杭州市工业源VOCs排放清单及排放特征

引用本文

卢滨, 黄成, 卢清, 杨强, 井宝莉, 夏阳, 唐伟, 顾泽平. 杭州市工业源VOCs排放清单及排放特征[J]. 环境科学, 2018, 39(2): 533-542. 复制到剪切板

LU Bin, HUANG Cheng, LU Qing, YANG Qiang, JING Bao-li, XIA Yang, TANG Wei, GU Ze-ping. Emission Inventory and Pollution Characteristics of Industrial VOCs in Hangzhou, China[J]. Environmental Science, 2018, 39(2): 533-542. 复制到剪切板

杭州市工业源VOCs排放清单及排放特征

卢滨¹, 黄成², 卢清³, 杨强¹, 井宝莉¹, 夏阳¹, 唐伟¹, 顾泽平⁴

1. 杭州市环境保护科学研究院, 杭州 310014;
2. 上海市环境科学研究院, 上海 200233;
3. 环境保护部华南环境科学研究所城市生态环境研究中心, 广州 510655;
4. 杭州市环境监察支队, 杭州 310004

收稿日期: 2017-06-07; 修订日期: 2017-10-20

基金项目: 杭州市科技引导课题项目（20163501Y53）

作者简介: 卢滨(1980~), 男, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向为大气污染源清单和环境模拟, E-mail:lubin2002@qq.com

通信作者: 黄成, E-mail:huangc@saes.sh.cn

摘要: 杭州市作为2016年国际峰会、2022年亚运会等一系列重大活动的举办地，对VOC源排放清单的研究，尤其是工业源VOCs的影响越来越受到管理部门和当地居民的重视.通过采取自下而上的方式，首次对杭州市涉及VOCs排放的30多个行业的3518家企业逐一进行了详细的调查和估算，并在此基础上建立了杭州市工业源VOCs排放清单.从区域排放、排放强度、空间分布等不同角度对杭州市工业源VOCs排放特征进行了系统分析.研究结果表明，2015年杭州市工业源VOCs排放量为36839.5 t；印刷和记录媒介复制、化学原料和化学制品制造、金属制品、纺织、橡胶和塑料制品行业是杭州市工业源VOCs排放量最大的五个行业；排放总量最大是萧山区，其次是富阳区和大江东产业集聚区；工业源VOCs排放强度最高的区域为富阳区、建德市和临安市；工业源VOCs排放主要集中在萧山区、大江东、富阳区、余杭区等工业企业较为密集的区域.

关键词: VOCs 排放清单杭州排放强度空间分布大气污染

Emission Inventory and Pollution Characteristics of Industrial VOCs in Hangzhou, China

LU Bin¹ , HUANG Cheng² , LU Qing³ , YANG Qiang¹ , JING Bao-li¹ , XIA Yang¹ , TANG Wei¹ , GU Ze-ping⁴

1. Hangzhou Institute of Environment Sciences, Hangzhou 310014, China;
2. Shanghai Academy of Environmental Sciences, Shanghai 200233, China;
3. Urban Environment and Ecology Research Center, South China Institute of Environmental Science, Ministry of Environmental Protection, Guangzhou 510655, China;
4. Hangzhou Environmental Supervision Detachment, Hangzhou 310004, China

Abstract: For the 2022 Asian Games, a series of major events were held in Hangzhou City in 2016 at the international summit, where research on VOC emission inventories, especially on industrial VOCs, has attracted the attention of local residents and management departments. By taking a bottom-up approach, 3518 enterprises in more than 30 industries in Hangzhou were investigated and an industrial VOCs emission inventory for Hangzhou was established. Based on the data on regional emissions, emissions intensity, and spatial distribution, the industrial VOCs emissions in Hangzhou were systematically analyzed. The VOC emissions from industrial sources in Hangzhou amounted to 36839.5 tons in 2015. Printing and reproduction of recorded media; chemical raw materials and chemical products manufacturing; and the metal, textile, rubber, and plastics products industries were the most important sources of industrial VOC emissions in Hangzhou. The largest industrial VOC emissions were measured in Xiaoshan District, followed by Fuyang District and Dajiangdong Industrial Agglomeration Area. The highest VOC emissions intensity was detected in Fuyang District, Jiande City, and Lin'an City. Industrial VOC emissions were mainly concentrated in more intensive industrial areas in Xiaoshan, Fuyang, Yuhang, and Dajiangdong Districts.

