汽車整車制造企業VOCs污染對大氣環境的影響及防治研究

任海濤

（北京現代汽車有限公司，北京 101300）

近年來，我國工業化水平穩步提升。隨著工業化生產需求的提高，其過程中產生的揮發性有機物（VOCs）對我國大氣環境造成了嚴重的影響。VOCs每年的排量均在上升，其可直接通過人體的呼吸道、消化道進入人的體內，引發眾多疾病。VOCs作為PM2.5與O3的前體物，近些年受到了學術界的關注與研究，北京曾在2015年至2017年征收VOCs排污費，最高每公斤40元，但因VOCs包含成多種揮發性有機化合物，且每種化合物對大氣產生的污染類別不同，無形中增加了其污染防治的難度，控制難度也相當大[1]。本文通過對汽車整車制造企業的廠區內不同車間排氣筒與附近部分敏感點進行走訪采樣，以此檢測VOCs的構成與對大氣造成的污染程度，進而提出防治措施，緩解汽車制造企業VOCs排放對大氣環境的污染，盡量排除或減少身體危害源。

1 材料與方法

1.1 采樣方案

本次研究選取某汽車整車制造企業為研究對象，根據其廠區內生產車間的生產工藝、排污等情況，按照相關標準與行業規范制定揮發性氣體（VOCs）采樣方案。該生產車間工廠位于北京市順義區楊鎮，設有沖壓車間、焊接車間、涂裝車間、總裝車間和發動機車間，總占地154萬m2，總產能33萬輛/年。

本次研究關注的對象分為2個部分，1為涂裝車間，2為發動機車間，1部分中有3個廠界點與3個主要排氣筒，2部分設有3個廠界點與8個排氣筒，敏感點3為圖中左下方標記處，具體如圖1所示。針對該汽車企業揮發性有機物（VOCs）的檢測，采樣日期選定為2021年12月11-13日，共計3日。時間段為每日上午9點-12點，下午2點-5點，上述時間段工廠正常生產。這3日平均氣溫為6～9℃，相對濕度為18%～25%，風向為東北風3級。采樣期間，考慮到華北地區在冬天多東北風，因此對應敏感區的位置，可推斷是受該企業影響。

圖1 某汽車制造企業廠區平面圖

1.2 材料與方法

本次進行揮發性氣體（VOCs）的采樣選取容積為3.2 L的硅烷化處理后的蘇瑪罐，采樣后的氣體當天帶回實驗室進行保存與分析，有效地避免VOCs成分的損失與反應[2]。具體處理與分析步驟為：第一步，將裝有VOCs的蘇瑪罐（圖2）進行80℃烘烤，每個蘇瑪罐需要烘烤3 min；第二步，進行清洗抽空至6.67 Pa，針對裝有環境中氣體樣品的蘇瑪罐清洗2次，而裝有排氣筒中氣體的蘇瑪罐需要清洗4次；第三步，為了降低排氣筒污染氣體的體積分數，需要將該氣體樣品進行倍數稀釋，而針對外部環境采用氣體不做稀釋；最后進行進樣分析，為了保證結果的有效性與準確性，需要進樣不同體積的氣體以降低污染物的體積分數。

圖2 蘇瑪罐

2 檢測結果分析

2.1 排氣筒氣體樣品結果分析

汽車制造企業廠區內1和2區域的1-8號為發動機車間機加工集塵排口，9-11為涂裝水性漆噴漆、油性漆噴漆、烤箱排口。通過3日的氣體采樣與檢測，對比DB11/1227—2015《汽車整車制造業（涂裝工序）大氣污染物排放標準》11個排氣筒污染源的揮發性氣體NMHC濃度均未出現異常值，具體結果可見表1。

表1 廠區內1和2區域排氣筒氣體濃度檢測結果

利用化學儀器分析法，即大氣預濃縮儀-氣相色譜-質譜的聯用法對通排氣筒氣體樣品的成分檢測，共檢測出54種VOCs物種，并發現該汽車制造廠區內11個排氣筒中的NMHC揮發性有機物的成分為芳香烴、鹵代烴、烷烴、烯烴、環烷烴、酮類、酯類、醚類、醇類、含硫化合物和含氧環化合物。

