云南省汽車維修業維修過程揮發性有機物排放現狀及預測研究

鄧 鑫，趙桂英，于站良，包 云

(云南省生態環境科學研究院，云南 昆明 650034)

0 引言

云南省地處中低緯高原地區，較平原地區接收到更多紫外輻射，有利于臭氧的產生[1]。近年來云南省空氣優良天數比率穩中有增，2019年云南省空氣質量輕度污染天氣發生105d，中度污染8d，其中以臭氧為首要污染物的超標天數64d，占超標天數的56.63%[2]。全省空氣污染由煤煙型污染轉化為以顆粒物和臭氧為特征的復合型污染[3]。揮發性有機物(VOCs)是對流層中臭氧(O3)和二次有機氣溶膠(SOA)的重要前體物[4]。

VOCs來源廣泛，主要分為自然源及人為源，其中人為源主要包括工業源、農業源、交通源和生活源4類[5]。汽車維修業VOCs排放是生活源VOCs排放中重要部分，且由于其分布分散、通常位于居民區，造成關于汽修廠異味投訴較多。據云南省國民經濟和社會發展統計公報，從2014年到2018年底，全省民用汽車保有量從431.98萬輛增長至678.91萬輛，呈逐年增加的趨勢，汽車保有量的快速增長，使得云南省汽車維修業也快速發展。汽車維修涂裝過程中涉及油墨、清洗劑、稀釋劑等大量含VOCs原輔材料的使用，有機溶劑極易揮發到環境中，造成大氣環境污染同時危害人體健康[6,7]。

我國于2014年發布《大氣揮發性有機物源排放清單編制技術指南(試行)》文件，對VOCs源清單編制進行相關指導，相關學者相繼開展VOCs排放清單編制工作。目前，我國學者多以區域為研究對象，采用排放因子法對工業源VOCs排放量、空間分布特征進行研究[8-11]，對生活源VOCs排放量核算鮮有涉及。

本研究對云南省2314戶汽車維修企業進行調查，調查了各企業有機原輔材料使用情況、VOCs含量及末端治理設施等，同時獲取了云南省汽修企業的活動水平、行業產值、本土排放因子等數據，以期獲得較為準確和可靠的云南省汽修行業VOCs排放量。在對汽車保有量及汽車行業產值進行預測的基礎上，利用情景預測法預測政策模式下云南省汽修企業VOCs排放趨勢，旨在為云南省汽車維修業VOCs減排、合理選擇排放控制技術及后續地方標準的制定提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 研究對象

據云南省交通運輸廳數據，全省汽車維修企業共22486戶。其中，一類汽車維修企業286戶，二類汽車維修企業2141戶，三類汽車維修企業20059戶[12]。本次研究調查了全省共計2314戶汽車維修企業，其中，一類汽車維修企業131戶，二類汽車維修企業444戶，三類汽車維修企業1739戶。

1.2 排放量估算數據來源

本研究中所使用的排放量估算數據主要通過以下幾種方式獲得：①通過行業協會調研獲得數據；②對云南省2314戶汽車維修企業調研獲得數據；③官方網絡所公布統計年鑒的統計信息。

1.3 排放量估算方法

汽車維修行業VOCs排放主要來源于含VOCs原輔材料使用。采用排放因子法計算云南省汽車維修業VOCs排放量，計算公式如式(1)所示。

E=EF*P*A*(1-η)

(1)

式中：E為VOCs排放量，t/a；EF為有機原輔料排放系數，kg/t，通過對典型企業調研估算獲得；P為云南省年維修汽車次數，次/a，數據來自云南省交通運輸廳；A為臺次汽車維修VOCs原輔材料消耗量，kg/次，通過對企業調研估算獲?。沪菫槲廴究刂萍夹g對VOCs的去除效率。

