环境科学  2026, Vol. 47 Issue (10): 6599-6609   PDF    
中国挥发性化学品使用源全挥发区间有机物排放时空演变特征
梁小明1, 叶代启2, 王巾帼3, 季军宏4, 齐祥昭5, 甘禄铜6, 严刚1, 陈来国1     
1. 生态环境部华南环境科学研究所广东省水与大气污染防治重点实验室,广州 510655;
2. 华南理工大学环境与能源学院,广州 510006;
3. 广州市环境技术中心,广州 510235;
4. 中海油常州涂料化工研究院有限公司,常州 213016;
5. 中国涂料工业协会,北京 100079;
6. 中国胶粘剂和胶粘带工业协会,北京 100020
摘要: 以现阶段国内外重点关注的挥发性化学品(VCP)使用源全挥发区间有机物(FVOC)排放为对象,建立了系统的中国VCP使用源四级分类系统和FVOC排放核算方法体系,构建了2000~2020年中国VCP使用源FVOC排放清单,揭示了其FVOC排放时空演变特征,并对VCP控制提出了方向性的对策建议. 结果表明,2000~2020年中国VCP使用源FVOC排放呈现先上升后下降的趋势,2018年达到峰值. 2020年FVOC排放量为809.6万t,相对2000年增长了359%,主要与日益增长的市场消费需求和缺乏有效的FVOC综合治理措施有关. 涂料、农药和黏合剂是FVOC贡献较大的VCP类别,贡献率分别24%~61%,8%~34%和14%~18%. 2000~2020年涂料、油墨、黏合剂和农药FVOC排放均呈现先上升后下降的趋势(峰值出现年份不同),沥青和日用消费品FVOC排放整体呈现上升的趋势. 从三级排放源看,通用防腐涂料、凹版印刷油墨、建筑和室内装饰装修、除草剂、建筑常温应用沥青和空气清洗剂分别是涂料、油墨、黏合剂、农药、沥青和日用消费品FVOC排放贡献最大的化学品. 2000~2020年,VCP使用源空间FVOC平均排放强度随时间逐渐增加,2020年排放强度约为2000年的4.6倍,VCP使用源FVOC排放空间分布随时间变化较集中,主要分布在长三角地区,珠三角地区、山东、四川、湖南和湖北地区等. 2020年江苏、山东、湖北、浙江和广东是贡献最大的5个省域,合计贡献率46.8%. 建议试行重点贡献VCP产品全面监管替代监督抽查,实行VCP“生产-流通-使用”全环节产品源头监管,以及将I/SVOC指标逐步纳入VCP管控标准.
关键词: 挥发性化学品(VCP)      全挥发区间有机物(FVOC)      排放清单      时空特征      控制对策     
Spatiotemporal Characteristics of Full-volatility Organic Compound (FVOC) Emissions from Volatile Chemical Product (VCP) Use Sources in China
LIANG Xiao-ming1 , YE Dai-qi2 , WANG Jin-guo3 , JI Jun-hong4 , QI Xiang-zhao5 , GAN Lu-tong6 , YAN Gang1 , CHEN Lai-guo1     
1. Guangdong Provincial Key Laboratory of Water and Air Pollution Control, South China Institute of Environmental Science, Ministry of Ecology and Environment, Guangzhou 510655, China;
2. School of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China;
3. Guangzhou Environmental Technology Center, Guangzhou 510235, China;
4. CNOOC Changzhou Paint & Coatings Industry Research Institute Co., Ltd., Changzhou 213016, China;
5. China National Coatings Industry Association, Beijing 100079, China;
6. China Adhesives and Tape Industry Association, Beijing 100020, China
Abstract: This study established a systematic four-tier classification system for volatile chemical product (VCP) use sources in China and developed a comprehensive full-volatility organic compound (FVOC) emission accounting methodology, focusing on FVOC emissions across the entire volatility range from VCP use sources. Based on this framework, a detailed FVOC emission inventory for Chinese VCP use sources from 2000 to 2020 was constructed, revealing spatiotemporal characteristics and proposing directional countermeasures and suggestions. The results indicated that China's FVOC emissions from VCP use sources exhibited an initial increase followed by a decrease from 2000 to 2020. Emissions rose continuously from 2000 to 2018, peaking in 2018 before declining. By 2020, FVOC emissions reached 8 096 kt, representing a 359% increase compared to 2000 levels. Paints, pesticides, and adhesives were the major contributing VCP categories, accounting for 24%-61%, 8%-34%, and 14%-18% of total emissions, respectively. While FVOC emissions from paints, inks, adhesives, and pesticides showed trends of initial increase followed by decrease (with varying peak years), emissions from asphalt and consumer products demonstrated continuous growth. At the tertiary source level, general anti-corrosion paints, Gravure printing inks, architectural and interior decoration, herbicides, architectural asphalt (ambient application), and air fresheners were the VCP types that contributed the most to FVOC emission respectively. Spatially, the average FVOC emission intensity from VCP use sources gradually increased from 2000 to 2020, reaching approximately 4.6 times the 2000 level by 2020. Emissions exhibited a concentrated geographical distribution over time, primarily located in the Yangtze River Delta, Pearl River Delta, Shandong, Sichuan, Hunan, and Hubei regions. In 2020, Jiangsu, Shandong, Hubei, Zhejiang, and Guangdong were the top five contributing provinces, collectively accounting for 46.8% of total emissions. This study proposes a three-tiered regulatory optimization framework for volatile chemical products (VCPs): ① replacement of conventional sampling-based supervision with comprehensive monitoring systems for critical VCP commodities; ② implementation of source-to-end lifecycle regulation spanning production, distribution, and utilization phases; and ③ systematic integration of I/SVOC metrics into evolving VCP regulatory benchmarks.
Key words: volatile chemical product (VCP)      full-volatility organic compound (FVOC)      emission inventory      spatiotemporal characteristics      control recommendations     

