嘉兴市2015年人为源VOCs排放清单

引用本文

郝欢, 万梅, 戎宇, 兰亚琼, 熊传芳, 晁娜. 嘉兴市2015年人为源VOCs排放清单[J]. 环境科学, 2018, 39(11): 4892-4900.

HAO Huan, WAN Mei, RONG Yu, LAN Ya-qiong, XIONG Chuan-fang, CHAO Na. VOCs Emission Inventory of Anthropogenic Sources in Jiaxing[J]. Environmental Science, 2018, 39(11): 4892-4900.

嘉兴市2015年人为源VOCs排放清单

郝欢¹, 万梅¹, 戎宇², 兰亚琼¹, 熊传芳³, 晁娜⁴

1. 浙江清华长三角研究院, 嘉兴 314006;
2. 浙江双益环保科技发展有限公司, 嘉兴 314006;
3. 嘉兴市环境保护局, 嘉兴 314006;
4. 浙江省环境保护科学设计研究院, 杭州 310007

收稿日期: 2018-01-11; 修订日期: 2018-04-18

基金项目: 嘉兴市大气污染源排放清单（2015年）编制项目

作者简介: 郝欢(1992~), 女, 硕士研究生, 助理工程师, 主要研究方向为大气污染控制, E-mail:haohuanhuanzi@126.com

通信作者: 万梅, E-mail:wanmeiaq@qq.com

摘要: 根据收集的嘉兴市人为源活动水平数据，采用科学合理的估算方法和排放因子，建立了该地区2015年人为源挥发性有机物（VOCs）排放清单.结果表明，嘉兴市2015年VOCs排放总量为10.21×10⁴ t，其中工业源、移动源、生活源、储运源、废弃物处理源、农业源的排放量分别占排放总量的78.15%、12.08%、5.83%、3.24%、0.26%和0.44%.工业源中包装印刷、表面喷涂、纺织印染、化学原料制造、石化是重点排放行业.海宁市、桐乡市和平湖市VOCs排放量位居前三，约占嘉兴市总排放量的50%，经开区、海宁市、南湖区VOCs平均排放强度均超过30 t·km^-2.

关键词: 挥发性有机物排放清单排放因子人为源嘉兴市

VOCs Emission Inventory of Anthropogenic Sources in Jiaxing

HAO Huan¹ , WAN Mei¹ , RONG Yu² , LAN Ya-qiong¹ , XIONG Chuan-fang³ , CHAO Na⁴

1. Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University, Jiaxing 314006, China;
2. Zhejiang Shuangyi Environmental Technology Development Co., Ltd., Jiaxing 314006, China;
3. Jiaxing Environmental Protection Agency, Jiaxing 314006, China;
4. Environmental Science Research & Design Institute of Zhejiang Province, Hangzhou 310007, China

Abstract: The anthropogenic volatile organic compounds (VOCs) emissions inventory in Jiaxing for 2015 was established by collecting comprehensive activity data of anthropogenic sources and adopting scientific and reasonable estimation methods and emissions factors. Results showed that the total VOCs emissions in Jiaxing for 2015 amounted to 10.21×10⁴ t, of which 78.15%, 12.08%, 5.83%, 3.24%, 0.26%, and 0.44% was contributed by industrial sources, vehicles, domestic sources, oil storage and transport, waste disposal, and burning of agricultural crop residues, respectively. Packaging and printing industries, the surface coating industry, the dyeing industry, chemical materials manufacturers, and the petrochemical industry are the most important VOCs-emitting industries. Haining, Tongxiang, and Pinghu were the three cities with the highest emissions amounts, which contributed 50% of the total VOCs emissions. The average emissions intensity of VOCs in Jingkai, Haining, and Nanhu exceeded 30 t·km^-2.

Key words: volatile organic compounds(VOCs) emission inventory emission factor anthropogenic source Jiaxing

近年来, 多个经济发达地区臭氧超标极为频繁, 地处长江三角洲地区的嘉兴市臭氧污染不断加重^{[1, 2]}.挥发性有机物(VOCs)作为形成大气臭氧和二次有机气溶胶污染的关键前体物, 是引起光化学烟雾和霾等环境问题的重要因素^[3~5], 对嘉兴市环境质量具有重要影响.同时, 部分VOCs具有致癌性和毒性, 对人体健康具有严重危害^{[6, 7]}.

