自2013年大气污染防治行动计划实施以来, 我国大气污染治理取得明显成效, 2015~2019年, 全国337个地级及以上城市PM_2.5年均浓度下降22%^{[1, 2]}, 但臭氧污染却呈现逐年加重趋势, 2019年以上所述城市O₃日最大8 h浓度第90分位数的平均值为148μg·m^-3, 比2015年上升21%, 臭氧污染防控形势严峻^{[1, 2]}.挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)是形成近地面O₃和PM_2.5形成的重要前体物^[3~5], 我国主要发达地区(如京津冀、长三角和珠江角)和O₃不达标地区主要属VOCs敏感区^[6~10].因此, VOCs污染防治是现阶段中国大气污染防治的重点任务之一.

根据文献[11], 国家“十三五”期间以工业源和交通源VOCs排放作为控制和减排重点, 并相应出台一系列配套政策文件、标准和指南等^[12~21], 生活源VOCs防治主要在重点地区有序开展.生活源是中国人为源VOCs排放的重要组成之一, 随着工业和交通源减排潜力的不断下降, 生活源VOCs全面减排是必然趋势.然而, 目前中国生活源排放源分类系统、核算体系和源清单建立尚不完善.以往个别相关排放源核算主要采用国外排放系数进行估算, 不仅不成体系, 而且估算结果也与我国实际情况有一定差距, 无法有效为我国生活源VOCs减排政策的制定提供参考.

本研究基于第二次全国污染源普查(“二污普”)生活源相关研究工作, 初步构建了相对系统的中国生活源VOCs排放源分类方法和核算体系, 在此基础上建立了2010~2018年中国生活源VOCs排放清单, 并对生活源VOCs排放重要源类和省份等进行识别, 最后对生活源VOCs控制提出了方向性的对策建议.

本研究将生活源VOCs排放源分类系统分为4级(表 1). 第一级为生活源包括第二级的生活能源使用源和其他生活和第三产业源两大类.其中, 生活能源使用源包括第三级的居民生活和商业煤炭使用、城市燃气使用和农村家用生物质使用.其他生活和第三产业源包括第三级的建筑装饰、沥青道路铺装、餐饮油烟、干洗、汽车修补和家庭日化用品使用等.各类源进一步分为第四级排放源.

表 1 (Table 1)

表 1 生活源VOCs排放源分类系统 Table 1 Classification of sources of volatile organic compounds from domestic sources 第一级 第二级 第三级 第四级 生活源 生活能源使用 居民生活和商业煤炭使用 无烟原煤、无烟型煤、烟煤原煤和烟煤型煤 城市燃气使用 液化石油气、天然气和人工煤气 农村家用生物质使用 薪柴和秸秆 其他生活和第三产业源 建筑装饰 建筑涂料和建筑胶粘剂 沥青道路铺装 道路沥青 餐饮油烟 家庭餐饮、食堂餐饮和社会餐饮 干洗 四氯乙烯和石油系干洗剂 汽车修补 汽车修补涂料 家庭日化用品使用 家用驱虫剂、合成洗涤剂、洗发水、沐浴露、润肤护肤品、香水和空气清新剂

表 1 生活源VOCs排放源分类系统 Table 1 Classification of sources of volatile organic compounds from domestic sources

生活能源使用VOCs排放指居民家庭生活(炊事、取暖等)、住宿和餐饮等商业活动燃煤、燃气和生物质燃烧排放的VOCs.其他生活和第三产业VOCs排放是指各类子源在对应活动过程中的VOCs排放.其中, 建筑装饰指在房屋新建过程中, 各类建筑涂料与胶粘剂使用带来的VOCs排放, 建筑涂料包括内墙涂料、外墙涂料、防水涂料、防火涂料、地坪涂料和防腐涂料; 沥青道路铺装指道路铺装时沥青使用带来的VOCs排放.铺装过程涵盖了沥青混合料搅拌、运输、摊铺、压实和成型等工序; 餐饮油烟指家庭、食堂和社会餐饮行业食物烹饪过程带来的VOCs排放; 干洗指衣物等在干洗活动中, 四氯乙烯和石油系干洗剂使用带来的VOCs排放; 汽车修补指汽车修理过程中涂料及对应稀释剂等使用带来的VOCs排放; 家庭日化用品使用指各类家用驱虫剂、合成洗涤剂、洗发水、沐浴露、润肤护肤品、香水和空气清新剂使用过程带来的VOCs排放.