2.2 廠界點與敏感點氣體樣品檢測結果

檢測的廠界點與敏感點臭氣樣品最終結果與GB14554—93《惡臭污染物排放標準》標準值對比，具體可見表2。

由表2得知，按照排入GB3095—2012《環境空氣質量標準》中一類區的執行一級標準對比，6個廠界點與敏感點的臭氣濃度未見異常值，說明該廠區附近環境中的臭氣濃度達標。但是該數據的呈現不代表敏感區中的環境空氣不受影響，低濃度的臭氣也可能對人的身體以及大氣造成一定的危害。根據采樣日期的氣象可知，該汽車制造企業當日的主導風向為東北風，而敏感點恰恰處于廠區的東北方向，也就是敏感點位于下風口，必然會受到該廠區排放的揮發性有機物（VOCs）的影響，加之廠區內發動機廠區與涂裝車間排放的污染氣體疊加，是造成敏感點居民區大氣污染的重要原因之一。

表2 廠界點與敏感點氣體樣品的臭氣濃度檢測結果

3 揮發性有機物（VOCs）的產生及對大氣的影響

經過上述對汽車制造企業排放進行檢測，發現影響大氣質量的重要來源就是VOCs。近年來，汽車制造企業的產量大幅度提升，排放的VOCs也不斷增加，國家、地方也已經制定了相關標準對VOCs污染進行控制。對于汽車整車制造行業來講，排放的VOCs主要集中在涂裝車間與總裝車間[3]，如：電泳、涂膠、中涂噴涂、色漆噴涂、罩光漆噴涂、修補、注蠟、下線與檢測等各個階段均會產生揮發性氣體（VOCs），部分工廠仍有超標現象的發生。揮發性有機物（VOCs）是形成細顆粒物（PM2.5）、臭氧（O3）等二次污染物的重要前體物，進而引發灰霾、光化學煙霧等大氣環境問題，嚴重制約社會經濟的可持續發展，威脅人民群眾身體健康。

3.1 汽車涂裝過程VOCs的產生

上述分析中提到汽車制造企業產生的VOCs多是來自于涂裝，而經過實際調查發現，在該企業涂裝車間的VOCs的來源主要有兩種，一是原輔料中揮發的有機物，二是在烘干時產生的VOCs。電泳階段的VOCs來自于車身表面電泳漆中的溶劑揮發與烘干過程，雖然目前有相關溶劑使用量的規定與標準，但相應技術有待進一步提升。涂膠與噴漆階段，不同工藝VOCs的產生量與排放量不同（圖3），而油漆、稀釋劑、固化劑是VOCs的主要來源，曾有學者研究表明，汽車噴漆過程中大約70%～80%的VOCs在噴漆室揮發與排放，剩下的20%～30%在烘干爐排放[4]，因此可見在此過程中大部分的VOCs都沒有經過處理后排放，是造成VOCs大量排放的重要因素。注蠟階段，所用到的材料分為VOCs蠟與無VOCs蠟，而二者的成本有所不同，現如今大多企業為了追求成本效益最大化，選用含有VOCs的蠟，而后期烘干處理不完善，造成了大量的VOCs被直接和次直接排放。除了汽車涂裝工藝，另有修補與調漆、設備清潔等階段均有VOCs的排放。因此可見，VOCs的產生是多方面，并不是控制某一工藝階段所能解決的，其防治較為困難。

圖3 不同工藝VOCs的產生量（左圖）與排放量（右圖）

3.2 VOCs引起氣候變化與對霧霾的影響

與其他大氣污染氣體相比，VOCs具有自身的獨特性，其與氮氧化合物等在紫外線光照的作用下發生一系列光化學反應生成臭氧、二次氣溶膠等大氣污染物，引起大氣對流層臭氧和氣溶膠的增加。一方面臭氧是具有溫室效應的氣體，可引起氣候變暖，另一方面氣溶膠通過影響云的形成液滴尺寸與滯留時間，又能起到降溫作用，這一升一降似乎是抵消了。但是無論如何，VOCs的長期變化必定是間接引起氣候變化的重要因素之一。VOCs除了對氣候的影響，也是霧霾形成的一大幫手，現如今霧霾成了生活中司空見慣的一道“風景”，霧霾的主要來源是人為污染，其罪魁禍首則是細顆粒物PM2.5，這些細顆粒物由硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、黑碳以及有機化合物等多種化學成分組成，這些污染少部分來自于制造企業污染源的直接排放，而大部分則是來自于SO2、NOx、VOCs等化學氣體的大氣光化學轉化。而VOCs對霧霾的影響程度可從PM2.5中相當高比重的有機物看出來，而眾多有機物需要VOCs的幫助，一部分在排放后形成顆粒或氣溶膠，另外一部分就是VOCs的大氣光化學轉化產物，其中有很多VOCs在經過轉化后被轉化為不揮發有機物與半揮發有機物，進而形成二次氣溶膠[5]。VOCs作為大氣化學反應的“燃料”，通過形成臭氧等增加了大氣的氧化性，由此幫助二氧化硫等酸性氣體轉化形成硫酸鹽與硝酸鹽氣溶膠，從而促進霧霾的形成。