为有效改善嘉兴市环境空气质量, 保障市民健康, 针对VOCs污染控制的研究急需开展.排放清单估算作为控制VOCs污染的基础工作, 多数省市已对此开展相关研究^[8~16], 相关学者也对嘉兴市VOCs排放清单进行了研究^[17], 但有些研究只针对单一排放源或行业, 无法反映嘉兴市整体排放水平^{[18, 19]}; 有些研究活动水平数据仅来源于嘉兴市统计年鉴, 无法准确反映实际排放情况^[20].

本研究通过统计年鉴^[21]、污染物普查、环境统计数据以及相关部门数据, 结合企业填报与现场调研, 利用排放因子法和物料衡算法, 较为详细地估算了嘉兴市2015年典型人为源VOCs排放量, 以期为嘉兴市制定相关大气污染防治对策及应急管控措施提供科学依据和数据支撑, 从而有效控制大气污染, 改善空气质量, 同时也为其他相似度高的城市的VOCs排放清单研究及防控政策的制定提供参考依据.

1 材料与方法 1.1 研究对象及区域

参照世界卫生组织(WHO)的VOCs定义：在标准大气压下, 熔点低于室温且沸点低于200~260℃的有机化合物的总称, 不包括甲烷.本研究以2015年作为基准年, 以浙江省嘉兴市作为研究对象, 主要研究区域囊括南湖区、秀洲区、海宁市、嘉善县等9个县(市、区), 如图 1所示.参考清华大学编制的《城市大气污染物排放清单编制技术手册》^[22](“手册”)和环境保护部组织编制的《大气污染物源排放清单编制技术指南》系列^[23~25] (“指南”)中关于源的分类方法, 以嘉兴市当地产业布局为依托, 构建嘉兴市VOCs污染源分类体系, 根据污染源性质不同, 将VOCs人为源划分为工业源、移动源、生活源、储运源、废弃物处理源、农业源这6大类, 同时根据VOCs不同排放过程, 对各类排放源进行进一步划分.

图 1 研究区域示意 Fig. 1 Map of study area

1.2 数据来源

本研究所使用的活动水平数据来源于3种途径：调查表填报、相关部门调研、统计年鉴^[21].工业源、储运源中企业燃料使用量、重要工段产品产量、汽油销售量等活动水平数据主要采用经环保审核企业现场填报的数据, 其中工业企业2 372家; 移动源中船舶及机动车保有量等活动水平数据采用相关部门统计数据; 生活源中建筑涂料使用量采用统计年鉴数据, 溶剂使用量采用相关部门的调研数据; 废弃物处理源中固废及污水处理量、农业源中秸秆燃烧量均采用相关部门统计数据.

1.3 估算方法

本研究针对嘉兴市各类排放源的VOCs排放量估算, 主要采用排放因子和物料衡算相结合的方法, 排放因子法基本计算公式^[22~26]为：

(1)

式中, E为VOCs的排放量(t ·a^-1); A为活动水平(单位根据排放源具体类别确定), 如燃料消耗量、产品产量、原辅料使用量、溶剂使用量等; EF为VOCs的排放系数(单位根据排放源具体类别确定); i为排放源类别.不同排放源的排放特征存在差异, 因此, 分类别介绍各排放源的活动水平数据和排放系数的来源.

机动车排放计算公式^[23]：

(2)

式中, P为机动车保有量; M为机动车年均行驶里程; EF为机动车排放系数; i为机动车车型; j为机动车燃料类型; k为机动车排放标准.

根据欧洲环保署空气污染物排放清单指南^[27]和美国环保署空气排放清单^[28]的研究方法, 采用基于船舶引擎功率的排放因子法进行计算.船舶VOC排放量计算公式：

(3)

式中, b、e、z分别代表船舶类型、发动机类型和行驶模式; E为船舶每年排放的VOCs总量(t); N为船舶数量(艘); T为每艘船舶平均运行时间(h ·艘^-1); P为发动机功率(kW); LF为发动机负荷率(%); EF为污染物排放因子[g ·(kW ·h)^-1].