挥发性化学品(VCP)包括涂料、油墨、黏合剂、杀虫剂、清洁剂和个人护理产品等溶剂产品,其使用过程会带来大量有机物的排放,包括挥发性有机物(VOCs,饱和蒸气质量浓度 > 3×106 μg·m-3)、中等挥发性有机物(IVOCs,饱和蒸气质量浓度为300~3×106 μg·m-3)和半挥发性有机物(SVOCs,饱和蒸气质量浓度为0.3~300 μg·m-3)[1,2],本研究将上述有机物统称为全挥发区间有机物(FVOC). 在美国和欧洲,随着交通源FVOC排放的迅速下降,VCP源已成为FVOC排放的最大贡献源[3~5]. 在中国,随着能源结构的优化和对车辆排放的控制,VCP使用源也逐渐成为FVOC排放的最大来源,2019年其FVOC排放贡献率约36.8%[1,2]. VCP使用源FVOC排放已成为现阶段国内外关注的热点与重点.

以往关于VCP使用源的排放研究绝大多数聚焦于VOCs排放[6~14],然而,近期研究表明VCP使用源的I/SVOCs(IVOCs+SVOCs)排放贡献也不容小觑[1,2,4,15~17]. 作为二次有机气溶胶(SOA)形成的重要前体物,I/SVOCs相比VOCs具有更高的SOA生成潜势[18,19]. 部分学者对特定VCP使用源的FVOC排放特征开展了相关研究,McDonald等[4]基于美国加州空气资源委员会(CARB)的消费品有机物源成分谱调查数据[20],探讨了涂料、油墨和黏合剂等I/SVOCs相对VOCs的质量分数及其化学组分特征,同时估算了美国洛杉矶VCPs源的排放清单及对SOA的生成贡献. Tanzer-Gruener等[17]和Stockwell等[21]通过质子转移反应飞行时间质谱(PTR-ToF-MS)阐明了不同建筑涂料类别VOCs和I/SVOCs的动态排放特征,完善了美国建筑涂料使用源FVOC排放的基础数据库. Liang等[22]同样通过环境仓模拟结合TD-GC×GC-ToF-MS和Vocus PTR-TOF在线离线分析技术探讨了工业涂料源VOCs和IVOCs排放特征,为中国工业涂料FVOC排放和SOA贡献评估提供了基础数据.