Key words: volatile organic compounds(VOCs) emission inventory Hangzhou emission intensity spatial allocation air pollution

挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)是对流层臭氧生成的重要前体物, 它在光照条件下与NO_x发生光化学反应生成O₃及其他光化学氧化物; 同时也是大气中细颗粒物和二次有机气溶胶的重要前体物之一^[1~6], 对人体也具有一定的危害^{[7, 8]}, 但我国尚未明确环保管理工作中的VOCs国家定义^[9].污染源排放清单是大气环境科研与管理的重要基础与依据.近年来, 我国有关专家和学者针对VOCs排放清单已经开展了大量研究, 以污染源普查、环境统计和城市统计数据分别建立了全国^[10]、长三角^[11]、珠三角^{[2, 12]}、长株潭城市群^[13]以及省级层面^{[14, 15]}的VOCs排放清单.随着环境管理需求的提升, 区域尺度VOCs排放清单已难以满足城市地区管控要求, 近期, 许多研究将VOCs排放清单进一步提升至城市尺度, 聂磊等^[16]以北京市VOCs污染普查结果总结出一套较为完整的城市尺度VOCs污染源排放清单编制方法.李璇等^[17]收集了宁波市各类VOC人为源的活动水平数据, 采用“自下而上”的估算方法, 建立了宁波2010年人为源VOC的排放清单.卢清等^[18]采取实地调查的方式获取活动水平, 采用排放因子法和物料衡算法估算, 研究建立了上海市青浦区的工业源VOCs排放清单.杭州市作为2016年国际峰会、2022年亚运会等一系列重大活动的举办地, PM_2.5和O₃污染的协同控制是杭州大气污染防治面临的首要难题, 摸清VOCs排放特征尤为关键.

有研究表明工业源是VOCs贡献的第一大源^[19], 而在长三角地区工业源VOCs占人为源排放总量的30%~50%^[20~22].目前针对VOCs排放清单的研究多以天然源和人为源分类^{[15, 16, 23~25]}, 针对工业源VOCs的实地调查以及工业源VOCs的排放特征研究较少^[26].加强对工业源VOCs排放规律的研究, 有利于对VOCs重点排放行业的辨识, 可对产业结构和产业布局产生一定的指导意义.杭州市工业门类复杂, 低小散企业众多, 依据现有的VOCs排放清单编制方法难以摸清杭州市工业源VOCs实际排放特征和治理现状.为此, 本文首次以杭州市全域所有涉及VOCs排放的工业企业为研究对象, 采用发表调查、企业网上填表和实地调查等多种组合方法获取详细的活动水平数据, 同时针对固定燃烧、生产过程和溶剂使用等3类来源, 分别采用物料衡算和排放因子法, 全面系统地建立了2015年杭州市工业源VOCs排放清单, 并在此基础上进一步分析全市工业源VOCs的排放特征, 旨在为杭州市VOCs污染防治提供精准的科学依据, 也为下一步产业结构调整和布局优化提供了支撑.

1 材料与方法 1.1 研究对象

研究对象基本涵盖了杭州市域内的涉及VOCs排放的工业企业, 以污染源普查、环境统计、排污申报等资料作为调查对象的基础, 汇总整理出杭州市VOCs排放企业3 518家, 包括了印刷和记录媒介复制、化学原料和化学制品制造、金属制品、纺织、橡胶和塑料制品、家具制造、非金属矿物制品、皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋、造纸和纸制品、化学纤维制造、汽车制造等30多个行业.

1.2 研究区域

研究区域为杭州市全域, 包括上城区、下城区、江干区、拱墅区、西湖区、滨江区、下沙经济技术开发区(经开区)、之江旅游度假区(之江)、大江东产业集聚区(大江东)、萧山区、余杭区、富阳区、桐庐县、淳安县、临安市、建德市等16个区县(市), 市域面积约为16 596 km², 具体见图 1.