餐饮排放计算公式^[22]

式中, n为固定炉头数; V为烟气排放速率(m³ ·h^-1); H为年总经营时间(h); η为油烟去除效率(%); EF为排放系数(mg ·m^-3).

汽修排放量采用物料衡算法^[22], 计算公式：

(5)

式中, A为油漆的用量(稀释用溶剂不列入估算基础); EF为排放系数; B为喷烘两用房的数量; C为单烘房的数量; η为污染控制技术对污染物去除效率(%).

1.3.1 工业源

工业源主要包括燃料燃烧过程和工艺过程, 其中燃料燃烧过程主要包括电厂、工业锅炉和工业炉窑.针对工业源, 本研究采用“自下而上”的方法开展研究, 以点源为主, 面源为辅的形式处理.

燃料燃烧过程活动水平数据是从浙江省统一要求的8个重污染行业的所有企业、4个重点行业的规模以上企业中筛选出的2 372家工业企业, 按照点源方式逐个获取每家企业单台燃烧设备等信息.工艺过程(含溶剂使用, 以下称“工艺过程”)活动水平数据采用点源和面源相结合形式获取.其中, 点源数据来自上述2 732家企业涉及VOCs排放的1 015家企业的产品等信息, 对于点源调查不够全面的行业以最小行政单元做面源补充.排放系数选自文献[16, 20, 22, 23], 对于有污染控制技术的企业, VOCs去除效率根据企业填报数据计算, 部分企业无污染控制技术则直接排放, 去除效率为0, 结果如表 1、表 2所示.

表 1 工业源活动水平及排放系数 Table 1 Activity levels and emission factors of the industrial sources

工业源	行业类别	子类	活动水平	排放因子	单位	文献
燃料燃烧过程	电厂(电力)	电力生产	燃煤消耗量	0.04	g·kg^-1	[22]
		电力供应	燃煤消耗量	2.16	g·kg^-1	[22]
		电力生产	天然气消耗量	0.02	g·m^-3	[22]
		电力生产	垃圾消耗量	1.00	g·kg^-1	[16]
	其它工业(锅炉、炉窑)		燃煤消耗量	0.39	g·kg^-1	[23]
			燃料油消耗量	2.88	g·kg^-1	[22]
			柴油消耗量	0.13	g·kg^-1	[22]
			天然气消耗量	0.12	g·m^-3	[22]
			煤气消耗量	0.05	g·m^-3	[22]
			柴薪消耗量	3.13	g·kg^-1	[23]
			生物质成型燃料	1.13	g·kg^-1	[23]
			垃圾消耗量	1.00	g·kg^-1	[22]
工艺过程	包装印刷	传统油墨	油墨用量、控制效率等	750	g·kg^-1	[22]
		新型油墨	油墨用量、控制效率等	100	g·kg^-1	[22]
		造纸	纸浆用量	3.10	g·kg^-1	[22]
	纺织印染	纺织	产品产量	10	g·kg^-1	[22]
	纺织印染	印染	染料用量	81.4	g·kg^-1	[22]
	表面喷涂	家具家装喷涂	涂料用量、控制效率等	640	g·kg^-1	[22]
	表面喷涂	工业制造喷涂	涂料用量、控制效率等	730	g·kg^-1	[20]
	化工行业	苯	产品产量	0.10	g·kg^-1	[22]
		对苯二甲酸	产品产量	19.80	g·kg^-1	[22]
		乙烯	产品产量	0.10	g·kg^-1	[22]
		合成氨	产品产量	4.72	g·kg^-1	[22]
		聚氯乙烯	产品产量	0.74	g·kg^-1	[22]
		丁二烯	产品产量	139.74	g·kg^-1	[22]
		胶黏剂	产品产量	20	g·kg^-1	[22]
		油墨生产	产品产量	50	g·kg^-1	[22]
		漆涂料生产	产品产量	15	g·kg^-1	[22]
		化学药品	产品产量	430	g·kg^-1	[22]
	石化行业	炼焦	产品产量	2.96	g·kg^-1	[22]
		原油炼制	产品产量	1.82	g·kg^-1	[22]
		原油加工	产品产量	0.32	g·kg^-1	[22]
	化纤行业	尼纶	产品产量	3.3	g·kg^-1	[22]
		腈纶	产品产量	37.1	g·kg^-1	[22]
		涤纶	产品产量	0.70	g·kg^-1	[22]
		丙纶	产品产量	37.1	g·kg^-1	[22]
		粘胶纤维	产品产量	14.5	g·kg^-1	[22]
		合成纤维	产品产量	73.4	g·kg^-1	[20]
		其它纤维	产品产量	5.1	g·kg^-1	[23]
	合成革行业	革制造	产品产量	0.18	g·kg^-1	[22]
	合成革行业	革鞣制	药剂用量	196	g·kg^-1	[16]
	橡塑制品行业	橡胶	产品产量	15	g·kg^-1	[20]
	橡塑制品行业	泡沫塑料	产品产量	770	g·kg^-1	[22]
	其它	石灰	产品产量	0.18	g·kg^-1	[22]
		熟料	产品产量	0.33	g·kg^-1	[22]
		砖瓦	产品产量	0.13	g·kg^-1	[22]
		玻璃制品	产品产量	4.40	g·kg^-1	[22]
		玻璃纤维	产品产量	3.15	g·kg^-1	[22]
		酒精	产品产量	218.25	g·kg^-1	[22]
		白酒	产品产量	25	g·kg^-1	[22]
		面包	产品产量	10.62	g·kg^-1	[22]
		糕点	产品产量	1	g·kg^-1	[22]
		糖	产品产量	8	g·kg^-1	[22]