然而,上述研究主要为国外相关排放情况或聚焦于特定VCPs释放过程的FVOC排放特征,鲜见研究对中国VCP使用源整体的FVOC排放清单进行报道. Mo等[12]基于物料衡算法建立了2000~2017年中国VCP使用源FVOC排放清单,然而,该清单各类VCP的VOCs排放系数均基于相关产品的标准限值估算,给清单结果带来极大不确定性. Chang等[1]和Zheng等[2]建立的2005~2019年中国人为源FVOC排放清单中涵盖了VCP使用源,然而,一方面,在污染源分类系统方面,该清单细分类别较粗且部分重要VCP类别缺失,如涂料仅划分为建筑涂料和工业涂料,沥青源作为FVOC重点排放源缺失;另一方面,在排放系数方面,各类VCP的VOCs排放系数同样参考相关标准限值. 因此,现阶段中国VCP使用源整体的FVOC排放情况及时空演变特征尚未被很好理解.

鉴于此,本项目开展中国挥发性化学品使用源FVOC时空演变特征研究,基于实用性、全面性和重要性原则,建立系统的中国VCP使用源分类系统和FVOC排放核算方法体系,构建2000~2020年中国VCP使用源FVOC排放清单,揭示其FVOC排放时空演变特征,识别关键贡献化学品类别和地区,最后对VCP使用源控制提出了方向性的对策建议. 本研究结果对于拓展污染源SOA的来源认识和支撑VCPs源精准减排具有重要的意义.

1 材料与方法 1.1 VCP使用源分类系统

排放源分类系统对于准确表征污染源排放特征具有重要意义,是源清单建立的基础. 本研究在建立源分类系统时主要遵循以下几个原则:一是实用性,源分类系统总体尽可能与生态环境部等主管部门日常监管源项分类、政策制定分类等保持一致,便于为后续科学、精准治污和减排提供有力支撑;二是全面性,源分类系统中涉及的子行业应尽可能涵盖所有涉及VOCs排放的来源;三是重要性,对于VOCs排放贡献大的污染源不能遗漏,同时需深入考虑生产工艺和技术水平等不同带来的差异,而对于VOCs排放贡献小的污染源则可粗略合并. 如表 1所示,中国VCP使用源分类系统为四级分类系统,其中第一级为挥发性化学品类别,包括了涂料、油墨、黏合剂、农药、沥青和日用消费品合计六大化学品类别;第二级为产品宏观应用领域,主要涉及建筑、消费、工业、农业和道路等应用领域;第三级为产品细分应用领域,为产品具体的应用场景;第四级为产品分散体系或排放环节等,涵盖了水性、溶剂型、反应固化型、本体性等分散体系. 该VCP使用源分类系统共涵盖了合计96项子排放源,是现阶段最系统和精细化的VCP使用源分类系统.

表 1 中国VCP使用源分类系统和FVOC、VOCs和I/SVOCs产生系数1) Table 1 Source classification system and FVOC, VOCs, and I/SVOCs emission factors of VCP use source for China

1.2 FVOC排放核算方法 1.2.1 排放量核算方法

VCP使用源FVOC排放量估算采用排放系数法结合其分散体系和全过程控制情况估算获取,具体如下:

F V O C y = A D y × E F y (1)
E F y = E F S × ( 1 - R P E , y ) (2)

式中,y表示年份;FVOC表示挥发性化学品的FVOC排放;AD表示活动数据,即各类VCP消耗量;EF表示FVOC控制后的排放系数;EFS表示VCP的FVOC产生系数,即单位VCP原料使用产生的FVOC排放量;RPE表示FVOC综合去除率.

1.2.2 活动水平

本研究活动水平数据为各类VCP的表观消费量(表观消费量=产量+进口量-出口量),主要可从各类化学品对应的行业协会获取. 获取的各类化学品的表观消费量通常为国家层面的宏观数据,研究选取合适的分配系数将国家级活动水平信息分配至各省. 本研究根据各类VCP细分应用领域或行业特点及数据可获取性等确定省级分配系数如下,涂料消费量省级分配指标包括房屋竣工面积、家具产量、汽车产量、船舶产量、集装箱产量、炼油、化工生产专用设备产量等;油墨消费量省级分配指标为包装印刷业产值;黏合剂消费量省级分配指标包括房屋竣工面积、制鞋产量、家具产量、汽车产量和包装印刷业产值等;农药消费量省级分配指标农药使用量;沥青消费量省级分配指标包括等级公路新增里程和房屋竣工面积;日用消费品省级分配指标为常住人口. 上述省级分配指标数据主要来自国家统计局. 各类VCP活动水平的具体来源如下:

