玉環(huán)市木制家具VOCs排放核定算法與優(yōu)化

章晶曉，吳遵義，陳林健，王 磊，謝曉威，鄭義平，李震巽

(1.臺(tái)州市生態(tài)環(huán)境局玉環(huán)分局，浙江 臺(tái)州 317600；2.浙江泰誠(chéng)環(huán)境科技有限公司，浙江 臺(tái)州 318000)

0 引 言

家具行業(yè)是玉環(huán)市重要的支柱行業(yè)之一，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展壯大，玉環(huán)市已成為華東地區(qū)最大的家具生產(chǎn)基地。與此同時(shí)，玉環(huán)市家具行業(yè)的VOCs排放也成為影響玉環(huán)大氣環(huán)境質(zhì)量的主要因素。

為推動(dòng)區(qū)域污染治理和減排、改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，玉環(huán)市早在2010年就開(kāi)始探索主要污染物排污權(quán)交易工作，利用排污權(quán)市場(chǎng)化激發(fā)排污企業(yè)在污染治理的內(nèi)生動(dòng)力，并取得初步成效。為進(jìn)一步深化排污權(quán)交易試點(diǎn)工作，持續(xù)推動(dòng)污染減排，2017年底玉環(huán)市申請(qǐng)省級(jí)排污權(quán)資產(chǎn)化試點(diǎn)并順利獲批，成為首批VOCs總量交易試點(diǎn)地區(qū)。隨著VOCs排污權(quán)交易量和家具行業(yè)治理水平的不斷提升，家具行業(yè)VOCs排放量以及區(qū)域VOCs排污權(quán)總量不明晰等問(wèn)題，在一定程度上限制了家具行業(yè)VOCs排污權(quán)交易工作的可持續(xù)發(fā)展。

為持續(xù)推進(jìn)VOCs排污權(quán)資產(chǎn)化省級(jí)試點(diǎn)工作，科學(xué)核定玉環(huán)家具行業(yè)VOCs排放量，本次研究工作在調(diào)查玉環(huán)市家具行業(yè)原料使用及廢氣污染治理情況基礎(chǔ)上，篩選11家典型木質(zhì)家具企業(yè)開(kāi)展VOCs廢氣監(jiān)測(cè)，對(duì)比分析多種核算方法下的產(chǎn)排量?jī)?yōu)劣勢(shì)，確定不同污染治理水平的最優(yōu)VOCs排放核定算法。

1 玉環(huán)市家具行業(yè)概況

玉環(huán)市木質(zhì)家具企業(yè)普遍規(guī)模較小，以手工生產(chǎn)為主。行業(yè)VOCs排放主要集中在涂裝和膠粘工藝(如圖1)，涂裝工藝通常需要經(jīng)歷底涂、面涂?jī)傻拦ば颍诿荛]的噴涂車間進(jìn)行，采用手工空氣噴涂方式。

2 材料與方法

2.1 調(diào)查企業(yè)的選取

本研究對(duì)玉環(huán)市11家木制家具廠進(jìn)行調(diào)查采樣，涉及VOCs的原輔料主要包括膠粘劑、各種油漆以及相應(yīng)的稀釋劑和固化劑，上述原輔材料中所含VOCs成分復(fù)雜，包含酯類、酮類、苯類等物質(zhì)，以苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等組分為主，調(diào)查企業(yè)基本情況如表1。

表1 調(diào)查企業(yè)基本情況

2.2 采樣方法

按照《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T 16157—1996)、《固定源廢氣監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 397—2007)、《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)等采樣方法及技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行。

2.3 VOCs監(jiān)測(cè)方法與儀器

苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙酸丁酯及乙酸乙酯按照《固定污染源廢氣 揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定 固相吸附-熱脫附/氣相色譜-質(zhì)譜法》(HJ 734—2014)進(jìn)行；非甲烷總烴按照《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測(cè)定 氣相色譜法》(HJ 38—2017)進(jìn)行。

氣相色譜儀GC-2018PLUS；氣相色譜儀GC9790。

3 結(jié)果與討論

3.1 行業(yè)數(shù)據(jù)分析

調(diào)查結(jié)果顯示，玉環(huán)市的家具行業(yè)企業(yè)主要集中在楚門鎮(zhèn)、清港鎮(zhèn)、玉城街道、沙門鎮(zhèn)和蘆蒲鎮(zhèn)。企業(yè)規(guī)模普遍偏小，其中微型企業(yè)占比39%、小型企業(yè)占比51%、中型企業(yè)占比10%。

