控与评价[6]。因此，首先需要转变思想，从顶端设计、原辅料选择、生产过程VOCs收集与传输、治理设施运行监控等多方面考虑，针对涂装的全过程进行管理监控指标的选取与标准的制定，改变以往传统的管理模式，督促制造企业进行工艺和管理的改进与创新。其次应进一步增加关注原材辅料VOCs含量的限制标准，以及具体到某个单位产品或单位涂装面积的VOCs排放限值（如北京地标DB11/1227—2015），并加以配合政策补贴等形式鼓励企业采取多种组合式VOCs管理方式。最后需要对末端排放加强监管力度，应在确保该方案实施的可行性与有效性的同时，形成详细的控制文件，各分管部门需重点关注管辖区域内汽车制造企业的VOCs排放量，进行定期乃至实时的检测监控，以保证其排放浓度、排放量在限值以内，严格执行国家、地方与行业标准。

4.2 加强VOCs排放全过程监管

全过程管理体系强调全过程监管与监控。针对汽车制造排放VOCs，需要加强全过程监管与监督，首先基于因地制宜的思想，加强地方基层环保执法人员对监测装备与监管能力的提升，进一步规范其执法监测工作，强化涂装工业VOCs排放的日常监管。其次，一方面必须将VOCs排放纳入重点排污单位的名单中，并形成必要性的文件[5]；另一方面针对重点企业与VOCs排放超标企业进行实时监控，投入对应的资金在VOCs排放口安装实时监测设备，并制定相配套的标准规范要求企业对监测设备进行定期维保、更新等工作，以保证该设备的监测效率。逐步明确其监测指标，包括对原辅料、废料中的VOCs成分的主要污染物与非甲烷总烃等因素，以保证监测结果的完整性。最后应实施全过程管理台账制度的实施，企业需要定期将每日进出的原辅料与废料的VOCs含量写入台账，并进行定期台账上报留存台账结果，相关人员进行抽查，并规定不得擅自修改台账，对于违法乱纪的行为，一经发现必须做出项目停产等严重惩罚。此外，还应要求相关企业单位必须在取得排污许可证的条件下进行汽车制造项目的开展，而申请许可证必须严格按照国家与地方相关政策与规定并切实执行证后管理，对于国家、地方与行业标准更新，以及企业内部发生的各种变更导致的各种变化，企业应及时对排污许可证相关内容进行修订更新并上报主管部门。

5 结束语

环保生态环保形势日益严峻，VOCs的管理要求更是愈加严格。汽车制造作为我国工业发展的重要支柱产业之一，在提升产量与创新水平的基础上必须坚持“绿水青山就是金山银山”的重要思想，从全过程精细化管理思想出发，严格执行国家对VOCs的管理要求，从加大对涂装所使用的原辅料研发力度，将其中的VOCs含量降到最低，提升对生产过程中VOCs的控制，细致精准的末端治理管控等方面入手，为大气污染防治贡献力量。