2000~2020年涂料总消耗量及各类涂料细分领域占比情况主要来自中国涂料工业协会. 2000~2020年油墨消费量主要来自中国油墨协会,各类印刷油墨市场占比来自团队前期研究成果[10]. 2000~2020年黏合剂消费量及其各大应用领域占比情况主要来自中国胶粘剂和胶粘带工业协会. 2000~2020年农药使用总量历年统计数据直接来自《中国统计年鉴》(2000~2020)“农业”版块的“农药使用量”,细分农药类别使用量根据调研获取的我国农药产量结构占比进行分配. 2000~2020年沥青消耗量及道路和建筑市场比例主要来自相关研究成果[29~31]. 各类沥青市场占比根据团队前期实地调研和专家咨询获取. 2000~2020年日用消费品活动水平与其他VCP使用源不同,采用常住人口作为活动水平数据来进行核算,人口数据直接来自国家统计局数据库.

1.2.3 排放系数

排放系数是代表行业单位生产能力或单位消费水平FVOC排放强度的重要指标,其准确性和匹配度对于清单结果的准确性具有重要意义.

(1)FVOC产生系数

E F S , i , j = W V O C , i , j × V F V O C , i , j + W S / I V O C , i , j × V F S / I V O C , i , j (3)
W S / I V O C , i , j = f S / I V O C , i , j f V O C , i , j × W V O C , i , j (4)

式中,i表示不同VCP类别;j表示不同的分散体系,包括溶剂型、水性和其他; W V O C 和 W S / I V O C 分别表示VCP的VOCs和I/SVOCs含量水平; V F V O C 和 V F S / I V O C 分别表示VOCs和I/SVOCs的挥发分数; f S / I V O C f V O C 表示VCP中的I/SVOCs与VOCs含量比例系数. 本研究化学品I/SVOCs与VOCs含量比例系数,以及挥发分数VFVOC,i和VFS/IVOC,i主要来自McDonald等[4]研究成果.

各类VCP的VOCs产生系数主要来自团队前期积累的大量实测数据研究成果,涵盖了涂料、油墨、黏合剂和日用消费品等,对于无实测数据的VCP产生系数,本研究分别采用产品相关标准限值、文献数据或指南推荐值等. 各类VCP的VOCs产生系数来源详见表 1. 在VOCs产生系数建立的基础上,结合公式(3)和公式(4)FVOC产生系数估算方法,核算获取了各类VCP不同细分类别和分散体系的FVOC和I/SVOCs产生系数(表 1).

(2)FVOC综合去除率

R P E , y = ∑ i [ ζ y , i × η y , i × θ y , i ] (5)

式中,ζ、η和θ均表示污染物去除缓解参数,其中,ζ表示处理设施的有效覆盖率(%);η表示废气的平均收集效率(%);θ表示处理设施对收集废气的综合去除率(%).

VCP使用源FVOC排放按照治理情况可以分为两大类:一类为建筑类和生活类等化学品,如建筑涂料、建筑黏合剂、农药和日用化学品等,该部分化学品使用产生的FVOC通常以无组织直接逸散至大气;另一类为在企业生产过程中使用的化学品,该部分化学品产生的FVOC可通过设置废气收集和治理设施减排后排放至空气. 可治理的VCP类别主要包括:工业涂料中的木器涂料、汽车涂料、钢结构涂料、工程机械涂料、船舶涂料、集装箱涂料、电子元器件3C涂料、油墨以及工业黏合剂的使用等.

根据公式(5)FVOC综合处理效率主要涉及3个重要参数,包括ζ处理设施的有效覆盖率(%),η废气的平均收集效率(%),以及θ处理设施对收集废气的综合去除率(%). 如图 1所示,其中,2000~2017年VCP废气治理设施有效覆盖率和治理设施平均去除率参考Mo等[12]研究成果,2018~2020年参数本研究根据对应年份国家相关政策和标准的出台情况,假设“十三五”收官之年2020年废气治理设施有效覆盖率从2017年的70%提高至90%,治理设施平均去除率从2017年的30%提高至60%,其余年份数据采用插值处理. 此外,Mo等[12]研究成果尚未考虑废气收集效率,本研究根据挥发性化学品使用源使用企业废气排放和收集特征,其中废气排放主要包括喷涂、印刷或黏合等低浓度大风量环节,以及对应的烘干高浓度环节,两大环节废气收集方式参考《广东省工业源挥发性有机物减排量核算方法(2023年修订版)》[32]中经验收集效率,分别为30%和90%,本研究统一取两大环节平均收集效率60%为挥发性化学品使用的污染物综合去除率. 2000~2020年综合处理相关参数情况如图 1所示.