表 1 工业源活动水平及排放系数 Table 1 Activity levels and emission factors of the industrial sources

表 2 工业源VOCs去除效率¹⁾ Table 2 VOCs removal efficiency of industrial sources

1.3.2 移动源

移动源是指有发动机牵引、能够移动的各种客运、货运交通设施和机械设备, 本研究主要针对机动车、船舶、工程机械和农业机械等非道路移动机械在行驶过程中排放的VOC量.本研究中机动车活动水平、船舶保有量、非道路移动机械保有量均来自有关部门的统计数据, 排放系数选自文献[22, 23, 25, 27, 28], 结果如表 3所示.

表 3 移动源活动水平及排放系数 Table 3 Activity levels and emission factors of the vehicles

1.3.3 生活源

生活源主要包括餐饮、干洗、汽修、民用燃烧、建筑涂料.餐饮活动水平分点源和面源收集, 对405家大型餐饮企业进行调研采用点源处理, 中小型餐饮企业根据排放系数采用面源处理.干洗业活动水平来源于登记在册的466家企业调研数据, 汽修(一类、二类)活动水平来源于登记在册的330家企业调研数据, 民用燃烧煤炭消费量和建筑涂料使用量数据来源于嘉兴市统计年鉴和有关部门调研数据.部分排放系数选自文献[20, 22, 23, 29, 30], 油烟去除效率根据企业填报数据计算, 结果如表 4、表 5所示.

表 4 生活源活动水平及排放系数 Table 4 Activity levels and emission factors of the domestic sources

表 5 油烟净化效率¹⁾ Table 5 Fume purification efficiency

1.3.4 储运源

储运源包括加油站、储油库和油气运输车在储运和运输过程中的逸散排放等.活动水平来源于中国石油和中石化公司以及有关部门调研数据, 排放系数选自文献[22], 结果如表 6所示.

表 6 储运源活动水平及排放系数 Table 6 Activity levels and emission factors of the oil storage and transport sources

1.3.5 废弃物处理源

废弃物处理源包括污水处理和垃圾处理.活动水平数据来源于有关部门统计数据, 排放系数选自文献[23], 结果如表 7所示.

表 7 废弃物处理源活动水平及排放系数 Table 7 Activity levels and emission factors of the waste disposal sources

1.3.6 农业源

农业源包括畜禽养殖、秸秆燃烧、人体排放等, 排放量较小.本研究只对农业源中秸秆燃烧产生的挥发性有机气体进行计算, 根据长三角地区的主要农作物产量, 结合其谷草比、焚烧比例等参数计算所得^[16].排放系数来源于指南^[24], 活动水平来自市农业部门提供的数据和嘉兴市统计年鉴.