通過調研得知，云南省汽車維修業90%以上的企業采用在烤漆房中安裝過濾棉來進行VOCs廢氣治理，其余企業采用化學吸收法、活性炭吸附法(存在活性炭吸附裝置及活性炭更換記錄臺賬)、活性炭吸附冷凝法、光催化氧化等，估算云南省汽車維修業末端治理效率約為12.5%。

EF=Σs(C*Qs)

(2)

式中：EF為有機原輔料排放系數，kg/t，C為某原輔材料中VOCs的平均質量濃度，kg/t；s為含VOCs原輔材料種類；Qs為該原輔材料所占比例，%。

2 云南省汽車維修業VOCs排放現狀

2.1 調研汽車維修企業VOCs排放情況

本研究對云南省131戶一類汽車維修企業，444戶二類汽車維修企業，1739戶三類汽車維修企業進行了實地調研。調研內容包括各類含VOCs原輔材料使用量、各類原輔材料VOCs含量、涉VOCs使用過程末端治理設施的安裝率、去除率。云南省2314家汽車維修企業原輔材料使用情況及VOCs含量信息如表1所示。

根據式(2)計算典型企業VOCs排放因子及排放量，2314家調研汽車維修企業中列舉10家典型汽車維修企業排放因子及排放量，結果如表2所示。

使用SPSS進行Pearson相關性分析，發現汽修企業產值與企業排放因子呈顯著負相關，汽修企業產值與原輔料使用總量呈顯著正相關(P<0.05)，說明隨著企業產值規模增加，企業除含VOCs原輔材料使用量顯著增加，在環保投入上也有所增加，導致企業排放因子降低。

由云南省調研企業排放因子、排放量及表2得知，云南省各企業間排放因子有顯著差異，主要原因為原輔材料使用類型配比及末端處理技術不同。整體而言，云南省汽車維修企業水性輔料使用量占比低，末端治理技術普遍采用過濾棉吸附，調研中三類汽車維修企業未出現水性原輔材料使用，末端處理技術均為過濾棉吸附。相同原輔材料使用及末端治理技術企業，其排放因子法區別主要取決于原輔材料使用配比，稀釋劑使用量增加將導致排放因子增加。

表1 云南省汽車維修調研企業含VOCs原輔材料概況

表2 云南省汽車維修典型企業VOCs排放因子及排放量

2.2 云南省汽車維修業VOCs排放總量估算

根據相關研究及企業調研，云南省汽車維修企業水性原輔料使用占比約3%，VOCs質量分數為11.6%。溶劑型原輔料使用占比約97%，因維修過程中原輔料配比不同，使用溶劑型原輔料其VOCs質量分數60%～75%。2314家汽車維修企業VOCs排放量約為2797.10t，調研企業原輔材料使用量約6024.13t。調研企業合計維修汽車404.78萬次，每次維修含VOCs原輔材料消耗量為1.49kg。

據國民經濟和社會發展統計公報，2018年云南省汽車保有量為678.91萬輛，推算云南省汽車年維修次數為848.84萬次。在云南省汽車維修業，次維修消耗1.49kg原輔材料基礎上，推算汽車維修業有機原輔材料消耗量約為12647.71t。據式(1)計算得出云南省汽車維修業VOCs排放量約為7198.35t。

3 云南省汽車維修業VOCs情景預測分析

3.1 情景預測模型

針對未來云南省汽車維修行業VOCs排放提出無控模式及政策模式兩種預測。無控模式下云南省汽車維修業含VOCs原輔材料使用類型及品質不進行優化，末端廢氣治理設施不進行要求。政策模式下云南省汽修行業水性、粉末等低VOCs原輔材料使用比例能達到歐美發達國家20世紀末期水平，使用占比30%，一類、二類汽修企業安裝VOCs去除率75%以上的高效有機廢氣末端治理設施。

無控模式下云南省汽車維修行業含VOCs原輔材料消耗量預測公式如式(3)所示：

Ay=Qy*A2018/Q2018

(3)