图 1 2000~2020年中国VCP使用源治理设施覆盖率、平均去除率和污染物综合去除率 Fig. 1 Coverage rate, average removal rate, and comprehensive removal rate of control facilities of VCP use source in China from 2000 to 2020

2 结果与讨论 2.1 VCP使用源FVOC排放时间演变特征

2000~2020年我国VCP使用源FVOC年排放量估算如图 2所示,FVOC排放在2000~2018年呈持续上升趋势,年均增长率为9.1%,2018年达到峰值(832.2万t)后开始下降. 2019年FVOC排放量开始出现下降趋势,主要原因为该年FVOC综合减排量(70.0万t)超过其由于活动水平增长带来的FVOC产生增量(21.8万t),是活动水平增长量减少和FVOC综合去除效率提高的双重作用. 2000年FVOC总排放量为176.4万t,2020年增长了359%,达到809.6万t,主要与日益增长的市场消费需求和缺乏有效的行业FVOC综合治理措施有关. 2020年FVOC排放中,I/SVOCs的排放量在VCP使用源总FVOC排放量的贡献率为11%,其余为VOCs.

图 2 2000~2020年中国挥发性化学品使用源FVOC排放时间演变特征 Fig. 2 Temporal characteristics of FVOC emissions from VCP use sources in China from 2000 to 2020

如图 3所示,从2000~2020年各类VCP对FVOC排放贡献变化看,涂料源FVOC贡献率持续增大,农药源和日用消费品源FVOC排放贡献呈现显著地减少趋势,油墨、黏合剂和沥青源FVOC排放贡献则相对稳定. 从贡献大小看,总体上,涂料源、农药源和黏合剂源是贡献最大的VCP类别,贡献率分别为24%~61%、8%~34%和14%~18%. 从2000~2020年时间贡献大小演变特征看,除2000~2003年份外,涂料源始终是贡献最大的排放源,贡献率33%~61%;2000~2003年,农药源是VCP使用源中FVOC贡献最大的类别,贡献率29%~34%;2004~2010年,农药源排放贡献仅次于涂料源,贡献率17%~26%,且其贡献持续减少,主要与农药使用量逐年减少密切相关;2010年以后,黏合剂超过农药源成为FVOC贡献第二的化学品,贡献率15%~18%;其余化学品贡献相对较小,2000~2020年其他VCP使用源FVOC排放贡献分别为油墨5%~8%,沥青4%~8%、日用消费品3%~14%.

图 3 2000~2020年中国挥发性化学品使用源FVOC排放贡献时间特征 Fig. 3 Temporal characteristics of FVOC emission contribution from VCP use sources in China from 2000 to 2020

2.2 VCP子源FVOC排放时间演变特征

2000~2020年各类VCP子源FVOC排放时间演变特征如图 4所示,2000~2020年涂料源FVOC排放呈现先上升后下降的趋势,2000~2018年呈现上升趋势,2018年排放达到峰值后开始下降. 涂料FVOC排放从2000年43.3万t增长至2020年491.3万t,增长了约10倍. 从涂料源二级排放源看,2000~2020年建筑涂料和工业涂料分别贡献了涂料FVOC排放总量的13%~15%和85%~87%,尽管建筑涂料消费量占涂料总消费量30%~40%,但由于大多数建筑涂料如墙面涂料基本实现水性化,导致其FVOC排放总量贡献显著减少. 从三级排放源看,通用防腐涂料始终是FVOC排放贡献最大的子源,贡献率30%~36%,尽管其消费量仅占涂料消费总量10%~15%,但由于其主要为高FVOC含量的溶剂型类别,因此导致其排放贡献大大增加.

图 4 2000~2020年挥发性化学品使用源子源FVOC排放时间演变特征 Fig. 4 Temporal characteristics of FVOC emissions from sub-sources of VCP use in China from 2000 to 2020

2000~2020年油墨源FVOC排放呈现先增长后缓慢下降的趋势,2000~2014年油墨FVOC排放呈现上升趋势,2014年达到峰值后开始缓慢下降. 总体上,油墨FVOC排放从2000年的15.5万t,增长至2020年的40.6万t,增长了约1.6倍. 从三级排放源看,2000~2020年油墨FVOC排放贡献最大的始终为凹版印刷油墨的使用,贡献率75%~80%.