图 1 研究区域示意 Fig. 1 Research domain

1.3 调查方法

建立工业源VOCs排放清单的重点是获取各工业企业的活动水平.本次调查完全采取自下而上的方式, 对每一家企业逐一进行调查, 采取的方式包括现场培训填表、企业网上填表、专人实地调查等, 全面调查了企业基本信息、原辅材料与产品信息、生产工艺过程、溶剂回收和废弃情况、燃料消耗量、储罐、废气排放治理设施等情况.为确保采集的活动水平数据真实可靠, 充分发挥属地环保、专家、科研人员的专长, 对企业填报的数据进行了多级审核、反馈和修改, 以提高工业企业活动水平数据的可靠性.

1.4 估算方法

本研究针对VOCs不同产生源分别采用物料衡算法和排放系数法(表 1)进行估算.

表 1 VOCs排放因子 Table 1 Emission factors of VOCs

行业/锅炉/炉窑	工艺/燃料类型	产品类型/燃烧方式	单位	排放因子 /kg.t^-1	行业	工艺类型	产品类型	单位	排放因子 /kg.t^-1
		层燃	kg·t^-1(以燃料计）	0.03		饲料加工	—	kg·t^-1(以产品计）	1
	煤炭	室燃	kg·t^-1(以燃料计）	0.03	农副产品加工	植物油加工	—	kg·t^-1(以产品计）	4
电厂		循环流化床	kg·t^-1(以燃料计）	0. 03		制糖	—	kg·t^-1(以产品计）	0.195
电厂	天然气	—¹⁾	kg·t^-1(以燃料计）	0.09		焙烤食品	面包	kg·t^-1(以产品计）	4. 714
	污泥等垃圾掺烧	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.01		制造	饼干等酒精	kg·t^-1(以产品计） kg·t^-1(以产品计）	1 32. 105
		层燃	kg·t^-1(以燃料计）	0. 03	食品制造	饮料制造	白酒	kg·t^-1(以产品计）	14. 447
	煤炭	室燃	kg·t^-1(以燃料计）	0. 03		饮料制造	红酒	kg·t^-1(以产品计）	3. 853
		循环流化床	kg·t^-1(以燃料计）	0. 03			啤酒	kg·t^-1(以产品计）	0. 25
锅炉		茶浴炉	kg·t^-1(以燃料计）	2.09		胶合板	—	kg·m^-3(以产品计）	0. 249
	天然气	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.09		刨花板	—	kg·t^-1(以产品计）	0. 263
	燃油	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.04		碎木板	—	kg·t^-1(以产品计）	0. 921
	生物质	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.1 2	木材加工	纤维板	—	kg·t^-1(以产品计）	1.018
水泥窑	新型干法窑	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.059		其他木制品	—	kg·t^-1(以产品计）	0.1
砖瓦窑	燃煤	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.012		—	—	kg·t^-1(以焦炭产量计）	0. 073
	燃生物质	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.09	炼焦	有机化学	平均	kg·t^-1(以产品计）	17.61
	燃天然气	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.012	原料
烧结炉	—	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.1		肥料	合成氨	kg·t^-1(以产品计）	4. 72
高炉	—	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.00 1		农药	—	kg·m^-3(以产品计）	0.001
转炉	—	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.008			溶剂型涂料	kg·t^-1(以产品计）	15
冲天炉	—	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.09			清漆	kg·t^-1(以产品计）	46.25
电炉	—	—	kg·t^-1(以燃料计）	0.09		涂料油墨	水性涂料	kg·t^-1(以产品计）	3
反射炉	—	—	kg·t^-1(以燃料计）	0. 09		涂料油墨	油性油墨	kg·t^-1(以产品计）	75
	橡胶制品	轮胎	kg·个^-1(以产品计）	0. 33			矿物油墨	kg·t^-1(以产品计）	20
	橡胶制品	橡胶制品	kg·t^-1(以产品计）	6.64 1			水性油墨	kg·t^-1(以产品计）	15
橡胶和塑料制品业		塑料制品	kg·t^-1(以产品计）	0. 539	化学原料和化学制品	合成树脂	平均	kg·t^-1(以产品计）	5. 77
橡胶和塑料制品业	塑料制品	PU革	kg·t^-1(以产品计）	147	制造业	合成橡胶	平均	kg·t^-1(以产品计）	4.184
		PVC革	kg·t^-1(以产品计）	10.2		合成纤维	平均	kg·t^-1(以产品计）	48.79
	砖瓦等建材	砖瓦	kg·t^-1(以产品计）	0.015	单体		平均	kg·t^-1(以产品计）	48.79
非金属矿物	砖瓦等建材	沥青制品	kg·t^-1(以产品计）	0.016			粘合剂	kg·t^-1(以产品计）	227
制品业	玻璃及其制品	玻璃纤维	kg·t^-1(以原料计）	0.15		专用化学品	促进剂	kg·t^-1(以产品计）	1. 872
	陶瓷及其制品	—	kg·t^-1(以产品计）	29			炭黑	kg·t^-1(以产品计）	26. 203
黑色金属						日用化学品	活性剂	kg·t^-1(以产品计）	0. 983
冶炼和压	轧钢	—	kg·t^-1(以产品计）	0. 25		日用化学品	香料	kg·t^-1(以产品计）	22.89
延加工业						化学纤维	纤维制造	kg·t^-1(以产品计）	42.3 1 2
造纸	纸浆制造	—	kg·t^-1(以产品计）	0. 66		化学纤维	纤维加工	kg·t^-1(以产品计）	0. 36
石油炼制	—	—	kg·t^-1(以原油加工量计）	1. 82
1)“—”表示排放因子不细分工艺、燃料类型、产品类型或燃烧方式