4 汽車制造企業VOCs污染防治全過程管理措施

4.1 構建全過程管理體系

工業涂裝作為VOCs排放的主要源頭之一，雖然現階段國家、地方層面與行業層面有明確的VOCs排放標準，但是隨著工業科技的發展，已有的標準是否能夠完全覆蓋所有排放過程暫且打上問號。但無論如何都應遵循全過程管理原則，從“源頭-過程-末端”進行考核指標的選取，不應僅僅按照傳統的管理模式只針對末端排放進行管控與評價[6]。因此，首先需要轉變思想，從頂端設計、原輔料選擇、生產過程VOCs收集與傳輸、治理設施運行監控等多方面考慮，針對涂裝的全過程進行管理監控指標的選取與標準的制定，改變以往傳統的管理模式，督促制造企業進行工藝和管理的改進與創新。其次應進一步增加關注原材輔料VOCs含量的限制標準，以及具體到某個單位產品或單位涂裝面積的VOCs排放限值（如北京地標DB11/1227—2015），并加以配合政策補貼等形式鼓勵企業采取多種組合式VOCs管理方式。最后需要對末端排放加強監管力度，應在確保該方案實施的可行性與有效性的同時，形成詳細的控制文件，各分管部門需重點關注管轄區域內汽車制造企業的VOCs排放量，進行定期乃至實時的檢測監控，以保證其排放濃度、排放量在限值以內，嚴格執行國家、地方與行業標準。

4.2 加強VOCs排放全過程監管

全過程管理體系強調全過程監管與監控。針對汽車制造排放VOCs，需要加強全過程監管與監督，首先基于因地制宜的思想，加強地方基層環保執法人員對監測裝備與監管能力的提升，進一步規范其執法監測工作，強化涂裝工業VOCs排放的日常監管。其次，一方面必須將VOCs排放納入重點排污單位的名單中，并形成必要性的文件[5]；另一方面針對重點企業與VOCs排放超標企業進行實時監控，投入對應的資金在VOCs排放口安裝實時監測設備，并制定相配套的標準規范要求企業對監測設備進行定期維保、更新等工作，以保證該設備的監測效率。逐步明確其監測指標，包括對原輔料、廢料中的VOCs成分的主要污染物與非甲烷總烴等因素，以保證監測結果的完整性。最后應實施全過程管理臺賬制度的實施，企業需要定期將每日進出的原輔料與廢料的VOCs含量寫入臺賬，并進行定期臺賬上報留存臺賬結果，相關人員進行抽查，并規定不得擅自修改臺賬，對于違法亂紀的行為，一經發現必須做出項目停產等嚴重懲罰。此外，還應要求相關企業單位必須在取得排污許可證的條件下進行汽車制造項目的開展，而申請許可證必須嚴格按照國家與地方相關政策與規定并切實執行證后管理，對于國家、地方與行業標準更新，以及企業內部發生的各種變更導致的各種變化，企業應及時對排污許可證相關內容進行修訂更新并上報主管部門。

5 結束語

環保生態環保形勢日益嚴峻，VOCs的管理要求更是愈加嚴格。汽車制造作為我國工業發展的重要支柱產業之一，在提升產量與創新水平的基礎上必須堅持“綠水青山就是金山銀山”的重要思想，從全過程精細化管理思想出發，嚴格執行國家對VOCs的管理要求，從加大對涂裝所使用的原輔料研發力度，將其中的VOCs含量降到最低，提升對生產過程中VOCs的控制，細致精準的末端治理管控等方面入手，為大氣污染防治貢獻力量。