2000~2020年黏合剂源FVOC排放呈现先上升后下降的趋势,2000~2018年呈现上升趋势,2018年达到峰值后开始下降. 黏合剂FVOC排放从2000年24.9万t增长至2020年123.8万t,增长了约4倍. 从二级排放源看,2000~2020年建筑黏合剂和工业黏合剂分别贡献了黏合剂FVOC排放总量的26%~33%和67%~74%. 从三级排放源看,2000~2020年建筑和室内装饰装修、包装、木工和家具始终是贡献最大的前三应用领域,贡献率分别为26%~33%、22%~26%和18%~23%.

2000~2020年农药源FVOC排放趋势呈现先上升后下降的趋势,2000~2013年呈现上升趋势,2013年农药FVOC排放达到峰值后开始下降. 农药FVOC排放从2000年60.1万t增长至2013年84.9万t,后下降至2020年61.7万t,基本恢复到2000年排放水平,主要与农药使用量先增长后减少有关. 从三级排放源看,2000~2020年农药FVOC排放贡献最大的始终为除草剂源,贡献率约40%~45%.

2000~2020年沥青源FVOC排放趋势呈现波动性上升趋势,从2000年7.4万t增长至2020年64.2万t,增长了约7.7倍. 从二级排放源看,2000~2020年道路沥青和建筑沥青分别贡献了沥青FVOC排放总量的50%~67%和33%~50%. 从三级排放源看,2000~2020年建筑常温应用沥青、道路石油沥青和道路改性沥青始终是沥青源贡献最大的三级排放源,贡献率分别为32%~47%、27%~36%和18%~24%. 其中道路石油沥青和道路改性沥青贡献大主要与其消耗量大有关,建筑常温应用沥青贡献大最主要的原因为其FVOC排放系数显著大于道路沥青.

2000~2020年日用消费品FVOC排放趋势呈现缓慢上升趋势,从2000年25.1万t增长至2020年28.0万t. 从三级排放源看,2000~2020年空气清新剂和化妆品是FVOC排放贡献最大的日用消费品,贡献率分别为40%~45%和21%~25%.

2.3 VCP使用源FVOC排放空间演变特征

以2000年,2010年和2020年为对象,分析挥发性化学品使用源FVOC排放省际空间演变特征,如图 5所示,VCP使用源空间FVOC排放强度颜色变化从2000~2020年依次加深,31个省域(中国台湾、香港和澳门资料暂缺)年均FVOC排放从2000年5.7万t提升至2010年16.0万t,最后增加至2020年26.1万t,2020年排放强度约为2000年的4.6倍. VCP使用源FVOC排放空间分布随时间变化比较集中,主要分布在长三角地区,珠三角地区、山东、四川、湖南和湖北地区等.

地图基于自然资源部标准地图服务网站 GS(2024)0650 号标准地图制作,底图无修改 图 5 2000、2010和2020年中国挥发性化学品使用源 FVOC 空间演变特征 Fig. 5 Spatial characteristics of FVOC emissions from VCP use sources in China for 2000,2010,and 2020

2020年中国VCP使用源FVOC分省排放特征如图 6所示,江苏、山东、湖北、浙江和广东是贡献最大的5个省域,贡献率均超过8%,合计贡献率46.8%. 贵州、内蒙古、海南、宁夏、西藏和青海这6个省域贡献较少,贡献率均小于1%,合计贡献率2.7%. 河南、四川、福建和河北等其余20个省域的FVOC贡献率在1%~7%之间,合计贡献率50.5%. 各省域不同化学品FVOC贡献具有一定差异,总体上,除重庆、新疆、贵州、海南、西藏和青海外,其余省域涂料均是FVOC排放贡献最大的化学品,重庆、新疆、贵州和西藏四省域FVOC贡献最大的化学品均为沥青源,海南FVOC贡献最大的化学品为农药源,青海FVOC排放贡献中油墨和黏合剂持平. 各省域不同化学品FVOC贡献结构差异与其产业结构、经济发展水平和人口等因素有关. 例如,广东省珠三角印刷业基础雄厚,是我国三大印刷产业带之一,其印刷业的发展水平和市场规模在全国处于领先地位,享有“印在广东”的美誉,因此,广东省是油墨使用FVOC排放贡献最大的省域,贡献率约20.0%. 山东省和河南省是我国农业总产值最大的两个省域,其农药使用FVOC排放也是贡献最大的省域,贡献率分别为8.7%和7.8%,湖南省农药使用FVOC排放贡献第三(7.7%),其农业总产值排名全国第九,说明各省农药使用还与种植面积、种植结构等因素密切相关.