表 1 VOCs排放因子 Table 1 Emission factors of VOCs

(1) 溶剂使用源采用物料衡算法估算, 计算见式(1).

(1)

式中, E_VOCs为生产过程或溶剂使用的VOCs排放量, t·a^-1; E_总产生为根据含VOCs原辅料的年使用量和成分, 产品及副产物的年产量和成分, 以及原辅料的转化效率等资料, 通过物料衡算进行估算, t·a^-1; E_回收回用为生产过程或溶剂使用过程中回收回用的VOCs量, t·a^-1; E_{进入固废危废}为固废危废中的VOCs量, t·a^-1; E_进入废水为进入废水中的VOCs量, t·a^-1; E_{废气处理设施削减}为废气处理设施的削减量, 优先采用有处理装置前后浓度数据的监测报告, 如没有监测数据, 则根据同类型的废气处理工艺取平均值后进行估算, 计算见式(2), t·a^-1; E_{污水处理过程产生}：企业自备的废水处理设施在废水处理过程中产生的VOCs量, t·a^-1.

(2)

式中, E_{生产工段产生量}为生产工段产生的VOCs量, t·a^-1; η_收集为VOCs的收集效率, %; η_去除为废气处理设施VOCs的去除效率, %.

(2) 工艺过程源和固定燃烧源采用排放系数法估算.

对生产过程中存在发生化学变化的工艺过程源, 如石化、化工、橡胶、塑料等VOCs排放源, 本研究主要采用排放系数法进行计算.此外, 对电厂和锅炉等固定燃烧源的VOCs排放量计算方法同样采用排放系数法, 本研究对火电厂各类机组VOCs产生量采用式(3)计算：

(3)

式中, Q_p为VOCs产生量, t·a^-1; S_i为燃料使用量, t·a^-1; F_i为基于单位燃料使用量的排放系数, g·kg^-1(以VOCs/燃料计).

(3) VOCs排放系数的来源

本研究采用的VOCs排放系数主要来自我国人为源挥发性有机物排放清单技术指南、美国AP-42排放系数集、台湾《公私场所固定污染源申报空气污染防制费之挥发性有机物之行业制程排放系数、操作单元(含设备组件)排放系数、控制效率及其他计量规定》等相关资料, 汇总形成了工业源VOCs排放系数(表 1).

(4) 末端治理措施调查

为掌握各企业VOCs治理情况, 本研究对工业源VOCs企业采用的末端治理设施的情况进行了调查和分析, 其中主要行业的工业源VOCs治理设施的调查统计结果见表 2.