本研究采用排放系数法对中国生活源VOCs排放清单进行自上而下的估算.其中, 生活能源使用根据各类燃料消耗量结合排放系数核算各类燃料燃烧VOCs排放量; 其他生活和第三产业源根据房屋竣工面积、道路沥青消费量、汽车保有量和常住人口等, 结合排放系数核算建筑装饰、沥青道路铺装、汽车修补、餐饮油烟、干洗和家庭日化用品使用源VOCs排放量.

各类源VOCs排放量可通过下式进行估算:

式中, i为特定污染源; E为VOCs排放量; A_i为污染源i的活动水平数据, 如能源消耗量; EF_i为污染源i的排放系数.

排放系数是代表生活源单位消费水平VOCs排放强度的重要指标, 其准确性和代表性程度对于采用排系数法估算清单结果的准确性具有重要意义.本研究团队建立的“二污普”生活源VOCs排放系数体系——第二次全国污染源普查产排污系数手册(生活源)第三篇和第四篇^[22], 是当前相对系统和全面的生活源系数研究成果, 已应用于“二污普”生活源VOCs排放量核算.本研究在“二污普”生活源VOCs排放系数研究的基础上, 结合各类源活动水平公开可获取性情况, 对部分细分源排放系数进行了优化, 主要包括: ① “二污普”建筑装饰建立的VOCs排放系数不包括农村农户建筑涂料和胶粘剂使用VOCs排放, 研究采用笔者最新的建筑装饰研究成果^[23], 该成果涵盖了农村农户范围的建筑装饰VOCs排放; ②“二污普”沥青道路铺装建立了基于道路长度的VOCs排放系数, 即来自单位道路沥青消耗VOCs排放量与单位道路长度道路沥青使用量之积.由于道路长度公开活动水平数据获取的难度和时间滞后性, 本研究在“二污普”研究的基础上, 直接取用“二污普”基于道路沥青消费量的VOCs排放系数.基于道路沥青消费量的VOCs排放系数是通过4类主要道路沥青VOCs含量实测获取, 共实测石油沥青(17个)、改性沥青(12个)、乳化沥青(11个)和改性乳化沥青(8个)合计48个道路沥青样本, 根据各类道路沥青VOCs含量数据结合其市场占比权重综合估算单位道路沥青消费VOCs排放系数; ③对“二污普”未涉及的汽车修补源, 研究根据中国涂料工业协会提供的汽车修补涂料表观消费量(25万t)及目前汽车修补涂料施工状态下市场平均VOCs含量水平(700g·kg^-1), 施工状态: 在施工方式和条件满足相应产品技术说明书中的要求时, 产品所有组分混合后, 可以进行施工的状态.同时结合该源对应活动水平表征量的可获取性, 选取对应年份载客汽车保有量(18 469.53万辆)作为表征指标, 估算了基于载客汽车保有量的VOCs排放系数(0.95 kg·辆^-1).生活源VOCs排放系数汇总如表 2和表 3所示.其中, 餐饮油烟根据各地烹饪特点与人均食用油消费情况, 并结合地理区域、生活习惯、气候特点和经济发展水平, 将全国(不包含中国香港、澳门和台湾)划分为3个区域.此外, 居民生活和商业煤炭使用中由于获取的能源年鉴消耗量信息以原煤类型为主, 因此研究主要选取原煤系数作为煤炭使用的综合排放系数.

表 2 (Table 2)