2 结果与讨论 2.1 嘉兴市人为源VOCs排放清单

嘉兴市2015年人为源VOCs排放总量为10.21×10⁴ t, 六大类排放源的排放清单、排放贡献率分别如表 8和图 2所示.工业源对是嘉兴市VOCs排放的主要贡献源, 排放量为7.98×10⁴ t, 占VOCs排放总量的78.15%, 其中工艺过程的排放分担率达到了70.45%, 是工业源中VOCs排放总量占比最大的子源, 工业炉窑、工业锅炉、电厂排放量较小, 分别占VOCs排放总量的5.44%、0.97%、1.28%, 与嘉兴市近几年实行锅炉改造、炉窑整改和拆除、电厂超低排放存在密切关系.其次为移动源、生活源、储运源、农业源和废弃物处理源, 占VOCs排放总量的比例依次为12.08%、5.83%、3.24%、0.44%和0.26%.

表 8 2015年嘉兴市各类人为源VOCs排放清单 Table 8 VOCs Emission inventory of anthropogenic sources for the year 2015 in Jiaxing

图 2 2015年嘉兴市各类VOC人为源的排放分担率 Fig. 2 VOCs emission contributions of anthropogenic sources for the year 2015 in Jiaxing

2.2 分区域嘉兴市人为源VOCs排放特征

2015年嘉兴市各县(市、区)人为源VOCs排放情况如表 9和图 3所示.由于移动源中的船舶流动性大, 全市船舶VOCs排放作统一处理, 总排放量67.49 t, 故本章节暂不考虑这一排放子源.

表 9 2015年嘉兴市各县(市、区)VOCs排放清单 Table 9 VOCs Emission inventory by county for the year 2015 in Jiaxing

图 3 2015年嘉兴市各县(市、区)VOCs排放分担率 Fig. 3 VOCs emission contributions by county for the year 2015 in Jiaxing

从表 9可以看出嘉兴市VOCs排放份额最大的县(市、区)是位于南部的海宁市, 占总排放量的22.76%.位于市中心的南湖区、秀洲区和经开区排放量较海宁市低, 但经开区VOCs平均排放强度反而高于海宁市, 与经开区面积小、工业群密集有关.其次, 南湖区和平湖市VOCs平均排放强度也高于全市水平.

图 3表现为工业源是各县(市、区)的核心排放源, 移动源是第二大排放源(除港区外).就其它排放源而言, 南湖区和港区的储运源排放占比均较其它县(市、区)高, 海盐县农业源、废弃物处理源排放占比在所有县(市、区)中最高.

2.3 工业分行业嘉兴市人为点源VOCs排放特征

工业源是嘉兴市VOCs排放最主要的人为源, 工艺过程源又是工业源中贡献最高的子源, 以海宁市最为突出, 工艺过程的贡献占当地VOCs排放的72%.如表 10所示, 包装印刷、表面喷涂、纺织印染、化学原料制造、石化、化学纤维、合成革、橡塑是嘉兴市VOCs排放量排名前九的工业行业, 对嘉兴市VOCs总排放的贡献量为7.19×10⁴ t, 贡献率为70.45%.

表 10 2015年嘉兴市工艺过程源重点行业VOCs排放清单 Table 10 VOCs Emission inventory of industrial sectors for the year 2015 in Jiaxing

从表 10和图 4中可以看出, 包装印刷行业的贡献最大, 排放量1.43×10⁴ t, 占总排放量的14.05%, 相关企业主要分布在海宁市, 反映出包装印刷企业对海宁市VOCs排放的重要影响.其次为表面喷涂和纺织印染行业, 排放量相差很小, 分别为1.27×10⁴ t和1.26×10⁴ t, 分别占总排放量的12.39%和12.34%.表面喷涂与纺织印染行业在各县区占比较均衡, 反映出作为嘉兴市传统产业支柱的五金机械、金属制造、纺织印染企业对VOCs排放的影响较大, 与该行业企业生产过程中消耗大量的涂料、油漆、染料有关.其中表面喷涂行业排放源主要分布在经开区、嘉善县和海盐县, 涉及相关企业51家; 纺织印染行业重点排放区域为秀洲区, 涉及相关企业21家, 年织造产量达2.4×10¹⁰ m.同时作为嘉兴支柱产业的化学原料制造行业对VOCs排放的贡献也不容忽视, 贡献率为8.91%.