表 2 工业源VOCs治理设施情况汇总 Table 2 After-treatment equipment information of industrial VOCs

主要行业	VOCs末端治理设施及比例(以企业数量计)/%
主要行业	焚烧	直接催化燃烧	活性炭吸附催化燃烧	活性炭吸附冷凝回收	低温等离子	光催化氧化	水/酸 /碱吸收	静电	生物法	一次性活性炭	其它方法	无治理
印刷和记录媒介复制	2.33	2.33	1.55	0.78	3.10	1.55	1.55	0.78	0.78	17.83	0.78	66.67
化学原料和化学制品制造	5.16	0.00	0.00	5.81	2.58	5.16	34.19	0.65	1.94	23.23	0.65	20.65
金属制品	1.54	6.15	10.77	0.00	7.69	0.00	7.69	0.00	0.00	27.69	0.00	38.46
纺织	2.35	0.00	0.59	2.35	0.59	2.35	20.00	46.47	0.59	8.24	0.00	16.47
橡胶和塑料制品	0.00	1.40	2.10	0.00	0.90	8.00	9.70	1.31	1.39	8.00	0.00	67.30
家具制造	0.00	0.00	0.00	0.00	3.10	0.00	47.60	0.00	0.00	22.30	0.00	27.10
非金属矿物制品	11.11	11.11	0.00	0.00	11.11	0.00	0.00	22.22	0.00	0.00	0.00	44.44
皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	2.94	0.00	0.00	17.65	0.00	79.41
造纸和纸制品	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	4.55	0.00	4.55	0.00	0.00	90.91
化学纤维制造	12.77	0.00	0.00	2.13	6.38	2.13	23.40	10.64	0.00	17.02	0.00	25.53
汽车制造	30.43	0.00	8.70	0.00	8.70	0.00	8.70	0.00	0.00	30.43	0.00	13.04
通用设备制造	0.00	0.00	0.00	0.00	12.90	0.00	12.90	3.23	0.00	32.26	0.00	38.71
文教、工美、体育和娱乐用品制造	0.00	0.00	0.00	0.00	2.21	0.00	40.44	0.00	0.00	38.97	2.21	16.18
黑色金属冶炼和压延加工	0.00	0.00	50.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	50.00
计算机、通信和其他电子设备制造	0.00	1.30	1.30	0.00	0.00	1.30	2.60	0.00	3.90	5.19	0.00	84.42
专用设备制造	0.00	0.00	7.69	0.00	23.08	0.00	7.69	0.00	0.00	46.15	0.00	15.38
有色金属冶炼和压延加工	0.00	3.57	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	96.43

表 2 工业源VOCs治理设施情况汇总 Table 2 After-treatment equipment information of industrial VOCs

2 结果与讨论 2.1 2015年杭州市工业源VOCs排放清单

根据调查和估算, 杭州市3 518家的工业源VOCs排放清单见表 3.研究结果表明, 杭州市工业源VOCs排放总量为36 839.5 t, 其中印刷和记录媒介复制、化学原料和化学制品制造、金属制品、纺织、橡胶和塑料制品行业是杭州市工业源VOCs排放量最大的5个行业, 排放量分别为5 122.2、5 078.3、4 922.2、4 116.4、3 459.8 t.排放量前五的行业VOCs合计排放量占全市工业源VOCs的61.6%, 前十个行业排放量占到全市排放量的85%.家具制造、非金属矿物制品、皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋3个行业VOCs排放量占比在5%以上, 其余20多个行业的占比均在5%以下, 排放量相对较小.