表 2 生活源VOCs活动水平和排放系数 Table 2 Activity level and emission factor of volatile organic compounds from domestic sources 污染源类别 子类型 活动水平 排放系数 单位 文献 生活能源使用 居民生活和商业煤炭使用 无烟原煤 消耗量 1.5 kg·t-1 [22] 无烟型煤 消耗量 1.1 kg·t-1 烟煤原煤 消耗量 3.9 kg·t-1 烟煤型煤 消耗量 1.7 kg·t-1 城市燃气使用 液化石油气 消耗量 3.8 kg·t-1 天然气 消耗量 0.92 kg·(万m)-3 人工煤气 消耗量 4.6×10-3 kg·(万m)-3 农村家用生物质使用 薪柴 消耗量 1.9 kg·t-1 秸秆 消耗量 2.5 kg·t-1 其他生活和第三产业源 建筑装饰 建筑涂料 房屋竣工面积 1380 kg·(万m)-2 [23] 建筑胶粘剂 房屋竣工面积 765 kg·(万m)-2 沥青道路铺装 道路沥青 消耗量 18.7 kg·t-1 本研究 餐饮油烟 一区/二区/三区 常住人口 165/232/301 g·(人·a)-1 [22] 干洗 / 城镇人口 16.9 g·(人·a)-1 家庭日化用品使用 / 常住人口 188 g·(人·a)-1 汽车修补 / 载客汽车保有量 0.95 kg·辆-1 本研究

表 2 生活源VOCs活动水平和排放系数 Table 2 Activity level and emission factor of volatile organic compounds from domestic sources

表 3 (Table 3)

表 3 餐饮油烟排放系数区域的划分 Table 3 Geographical division of emission factor for cooking 序号 区域分类 包括的省、自治区和直辖市 1 一区 广东、广西、海南和福建 2 二区 河北、山西、内蒙古、安徽、山东、河南、贵州、云南、甘肃、青海和宁夏 3 三区 北京、天津、辽宁、吉林、黑龙江、上海、江苏、浙江、江西、湖北、湖南、重庆、四川、西藏、陕西和新疆

表 3 餐饮油烟排放系数区域的划分 Table 3 Geographical division of emission factor for cooking

生活源各类源活动水平信息如表 2所示.生活源中各类煤炭和燃气等能源消耗量、房屋竣工面积、常住人口、城镇人口和载客汽车保有量省级数据可直接来自于国家统计局数据库或各类统计年鉴(如“中国统计年鉴”和“中国能源统计年鉴”); 农村家用生物质使用量活动水平获取具有一定的难度; 与居民生活方式、生活水平等相关; 需要开展大量的入户调查; 因此目前尚缺乏官方统计调查数据, 无法从相关统计年鉴或公报等资料获取.针对该类排放源研究, 采用Tao等^{[24, 25]}的研究团队基于全国范围的居民生活能源抽样调查结果(1992~2012年和2017年), 获取对应年份的农村家用生物质薪柴和秸秆的消耗量, 研究假定各年份活动水平变化率相同, 其他年份活动水平通过年均各类家用生物质变化趋势进行估算获取; 本研究中沥青道路铺装全国道路沥青消耗量采用表观消费量(表观消费量=产量+进口量-出口量)进行表征, 由于省级层面道路沥青消费情况无法获取, 省级活动水平数据采用各省不同等级公路新增里程(来源于国家统计局数据库)及对应不同等级公路单位里程沥青消耗量综合权重占比情况进行分配.

2018年中国生活源VOCs排放量为2 518 kt.从两大排放源来看, 生活能源使用源和其他生活和第三产业源VOCs排放贡献分别为24.67%和75.33%.从第三级排放源来看(图 1), 建筑装饰(23.23%)、沥青道路铺装(18.66%)、餐饮油烟(14.70%)和农村家用生物质使用(12.63%)是贡献最大的4类源, 合计占生活源VOCs排放总量的69.22%.家庭日化用品使用和居民生活和商业煤炭使用贡献相当, 占比分别为10.43%和9.98%.此外, 汽车修补也有一定的贡献, 占比为7.75%.城市燃气使用和干洗VOCs贡献最小, 占比均小于3%.

图 1

Fig. 1

中国香港、澳门和台湾资料暂缺,下同 图 1 2018年中国生活源挥发性有机物排放污染源贡献情况 Fig. 1 Contribution of VOCs emissions from domestic sources in China in 2018

进一步对生活能细分子源VOCs排放情况进行探讨, 居民生活和商业煤炭使用中, 居民家庭生活和商业VOCs排放占比分别为46.04%和53.96%; 城市燃气使用中, VOCs排放主要来自液化石油气消耗, 占比为74.39%, 其次为天然气燃烧源, 占比为25.60%, 人工煤气贡献最小, 不足1%; 农村家用生物质使用中, 薪柴和秸秆使用VOCs贡献占比分别为68.31%和31.69%; 建筑装饰中, 建筑涂料与建筑胶粘剂使用VOCs排放贡献分别为64.34%和35.66%.