家具行業(yè)中涉及VOCs排放的企業(yè)有98家，其中僅使用水性漆的企業(yè)為41家，其余57家企業(yè)為油性漆和水性漆兼用或僅使用油性漆。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，油性漆使用量為973.149噸，固化劑使用量為167.316噸，稀釋劑使用量為778.519噸，水性漆使用量為1 330.007噸。在全市涂料的使用及選擇上，油性漆占比59%，水性漆占比41%，可見(jiàn)油性漆使用占比略偏高，詳見(jiàn)表2。

表2 家具行業(yè)含VOCs物料使用情況Table 2 Usage of VOCs-containing materials in the furniture industry t

98家企業(yè)的VOCs治理情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3所示。從中可知玉環(huán)市木質(zhì)家具行業(yè)VOCs的配套治理設(shè)施安裝普及率在98%左右。企業(yè)普遍采用活性炭吸附、光催化等工藝或者其組合工藝，且處理對(duì)象以噴漆、晾干廢氣為主。

表3 家具行業(yè)有機(jī)廢氣處理情況

3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表4結(jié)果顯示，苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙酸乙酯、乙酸丁酯和非甲烷總烴均有檢測(cè)出，同時(shí)根據(jù)特征VOCs進(jìn)出口濃度、廢氣量及生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算對(duì)應(yīng)的削減量和處理效率，處理效率在75.0%～94.1%之間。利用物料衡算法(實(shí)測(cè)法)計(jì)算的產(chǎn)生量及削減量可得到相應(yīng)的排放量，排放量波動(dòng)較大，甚至有負(fù)值等情況。

表4 治理設(shè)施進(jìn)出口VOCs濃度監(jiān)測(cè)情況

續(xù)表

3.2 排放公式對(duì)比分析

本研究選取11家調(diào)查企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)同時(shí)采用物料衡算法(實(shí)測(cè)法)、物料衡算法(公式法)和產(chǎn)排污系數(shù)法3種核算方法進(jìn)行計(jì)算對(duì)比分析產(chǎn)生量和排放量結(jié)果情況，3種核算方法具體計(jì)算過(guò)程見(jiàn)公式(1)～(7)。

(1)物料衡算法(實(shí)測(cè)法)涉及以下公式：

E涂裝=E產(chǎn)生-C削減

(1)

E產(chǎn)生=E物料-W廢棄

(2)

C削減=∑D去除i

(3)

D去除,i=(C進(jìn)口,i-C出口,i)×Qi×ti

(4)

E涂裝：統(tǒng)計(jì)期內(nèi)VOCs排放量，kg；E產(chǎn)生：統(tǒng)計(jì)期內(nèi)VOCs產(chǎn)生量，kg；C削減：統(tǒng)計(jì)期內(nèi)VOCs削減量，kg；E物料：統(tǒng)計(jì)期內(nèi)使用物料中VOCs量之和，kg；W廢棄：統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，廢棄物中VOCs量之和，kg；廢棄物包括但不限于廢棄涂料、廢棄稀釋劑、廢棄固化劑等；本廢棄物不含漆渣，其VOCs量忽略不計(jì)；D去除,i：污染處理設(shè)施i的VOCs去除量，kg；C進(jìn)口,i：污染處理設(shè)備i進(jìn)口的VOCs排放濃度，kg·m-3；C出口,i：污染處理設(shè)備i出口的VOCs排放濃度，kg·m-3；Qi：污染處理設(shè)備i的煙氣量，m3·h-1；ti：核算期生產(chǎn)時(shí)間，小時(shí)。

(2)物料衡算法(公式法)涉及以下公式：

E涂裝=E產(chǎn)生-C削減

同(1)

E產(chǎn)生=E物料-W廢棄

同(2)

C削減=∑C削減,i

(5)

C削減,i=∑E產(chǎn)生,j×30%×α

(6)

E產(chǎn)生,j：統(tǒng)計(jì)期內(nèi)某排放環(huán)節(jié)j的VOCs產(chǎn)生量，kg，產(chǎn)生量是指通過(guò)集氣設(shè)施收集并接入末端治理設(shè)備的相應(yīng)環(huán)節(jié)VOCs產(chǎn)生量，未采用集氣設(shè)施收集處理的產(chǎn)生量不計(jì)入；α：調(diào)整系數(shù)，見(jiàn)表5。