图 6 2020年中国挥发性化学品使用源FVOC排放省级分布特征 Fig. 6 Provincial characteristics of FVOC emissions from VCP use sources in China in 2020

2.4 排放清单对比

本研究选取了清华大学相关研究成果[33]和北京大学相关研究成果[34~36]以及其他具有代表性研究成果[12]作为对比,中国VCP使用源FVOC排放清单对比情况如图 7所示. 总体上,本研究估算结果介于其他研究结果之间. 具体的,2000~2010年排放情况与Sun等[36]排放趋势和排放值均较为接近,2010年以后排放量明显高于该研究. 一方面,从污染源涵盖范围看,Sun等[36]所建立的溶剂使用源分类系统未包括工业通用防腐涂料、黏合剂和建筑沥青等化学品源;污染源分类系统精细化程度也相对较粗,如本研究关于印刷油墨包括了平版油墨、凹版油墨、柔版油墨和其他这4类,而Sun等[36]仅仅将印刷油墨分为传统油墨和新型油墨两类. 另一方面,从污染物排放系数看,本研究涵盖了VOCs和I/SVOCs总排放,而Sun等[36]研究结果仅包含了VOCs;排放系数选取上也有较大差别,本研究排放系数绝大多数来自团队近年来实测数据,而Sun等[36]研究排放系数主要来自国外或早期的标准限值. 2000~2004年本研究估算结果与Mo等[12]排放量结果较为接近,2005年开始,排放量显著低于该研究. 从细分化学品排放对比看,其主要差异在于个人护理品FVOC排放,以2017年为准,本研究估算结果为28.0万t,而Mo等[12]估算结果为215万t,约为本研究的0.7倍. 估算方法不同是日用消费品FVOC排放差异最大的原因,本研究采用了广泛应用的基于人口数据和人均排放量方法进行估算[33~36],而Mo等[12]采用了个人护理用品的消费额、出口价格和产品中溶剂的含量进行估算. 总体上,本研究中国VCP使用源FVOC排放清单是基于系统精细化的污染源分类系统和大量实测的排放系数等建立的,可较好地反映2000~2020年中国VCP使用源FVOC排放的时空演变特征.

图 7 中国挥发性化学品使用源FVOC排放量对比 Fig. 7 Comparison of FVOC emissions from VCP use sources in China

2.5 不确定性分析

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[37,38].活动水平方面,本研究各大类VCP消费量为表观消费量,来自对应行业协会、相关研究成果或国家统计局,各细分类别VCP消费量主要根据行业协会掌握的相关情况、经验数据或调研等获取,省级活动水平的估算上主要采取排放源相关分配系数进行估算,具有一定不确定性. 排放系数方面,本研究基于大量VCP实测数据,结合少量标准限值和文献结果构建了VOC产生系数,相对现有研究主要基于VCP相关VOC标准限值,本研究系数不确定性相对较小;但在I/SVOC产生系数方面,由于目前国内尚缺少相关基于产品源头的I/SVOC含量测试数据,本研究主要参考国外相关成果;进一步的,基于现有VCP产生系数有限的可获取性现状,在估算2000~2020年VCP使用源FVOC排放清单时,与现有其他研究一样[7,12,33,34],假设VCP使用源各排放子源FVOC产生系数不变;在VCP使用源FVOC综合治理相关参数方面,本研究主要参考相关文献基于典型地区的综合研究成果进行估算. 上述排放系数估算方法均是排放清单不确定性的重要来源.