生活源VOCs分省排放贡献如图 2所示.从总排放情况来看, 山东、四川、河南、广东、江苏和河北是VOCs排放贡献最大的6个省份, 占比均超过5%, 6个省合计占生活源VOCs排放总量的36.01%.其中, 山东生活源VOCs排放居于首位, 主要来自建筑装饰、餐饮油烟和沥青道路铺装, 合计占该省生活源VOCs约60%.海南、天津和宁夏排放量贡献最小, 占比均不足1%, 合计占全国生活源VOCs排放量的2.66%.其余安徽、浙江和云南等22个省份, VOCs占比均在1%~5%范围, 合计占全国生活源VOCs排放量的61.33%.

图 2

Fig. 2

图 2 2018年中国生活源挥发性有机物分省排放情况 Fig. 2 Emissions of VOCs from domestic sources by provinces in China in 2018

各省生活源VOCs排放结构与人口数量、居民生活需求及方式等密切相关, 如生活源VOCs排放贡献前4个的省份, 集中在人口前4的大省, 分别是山东、四川、河南和广东; 2018年山东、江苏和浙江房屋建设需求量大, 依次为全国房屋竣工面积贡献前3个省份, 上述3个省是建筑装饰源VOCs贡献最大的省份, 合计占该源VOCs排放的26.75%; 公路建设作为国民经济建设的重要基础设施, 近几年全国公路总里程呈现快速增长态势, 2018年四川、重庆和贵州的四级及以上等级公路建设综合情况最为乐观, 依次为全国等级公路建设沥青表观消费量贡献前3个省份, 上述3个省是沥青道路铺装源VOCs贡献最大的省份, 合计占该源VOCs排放的20.46%; 餐饮油烟源VOCs排放贡献不仅与人口数量相关, 还与各地不同餐饮类型(家庭餐饮、社会餐饮和食堂餐饮)年人均食用油消耗量及单位食用油消耗VOCs排放情况等综合有关, 山东、河南和四川是该源贡献最大的省份, 合计占该源VOCs排放的22.77%; 生活煤炭及农村家用生物质使用主要与各地做饭和取暖方式及当地农作物结构等相关.总体上, 从各省生活源VOCs排放贡献前4来看, 与全国生活源贡献前4个污染源类似, 主要集中在建筑装饰、沥青道路铺装、餐饮油烟和农村家用生物质使用源.31个省份中, 约26%的省份生活源VOCs前4贡献源来源于这4类源, 如山东、四川和河南等, 其余省份前4个贡献源中, 至少有2类源属于这4类源, 如广东、江苏和河北等.

2010~2018年生活源VOCs排放情况如图 3所示, 生活源VOCs年排放量从2010年2 784 kt下降到2018年2 518 kt, 平均年下降率为1.23%. 2010~2018年期间, 中国生活源VOCs排放经历了两个阶段: 2010~2013年, 生活源VOCs年排放量逐年持续增长, 2015年排放量达到最大(2 821 kt).该阶段VOCs排放量年均增长率为0.43%, 对VOCs增长贡献较大的为建筑装饰、沥青道路铺装和汽车修补源, 主要与该阶段房屋建设和公路建设需求逐步扩大以及汽车保有量持续增长有关; 2013~2018年, 生活源VOCs年排放量逐年持续递减, 2018年排放量达到最低为2 518 kt.该阶段VOCs排放量年均下降率为2.23%, 对VOCs下降贡献较大的为农村家用生物质使用、居民生活和商业煤炭使用和建筑装饰源, 一方面与居民生活用能的清洁化, 以及北方地区大力推进清洁取暖使生活煤炭、生物质消耗逐步减少等有关, 另一方面与该阶段部分地区房屋建设逐步趋于饱和导致全国年房屋竣工面积减少有一定贡献.