表 3 工业源VOCs排放源调查结果 Table 3 Industrial VOCs emissions inventory in Hangzhou

行业	企业数量/家	排放量/t	占总排放量比例/%	单位企业排放量 /t·家^-1	单位产值排放量 /t·亿元^-1
印刷和记录媒介复制	459	5 122.2	13.90	11.2	85.35
化学原料和化学制品制造	323	5 078.3	13.79	15.7	5.19
金属制品	133	4 922.4	13.36	37.0	11.71
纺织	375	4 116.4	11.17	11.0	4.46
橡胶和塑料制品	235	3 459.8	9.39	14.7	5.52
家具制造	331	2 030.3	5.51	6.1	13.33
非金属矿物制品	209	2 016.1	5.47	9.6	4.39
皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋	137	1 978.4	5.37	14.4	12.42
造纸和纸制品	174	1 748.6	4.75	10.0	4.94
化学纤维制造	48	1 006.0	2.73	21.0	1.73
汽车制造	29	713.0	1.94	24.6	1.06
通用设备制造	90	700.1	1.90	7.8	0.80
文教、工美、体育和娱乐用品制造	110	685.6	1.86	6.2	4.24
黑色金属冶炼和压延加工	44	553.1	1.50	12.6	2.75
计算机、通信和其他电子设备制造	90	379.7	1.03	4.2	0.33
专用设备制造	28	330.0	0.90	11.8	1.84
有色金属冶炼和压延加工	28	321.7	0.87	11.5	0.74
电力、热力生产和供应	36	315.5	0.86	8.8	0.46
电气机械和器材制造	31	263.5	0.72	8.5	0.24
酒、饮料和精制茶制造	36	210.4	0.57	5.8	0.99
医药制造	30	198.1	0.54	6.6	0.55
木材加工和木、竹、藤、棕、草制品	120	159.6	0.43	1.3	6.07
机动车、电子产品和日用产品修理	50	132.0	0.36	2.6	—¹⁾
铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造	11	120.4	0.33	10.9	2.63
农副食品加工	170	76.3	0.21	0.4	0.57
生态保护和环境治理	4	71.0	0.19	17.7	—
食品制造	73	63.3	0.17	0.9	0.33
仪器仪表制造	1	27.6	0.07	27.6	0.12
废弃资源综合利用	3	11.9	0.03	4.0	0.11
烟草制品	1	5.9	0.02	5.9	0.02
纺织服装、服饰	29	5.7	0.02	0.2	0.02
其它行业	80	16.9	0.05	0.2	—
合计/平均	3 518	36 839.5	100	10.5	—
1)“—”表示文章中因缺少该行业产值而没有相关数据

表 3 工业源VOCs排放源调查结果 Table 3 Industrial VOCs emissions inventory in Hangzhou

本研究表明, 杭州市工业源VOCs平均每家企业排放量约为10.5 t, 但各行业平均每家企业的排放量差异明显, 在全市平均值以上的行业有14个, 具体结果见图 2.其中金属制品行业的单位企业排放量最大, 平均每家企业的排放量达到37 t, 其次分别是仪器仪表制造、汽车制造、化学纤维制造等行业.印刷和记录媒介复制行业的VOCs排放总量最大, 但平均排放量却只有11.2 t, 考虑到该行业的企业数量达到459家, 表明该行业以中小企业为主, 企业数量多、单个企业排放量小, 呈现多小散的特征, 对VOCs污染治理和环境管理工作带来很大难度.

图 2 杭州市各行业VOCs平均排放量 Fig. 2 Average industrial VOCs emission per industry in Hangzhou

2.2 工业VOCs区域排放特征 2.2.1 不同区域的VOCs排放量

研究按区域对工业源VOCs排放量进行了统计分析, 结果见图 3, 排放总量最大是萧山区(0.89万t), 其次是富阳区(0.74万t)和大江东产业集聚区(0.59万t), 这些地区都是杭州市工业制造业相对发达的区域, 工业企业集中度相对较高.杭州主城区所辖的上城区、下城区、西湖区、江干区、拱墅区和滨江区, 以及西南部的淳安县, VOCs排放总量均较少.主城区由于城市化进程的加快, 工业用地实现退二进三、腾笼换鸟等举措, 大量工业企业迁出城区, 因此中心城区的几个区域的工业VOCs排放量大大降低.位于杭州市西南的淳安县以旅游业为主, 工业企业数量较少, 因此工业VOCs排放量也相应较小.

图 3 各区域工业源VOCs排放量 Fig. 3 Industrial VOCs emissions in each region of Hangzhou

2.2.2 不同区域VOCs重点行业分担率

图 4是杭州市不同区域工业源VOCs排放的构成情况, 表 4为各区域工业源VOCs主要排放行业及其分担率.杭州市的西湖区、江干区、经开区和临安市的工业源VOCs首要来源为印刷和记录媒介复制行业(28.9%~80.1%), 大江东和建德市两个地区的首要来源为化学原料和化学制品制造业(51.3%、29.5%).杭州市主城区的5个区(上城区、下城区、西湖区、江干区、拱墅区)VOCs排放行业集中度相对较高, 前两位的行业排放占比都在83%以上, 而萧山区和余杭区的VOCs排放行业集中度低, 排放量前两位的行业分担率仅占38.4%、40.0%, 涉及VOCs排放的行业多, 控制难度相应增加.