图 4 2015年嘉兴市各县(市、区)重点行业工艺过程源VOCs排放分担率 Fig. 4 VOCs emission contributions of industrial sectors by county for the year 2015 in Jiaxing

石化行业具有明显的区域化特征, 主要分布在港区和平湖市, 占总排放量的7.84%, 这两个县(市、区)属于沿海地区, 港口众多(对外联系便利, 利于原油的输入和石化产品的输出), 石化企业分布密集, 年产值288.57万元, 年产量约4.94×10⁶ t.化学纤维行业VOCs排放占总排放量的5.74%, 相关排放源主要分布在以化纤为特色产业之一的桐乡市和南湖区.合成革和橡塑制品业在生产过程中消耗大量挥发性有机原辅料, 排放量约为7.56×10³ t, 占总排放量的7.41%.其它包括木业、电子信息、食品等行业共占总排放量的1.79%.

根据企业调研结果来看, 化学原料制造、医药制造、石油加工等生产行业VOCs排放环节多, 治理措施不到位, 在VOCs原料的装卸、贮存、转运、调和、反应等每一生产环节都存在VOCs挥发逸散的情况^[30]; 包装印刷、纺织印染、金属制品、设备及汽车制造、电气机械制造、家具制造等行业的油墨、染料、涂料、油漆的使用率低, 并且印刷、染色、喷涂过程中无组织VOCs收集率和去除率低, 此外部分企业规模小、分布散、工艺设备落后、清洁生产技术水平低, 末端治理不到位.

2.4 不确定性分析

在嘉兴市人为源VOCs排放清单建立过程中, 其不确定性主要来自于排放因子的确定和活动水平数据的收集^[31].排放因子方面, 本研究中主要使用手册和指南中的排放因子, 同时借鉴欧洲环保署发布的《空气污染物排放清单指南》、中国台湾环保署发布的《空气污染防治费收费办法》和相关研究, 部分子源的排放因子波动范围较大, 部分缺乏代表性, 与嘉兴市实际排放存在一定的差异.

其次, 本研究中的活动水平主要来自于企业调研、部门调研和统计年鉴, 部分数据缺乏准确值, 在一定程度上存在人为因素的影响.以上两种原因为清单的建立引入了较大的不确定性.对于工业源中部分行业的排放因子, 今后需加强本地化系数研究, 从而进一步减少对工业源排放估算带来的不确定性影响.

3 结论

(1) 嘉兴市2015年人为源VOCs排放总量为10.21×10⁴ t, 其中工业源、移动源、生活源、储运源、农业源和废弃物处理源分别占全市VOCs排放总量的78.15%、12.08%、5.83%、3.24%、0.44%和0.26%.工业源中工艺过程源排放量最大, 占全市VOCs排放总量的70.45%.

(2) 各县(市、区)中, 海宁市、桐乡市和平湖市排放量较高, 其分担率分别为22.76%、13.83%和12.63%.经开区、海宁市和南湖区的排放强度则较高.各县(市、区)VOCs首要排放源均为工业源, 废弃物处理源排放主要集中在海盐县, 农业源排放主要集中在海盐县和平湖市, 储运源排放主要集中在港区和南湖区.

(3) 包装印刷、表面喷涂、纺织印染是嘉兴市VOCs排放重点工业行业, 其排放贡献率分别为14.05%、12.39%、12.34%.各县(市、区)VOCs排放重点工业行业均有差异, 包装印刷行业排放主要集中在海宁市, 纺织印染行业排放主要集中在海宁市、秀洲区、桐乡市, 化学纤维行业排放主要集中在桐乡市, 石化行业排放主要集中在港区和平湖市.

(4) 源清单的不确定性主要来自于缺乏嘉兴市本地化排放因子, 以及活动水平收集过程中的人为因素和估算过程中污染子源划分不细所致.因此, 需加强本地化系数研究, 从而进一步减少对工业源排放估算带来的不确定性影响.

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环境科学 2018, Vol. 39 Issue (11): 4892-4900	PDF