图 3

Fig. 3

图 3 2010~2018年中国生活源挥发性有机物排放情况 Fig. 3 Emissions of VOCs from domestic sources by provinces in China from 2010 to 2018

清单编制过程中, 不确定性主要来自活动水平和排放系数两方面^[26~29].活动水平方面, 本研究活动水平主要来自国家统计局或相关统计年鉴, 不确定性相对较小; 沥青道路铺装源活动水平采用表观消费量表征, 同时省级数据通过其他参数进行分配, 具有一定的不确定性.排放系数方面, 本研究排放系数以“二污普”为基础, 对部分子源排放系数进行了优化.“二污普”排放系数基于当前生活排放水平和大量的样本实测, 并经过专家咨询和系数论证等, 不确定性相对较小.与此同时, 在生活源核算体系优化的基础上, 研究对部分源排放系数进行了优化, 因此, 本研究排放系数在全国层面具有一定的代表性.但是, 由于地域差异、生活习惯和经济发展水平等, 各地区生活源VOCs排放水平会存在一定差异, 实测样本难以全面兼顾, 从而给排放系数带来一定的不确定性.此外, 在估算2010~2018年生活源VOCs排放清单时, 研究假设生活源各类源VOCs排放系数不变, 同样给清单编制带来了一定的不确定性.

从2018年中国生活源VOCs排放重点源来看, 建筑装饰、沥青道路铺装、餐饮油烟和农村家用生物质使用是优先控制的子源, 其次是居民生活和商业煤炭使用和汽车修补排放源; 城市燃气使用和干洗贡献较小, 家庭日化用品使用虽有一定的贡献, 但目前减排潜力小且减排难度相对较大.基于重点污染源识别情况, 本研究对中国生活源VOCs控制提出以下建议.

一是全面深入推进其他生活和第三产业源VOCs综合治理.按建筑装饰相关行业最新VOCs含量限值标准, 严格控制建筑涂料与胶粘剂产品市场准入, 加强绿色建筑装饰材料使用市场引导和监督检查, 逐步淘汰溶剂型建筑涂料与胶粘剂的使用; 加快餐饮油烟大气污染物排放标准的修订, 加强餐饮油烟末端治理设施日常维护和稳定有效运行, 有序推进规模以上餐饮企业VOCs在线监测设备的安装, 鼓励重点地区开展餐饮油烟污染创新管理新模式探索与试点; 沥青道路铺装作为非传统VOCs污染源其VOCs排放量大, 然而目前国家关注度和重视度都尚欠缺, 需关注其VOCs排放, 逐步开展排放治理及相关政策标准的研究; 推进汽车修补水性、高固份等低VOCs含量涂料逐步替代溶剂型汽车修补漆, 加强喷涂和烘干废气有效收集和处理, 鼓励汽车修补喷涂开展集中式、节约化、环保型新模式探索和应用.

二是持续优化生活源城乡居民能源使用结构.生活能源使用中家用生物质和燃煤使用是VOCs排放的主要来源.一方面, 民用散煤治理仍是重点方向, 需进一步控制生活源煤炭消费总量, 持续加强清洁燃料替代, 扩大无煤区范围; 另一方面, 加强关注和重视农村家用生物质使用VOCs排放和减排研究, 逐步推进和扩大农村家用生物质管理和替代范围.总之, 坚持因地制宜、多措并举地推进生活能源污染治理, 持续加快能源清洁化利用.

(1) 2018年中国生活源VOCs排放量为2 518 kt.建筑装饰、沥青道路铺装、餐饮油烟和农村家用生物质使用是贡献最大的4类子源, 合计占比69.22%.家庭日化用品使用和居民生活和商业煤炭使用贡献相当, 占比分别为10.43%和9.98%.此外, 汽车修补也有一定的贡献, 占比为7.75%.

(2) 山东、四川、河南、广东、江苏和河北是VOCs排放贡献最大的6个省份, 合计占生活源VOCs排放总量的36.01%.各省生活源VOCs排放前4个贡献源与全国情况类似, 主要集中在建筑装饰、沥青道路铺装、餐饮油烟和农村家用生物质使用源.

(3) 2010~2018年期间, 中国生活源VOCs排放经历了两个阶段: 2010~2013年, 生活源VOCs年排放量逐年持续增长, 年均增长率为0.43%; 2013~2018年, 生活源VOCs年排放量逐年持续递减, 年均下降率为2.23%.

(4) 建议全面深入推进其他生活和第三产业源中建筑装饰、餐饮油烟和汽车修补综合治理, 同时关注沥青道路铺装VOCs排放和控制; 持续优化生活源能源使用结构, 因地制宜、多措并举地推进民用燃煤和家用生物质燃烧污染治理.