图 4 各区域工业源VOCs行业分担率 Fig. 4 Contributions to Industrial VOCs emissions by industry categories in each region of Hangzhou

表 4 杭州市各区域工业源VOCs主要来源及分担率 Table 4 Main sources and contributions to industrial VOCs emissions in each region of Hangzhou

2.3 工业源VOCs排放强度

2016年杭州统计年鉴的工业总产值中未单列主城区、滨江区、经开区和大江东等区域的工业总产值, 因此本文在研究区域VOCs排放强度时, 上城区、下城区、西湖区、江干区、拱墅区、滨江区、经开区合并为市区, 大江东并入萧山区分别予以合并计算. 图 5为杭州市各区域工业源VOCs排放强度.其中杭州市区的工业源VOCs排放强度最小, 仅为0.44 t·亿元^-1.排放强度最高的为富阳区, 达到5.83 t·亿元^-1, 这与富阳当地产业结构仍以传统产业为主有关.排放强度其次的是建德市和临安市, 分别为4.60 t·亿元^-1和4.49 t·亿元^-1, 均为杭州市区的10倍以上.这些地区应通过产业结构升级实现工业产值增加的同时降低污染排放.

图 5 各区域工业源VOCs排放强度 Fig. 5 Emission intensity of industrial VOCs in each region of Hangzhou

2.4 空间分布特征

基于每家工业企业的地理信息和VOCs排放量, 对杭州市工业源VOCs排放量进行空间分配, 具体结果见图 6.杭州市工业源VOCs排放主要集中在杭州市东部的萧山区、大江东、富阳区、余杭区等工业企业较为密集的区域, 杭州市西部区县主要为丘陵, 企业数量相对较少. VOCs排放量较大的工业企业主要分布在经开区、大江东、萧山区等工业发达地区.从图中企业的排放量看, 杭州市工业源VOCs排放企业呈明显的低小散特征.从分布区域上看, 杭州市的VOCs排放企业分布广, 零散分布的数量多.

图 6 杭州市工业源VOCs排放的空间分布 Fig. 6 Spatial distribution of industrial VOCs emissions in Hangzhou

2.5 和其他城市工业VOCs的比较

将研究结果与相关文献进行比较可知, 天津、广州、长沙、宁波、苏州等城市的工业源VOCs主要来源各不相同, 主要与当地的产业结构和经济发展水平相关.工业源VOCs排放量最大的行业, 天津市为石油炼制与石油加工行业, 其次是油品储运、合成材料行业、黑色和有色金属冶炼、火力发电^[24]; 广州市为石油炼制与石油化工、油品储运、交通运输设备制造与维修、有机化工、建筑装饰^[27]; 苏州市排放量居前的行业为金属制品制造、通用设备及专用设备制造、机械制造、塑料制品制造、轮胎制造等行业^[25]; 宁波市为化学原料及化学制品制造业、石油加工业、饮料制造业、交通运输设备制造业、电力热力的生产和供应业^[17]; 长沙市则主要来自汽车制造、家电涂层及印刷等行业^[23].虽然各城市工业源VOCs排放居前的行业各不相同, 但化学原料及化学制品制造、印刷、金属制品等行业出现频率较高, 是VOCs排放的重点行业.在工业源VOCs排放量行业占比方面, 天津市前5个行业占工业源VOCs总量的63.4%^[24], 广州市VOCs前12位污染源占总量的87.3%^[27], 苏州市前6个行业排放量占总排放量的80%以上^[25], 与前文中杭州市行业排放量的特征基本相同.