2.6 对策建议

一是试行重点贡献VCP产品全面监管替代监督抽查. 现阶段我国挥发性化学品使用源VOC源头管控主要由各级市场监督管理部门通过产品质量监督抽查进行管控. 由于不全面的抽查机制,导致市场VOC含量不合规化学品的持续存在[39,40]. 因此,建议在重点贡献的VCP产品VOCs含量管控方面试行全面监管模式,例如,可通过要求生产企业或使用企业按年度提交所有相关产品合规的佐证材料. 该监管模式已在美国、欧盟和中国香港地区广泛成熟应用. 挥发性化学品使用源FVOC历史贡献显示,涂料源是贡献最大的VCP类别,2000~2020年贡献率为24%~61%,且贡献率呈现持续增长趋势,是管控的首要VCP类别. 涂料源中,通用防腐涂料始终是FVOC排放贡献最大的子源,贡献率30%~36%,是涂料源中重点关注的细分涂料类别. 建议可先将通用防腐涂料作为全面监管的试点化学品类别.

二是实行VCP“生产-流通-使用”全环节产品源头监管. 现有国家标准主要对生产和销售环节的VCP产品VOC含量进行抽检管控,而对于销售、进口以及使用环节的VCP管控尚缺乏有效的标准法规约束,导致不合规VCP产品的市场流通. 2017年,京津冀联合发布首个区域联合环保标准《建筑类涂料与胶粘剂挥发性有机化合物含量限值标准》,首次规定了对化学品从生产、销售、使用全环节监管的要求. 该标准实施以来,通过强化各环节抽检,推动了不合规建筑涂料与胶粘剂退出市场,有力推动了VOCs源头减排. 为了减少市场不合格化学品的流通,建议实行VCP“生产-流通-使用”全环节产品监管模式,促进VCP使用源头VOC的有效减排.

三是将I/SVOC指标逐步纳入VCP管控标准. 现阶段,我国VCP有害物质限值标准主要覆盖了涂料、油墨和黏合剂三大化学品类别,综合管控对象主要为VOC指标. 近年来,I/SVOC等新污染物对人体健康和生态环境的危害已经引起全球的广泛关注,2025年5月30日,市场监管总局(国家标准委)发布了《涂料中有害物质限量第1部分:建筑涂料》(GB 30981.1‐2025)[41]和《涂料中有害物质限量第2部分:工业涂料》(GB 30981.2‐2025)[42],上述标准在以往VOC指标的基础上,将SVOC(标准中称“半挥发性有机物”)指标纳入,推动了我国强制性国家标准提升到国际领先水平. 为了系统全面控制化学品中有害物质,推动我国化学品绿色可持续发展,建议在制修订和完善VCP有害物质标准体系的同时,将I/SVOC指标逐步纳入管控.

3 结论

(1)2000~2020年中国VCP使用源FVOC排放呈现先上升后下降的趋势,2000~2018年呈持续上升趋势,2018年达到峰值后开始下降. 2000年FVOC排放量为176.4万t,2020年为809.6万t,相对2000年增长了359%. 涂料、农药和黏合剂是FVOC贡献较大的化学品类别,贡献率分别24%~61%,8%~34%和14%~18%.

(2)2000~2020年涂料FVOC排放呈现先上升后下降的趋势,2018年达到峰值,通用防腐涂料是贡献最大的类别,贡献率30%~36%;油墨FVOC排放呈现先增长后缓慢下降的趋势,2014年达到峰值,凹版印刷油墨始终是贡献最大的类别,贡献率75%~80%;黏合剂FVOC排放呈现先上升后下降的趋势,2018年达到峰值,建筑和室内装饰装修、包装、木工和家具始终是贡献最大的前三应用领域,贡献率分别为26%~33%、22%~26%和18%~23%;农药FVOC排放呈现先上升后下降的趋势,2013年达到峰值,除草剂始终是贡献最大的类别,贡献率约40%~45%;沥青源FVOC排放趋势呈现波动性上升趋势,建筑常温应用沥青、道路石油沥青贡献相对较大,贡献率分别为32%~47%、27%~36%;日用消费品FVOC排放趋势呈现缓慢上升趋势,空气清新剂和化妆品贡献较大的类别,贡献率分别为40%~45%和21%~25%.

(3)2000~2020年,VCP使用源空间FVOC排放强度颜色变化依次加深,31个省年均FVOC排放从2000年5.7万t增加至2020年26.1万t,2020年排放强度约为2000年的4.6倍. VCP使用源FVOC排放空间分布随时间变化比较集中,主要分布在长三角地区,珠三角地区、山东、四川、湖南和湖北地区等. 2020年江苏、山东、湖北、浙江和广东是贡献最大的5个省域,合计贡献率46.8%.

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