式中：Ay為年份y的云南省汽車維修業含VOCs原輔材料消耗量，t；Qy為年份y的云南省汽修業車輛維修次數，次；A2018為2018年云南省汽車維修業含VOCs原輔材料消耗量，t；Q2018為2018年云南省汽修業車輛維修次數，次。

Qy為云南省民用汽車保有量與汽車維修行業產值的關聯函數，由最小二乘法回歸模型模擬。未來某年云南省民用汽車保有量通過二次多元回歸方程對近11年數據進行擬合獲得，擬合結果如圖1所示。圖1中圓圈是2008—2018年云南省民用汽車實際保有量數據[13]。圖1中三角形是依據2008—2018年數據進行擬合分析后，對2008—2033年云南省民用汽車保有量的估算數據。由圖1可見，估算數值與實際數據基本吻合。

3.2 模式模擬

3.2.1 無控模式

2018年云南省汽車維修業每次維修含VOCs原輔材料消耗量為1.49kg。若以當前狀況發展下去，無控模式下，云南省汽車維修行業VOCs排放量將在2020年上升至8718.93t，在2025年上升至13140.73t。2026年云南省汽車維修行業VOCs排放量將達到14131.64t，是2018年排放量的近兩倍。

3.2.2 政策模式

政策模式下，云南省汽車維修行業VOCs排放因子為266.33kg/t。在云南省汽車維修行業萬元產值對應的原輔材料消耗量不變前提下，政策模式下2020年云南省汽車維修行業VOCs排放量為4031.78t，2025年VOCs排放量6076.50。相對于無控模式，VOCs減排率為53.76%。

3.3 不確定性分析

云南省汽車維修企業VOCs排放量的不確定性主要來自于活動水平及排放因子不確定性兩個方面：

(1)研究中VOCs排放因子、次維修對應的含VOCs原輔材料消耗量等數據來自于現場調研，汽車保有量數據來自于統計年鑒，年維修車輛次數來自于據汽車保有量的推算。采用的現場調研汽修企業均涉及鈑金維修及噴涂業務，而全省部分汽車維修企業僅進行汽車美容等VOCs排放量小的業務。調研企業的不夠全面可能導致次維修對應的含VOCs原輔材料消耗量數據偏高，從而導致推算出的云南省汽車維修行業VOCs排放量偏高。

(2)研究中VOCs排放因子來源于樣本調查，因為原輔材料使用類型配比及末端處理技術不同將導致同類企業排放因子波動范圍大，本研究雖做了大量現場調研依然難以保證得出的排放因子具有足夠代表性，從而增加了研究結果的不確定性。

4 結論

(1)2314家調研汽車維修企業原輔材料使用量約6024.13t，VOCs排放量約為2797.10t，次維修對應的含VOCs原輔材料消耗量為1.49kg/次。在此基礎上推算2018年云南省汽車維修業有機原輔材料消耗量約為12647.71t，VOCs排放量約為7198.35t。

(2)在不采取進一步控制措施的無控模式下，到2026年云南省汽車維修行業VOCs排放量達到14131.64t，是2018年排放量的近兩倍。優化涉VOCs原輔材料使用類型及品質，提升末端治理措施效率的政策模式，相對于無控模式VOCs排放減排率為53.76%。

(3)實地調查發現，云南省汽車維修行業呈分布廣、集中度低、規模化企業占比少、清洗及涂裝流程中稀釋劑使用過多、末端治理技術普遍采用過濾棉吸附VOCs、高效凈化技術應用率低的特點。

(4)優化涉VOCs原輔材料使用類型及品質；提升末端治理措施效率；科學涉VOCs原輔材料使用配比，減少高VOCs含量的原輔材料稀釋劑的使用：均可有效降低云南省汽車維修行業VOCs排放量。長遠來看，優化涉VOCs原輔材料使用類型及品質是控制云南省汽車維修行業VOCs減排的最佳選擇。