(3)產(chǎn)排污系數(shù)法涉及以下公式：

E排=∑[P產(chǎn)×Mi(1―ηT×kT)]

(7)

E排：污染物產(chǎn)生量，kg×10-3；P產(chǎn)：核算環(huán)節(jié)某污染物對(duì)應(yīng)的產(chǎn)污系數(shù)，g·kg-1；Mi：核算環(huán)節(jié)i的原料總量，kg；ηT：核算環(huán)節(jié)i某污染物采用的末端治理技術(shù)的平均去除效率，%；kT：核算環(huán)節(jié)i某污染物采用的末端治理設(shè)施的實(shí)際運(yùn)行率，取值1。

根據(jù)3種核算方法和排放量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比及分析：①產(chǎn)排污計(jì)算法所得VOCs排放量普遍比其他兩種方法大，由于產(chǎn)排污系數(shù)法將VOCs廢氣產(chǎn)生及廢棄量均考慮在產(chǎn)污系數(shù)里，VOCs廢氣收集及處理情況均考慮在末端處理技術(shù)的處理效率里面，在全國(guó)企業(yè)基數(shù)下能夠反映區(qū)域性的情況，但針對(duì)某個(gè)小區(qū)域企業(yè)不具備針對(duì)性；②物料衡算法(實(shí)測(cè)法)計(jì)算的排放量波動(dòng)較大，數(shù)據(jù)存在過(guò)大或過(guò)小，甚至排放量為負(fù)值等情況，其原因主要由于實(shí)測(cè)法無(wú)法得知企業(yè)正常生產(chǎn)情況下車間有機(jī)廢氣的收集情況，因其無(wú)組織的排放量而存在很大的不確定性，僅依據(jù)實(shí)測(cè)法中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算存在相對(duì)較大的誤差(削減量誤差相對(duì)較大)；③物料衡算法(公式法)為純理論計(jì)算，但所得的VOCs產(chǎn)生量是通過(guò)實(shí)地考察并收集企業(yè)實(shí)際使用的油漆、固化劑等物料的溶劑含量計(jì)算得來(lái)，較產(chǎn)排污系數(shù)法更具有針對(duì)性；另外，物料衡算法(公式法)在削減量的核算時(shí)采用公式計(jì)算更有通用性和實(shí)操性。綜上對(duì)比和分析，物料衡算法(公式法)更適用于玉環(huán)市家具行業(yè)VOCs排放量的核定。

表6 3種核算方法下的11家企業(yè)VOCs排放量

本研究根據(jù)物料衡算法(公式法)計(jì)算得到的11組數(shù)據(jù)進(jìn)行整合優(yōu)化，得出玉環(huán)市家具行業(yè)VOCs排放量核算公式如下：

E排=∑i(Qi,油性+Qi,水性/10)×A×(1-0.3α)

式中：E排：玉環(huán)市全市VOCs排放量，t·a-1；Qi,油性：玉環(huán)市i企業(yè)的油性漆年使用量，t·a-1；Qi,水性：玉環(huán)市i企業(yè)的水性漆年使用量，t·a-1；A：產(chǎn)生系數(shù)，0.459；α：調(diào)整系數(shù)，見(jiàn)表5。

本研究對(duì)整合優(yōu)化后的公式進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)11家企業(yè)涉及VOCs原輔料使用及廢氣治理情況，采用整合優(yōu)化后的VOCs排放量核算公式進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)以物料衡算法(公式法)計(jì)算的數(shù)據(jù)作為VOCs實(shí)際排放量，通過(guò)對(duì)比VOCs公式計(jì)算排放量和實(shí)際排放量數(shù)據(jù)，以圖2表征整合優(yōu)化后的VOCs排放量核算公式的精度情況。

圖2 VOCs公式計(jì)算值與實(shí)際值偏離度Fig.2 The deviation between the calculated value and the actual value of VOCs

4 結(jié) 論

結(jié)合玉環(huán)市木質(zhì)家具行業(yè)現(xiàn)有原輔料和處理工藝，對(duì)物料衡算法(公式法)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化的核定方法為E排=∑i(Qi,油性+Qi,水性/10)×A×(1-0.3α)(優(yōu)化后的產(chǎn)生系數(shù)A=0.459)，更切合玉環(huán)市實(shí)際情況，可為玉環(huán)市木質(zhì)家具VOCs排放量核定依據(jù)。