2.6 不确定性分析

在本文的工业源VOCs排放估算过程中, 研究对象主要通过对杭州市工业企业的筛选, 确定杭州市30多个典型VOCs排放行业3 518家企业为调查对象, 这些企业的VOCs排放基本能够代表该地区的工业源VOCs排放水平.另外, VOCs排放估算所需的企业生产工艺特征、原辅材料和产品、废气排放治理设施等关键参数主要通过网上填报、部分现场核实的方式获得, 在目前环保监管日趋严格的背景下, 获取的数据较为可靠, 基本能够代表企业的总体情况, 该部分对清单估算的不确定性影响相对较小.

采用蒙特卡罗模拟对清单的不确定性进行定量分析, 结果显示：杭州市工业源的VOCs排放估算在95%置信区间不确定范围为[-28%, 67%], 其不确定性范围属正常情况, 尽管本研究试图通过网上填报的方式获取企业所有使用的含VOCs产品VOCs含量信息, 但由于类别繁多, 各类别VOCs含量差异较大, 尚未获取部分企业、部分产品的含量信息, 在估算过程中通过参考同类型企业以及经验数据进行估算, 给估算结果带来了一定的不确定性; 另外, 如石化、化工、橡胶、塑料等行业的VOCs排放主要根据排放系数法进行估算, 排放系数在参考企业的监测数据的基础上, 主要采用国内外已有研究成果, 这对估算结果带来了一定的不确定性.对比之前清单研究结果, 魏巍等^[29]报道的中国人为源VOCs排放清单的不确定性和余宇帆等^[12]报道的珠三角地区重点VOCs排放行业的不确定性相比, 本研究在基于企业的VOCs排放清单估算方面有了一定提高和改善.

总体而言, 本研究工业源VOCs排放清单的不确定性主要来源有：一是获取的活动水平数据, 在调查工业企业的过程中, 由于各企业填表人对生产工艺和环保设施无法做到同时熟悉, 尽管采取了多轮次的审核和补充调查, 仍无法得到完全准确的活动水平数据.此外, 由于VOCs治理设施和环保管理水平的参差不齐, 在设施去除效率、收集效率和运行时间上无法得到准确数据, 也增加了VOCs排放清单的不确定性; 二是可选用的排放系数, 本研究对固定燃烧源采用排放因子进行估算, 尽管大部分排放因子优先采用国家排放清单编制指南的数据, 但仍然有大量系数来源于美国和欧盟的研究成果, 与我国尤其是杭州市的实际情况存在一定的差异, 在一定程度上增加了估算结果的不确定性; 三是选取的工业企业, 尽管本研究通过各种途径尽可能获取所有杭州市工业企业名单, 并通过行业排放特征的方法判断可能的VOCs排放企业, 并将其纳入至调查中, 调查企业多达3 518家工业企业, 涉及了印刷和记录媒介复制、化学原料和化学制品制造、金属制品、纺织等30多个行业, 但仍有低小散企业未在本次调查的名单中, 若将本研究的估算结果等同于杭州市工业源的VOCs排放总量, 亦会存在一定的不确定性.

3 结论

(1) 研究表明, 2015年杭州市工业源VOCs排放总量约为3.7万t, 其中印刷和记录媒介复制、化学原料和化学制品制造、金属制品、纺织、橡胶和塑料制品行业是最主要的5个行业, 占工业总量的61.69%.

(2) 比较各行业排放水平可以发现, 金属制品行业的单位企业排放量最大, 平均每家企业的排放量达到37 t.印刷和记录媒介复制行业的平均排放量仅11.2 t, 该行业的企业数量多、单个企业排放量小, 呈现出明显的多小散的特征.

(3) 按地区对工业源VOCs排放特征进行分析, 排放总量最大是萧山区(0.89万t), 其次是富阳区(0.74万t)和大江东产业集聚区(0.59万t).杭州主城区以及西南部的淳安县, VOCs排放总量均较少, 结论与杭州市各区域经济社会发展水平高度吻合.

(4) 实地调查发现, 杭州市工业源VOCs排放呈现分布广且零散, 集中度低, 呈明显的低小散特征.其中, 纸制品、电子、皮革、印刷、橡胶和塑料制品等行业VOCs治理设施覆盖率低, 催化燃烧等高效净化技术应用率仍相对较低.

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环境科学 2018, Vol. 39 Issue (2): 533-542	PDF