防水建筑材料制造業全過程清潔生產整治提升方案設計

王瑞晨 婁立峰 黨春閣 林雨琛 范光宇 李子秀#

(1.中國環境科學研究院清潔生產與循環經濟研究中心,國家環境保護生態工業重點實驗室,北京 100012;2.中北大學化學工程與技術學院,山西 太原 030051;3.貴州茅臺股份有限公司,貴州 遵義 564501;4.北京首創大氣環境科技股份有限公司,北京 100176)

防水建筑材料制造業與我國基礎設施建設和房地產的發展緊密相關,在發展經濟、改善人民生活水平、解決就業等方面發揮著重要作用。但是,目前我國防水建筑材料制造業整體呈現行業市場規模大,龍頭企業稀少,中小企業甚至家庭作坊式企業數量眾多的局面,普遍存在污染物無組織排放、環境管理不規范等問題[1]。在當前打贏“污染防治攻堅戰”、不斷推進實現“碳達峰、碳中和”目標的政策背景下,防水建筑材料制造業的清潔生產水平亟待提升。針對單個企業逐一進行環境診斷和升級改造,不僅在很大程度上造成了人力財力的浪費,也對行業整體水平的提升收效甚微。因此,本研究對我國防水建筑材料制造業發展現狀進行了總結,重點梳理了各類防水建筑材料的生產企業存在的關鍵共性問題,進而對防水建筑材料制造業全過程清潔生產整治提升方案進行設計,并分析難點,給出建議。

1 我國防水建筑材料制造業發展現狀

隨著我國基礎設施建設不斷加強,防水建筑材料制造業近年一直保持著快速發展態勢。據不完全統計,目前我國防水建筑材料生產企業有4 000余家,具有建筑防水施工資質的企業有12 589家,行業市場規模在2 500億元以上[2]。防水建筑材料制造業產品主要包括瀝青類防水卷材、高分子類防水卷材和防水涂料等[3]。

據中國建筑防水協會統計,2021年全國防水建筑材料產量合計約為40.92億m2,較上年增長8.41%。其中,瀝青類防水卷材(包括改性瀝青類和自黏橡膠瀝青類防水卷材)占59.65%,高分子類防水卷材占9.92%,防水涂料占25.94%,新型防水建筑材料占4.04%,玻纖胎瀝青瓦等其他防水建筑材料占0.45%。

另據中國建筑防水協會對2016—2021年的統計數據顯示,防水建筑材料制造業規模以上企業數量受新冠疫情影響在2019—2020年有所下降,但總體呈持續增長態勢(見圖1)。行業前10家企業的產品市場占有率從2015年的15%到2020年已上升至25%,行業集中度雖有提高,但整個行業主要由中小企業構成的特征仍然明顯。

圖1 2016—2021年中國防水建筑材料制造業規模以上企業數量Fig.1 The number of enterprises above designated size in Chinese waterproof building materials manufacturing from 2016 to 2021

2 主要防水建筑材料生產工藝與產排污分析

不同防水建筑材料生產工藝排放的特征污染物不同。高分子類防水卷材和防水涂料在生產過程中不產生瀝青煙,車間內粉塵和懸浮顆粒物較少,環保壓力相對較小。瀝青類防水卷材生產過程中產生的瀝青煙含有萘、菲、酚、咔唑、吡啶、吡咯、吲哚、茚等100多種化合物,其中數十種對人體具有遺傳毒性、致突變性和致癌性,特別是其中的苯并芘具有強致癌作用[4-6]。以下是主要防水建筑材料生產工藝的產排污節點分析。

2.1 瀝青類防水卷材

瀝青類防水卷材生產工藝分為有胎卷材和無胎卷材兩種生產路線[7-8]。其中主要的產排污情況包括:使用燃氣導熱油爐加熱產生含SO2和氮氧化物的廢氣;原料瀝青卸料、攪拌配料、浸油涂布、對輥成型、覆膜等過程容易有瀝青煙、粉塵和揮發性有機物(VOCs)等的無組織排放(見圖2)。另外,瀝青改性時溫度高達240～260 ℃,超過瀝青的閃點溫度,具有安全隱患,需要特別注意。

圖2 瀝青類防水卷材生產工藝及產排污節點Fig.2 The production process and pollution discharge node of bituminous waterproof rolling materials

2.2 高分子類防水卷材

高分子類防水卷材是以合成樹脂、合成橡膠或者兩者共混體系為原料,加入一定量助劑和填料經過塑煉、混煉、壓延或擠出成型、硫化、冷卻定型等主要工藝制成的片狀可卷曲防水材料[9-10],其常規生產工藝及產排污節點如圖3所示。其中,聚氯乙烯(PVC)等塑料類防水卷材生產過程中的特征污染物為粉塵和VOCs,粉塵主要產生于物料輸送、投加及助劑應用過程,少量聚合物單體和低聚物在加熱條件下也會從物料中逸散。橡膠類防水卷材在生產過程中塑煉、混煉工序多為敞開式,在高溫條件下物料容易解離出微量單體和有害分解物,主要是烷烴和烯烴的衍生物[11]。

圖3 高分子類防水卷材常規生產工藝及產排污節點Fig.3 The production process and pollution discharge node of common polymer waterproof rolling materials

2.3 防水涂料

防水涂料生產工藝基本都采用密封的反應釜,主要產排污節點在物料投放、反應、放料口灌裝等環節。如人工投放物料會導致粉塵和VOCs排放;反應釜內物料在加熱條件下反應,部分工藝所需負壓環境,都會導致部分VOCs和粉塵隨反應釜頂端的抽氣管道排出。放料口灌裝環節多采用快速分裝工藝,液料從出料口流出至包裝桶這一過程中會有低濃度VOCs排放。

3 防水建筑材料制造業全過程清潔生產整治提升方案設計

3.1 方案設計思路

以促進行業綠色可持續發展、改善區域大氣環境、逐步實現防水建筑材料制造企業清潔生產為目標,通過資料收集、檢測分析、專家研討等方式,提出具有行業特色的全過程清潔生產整治提升方案,詳細技術路線見圖4。

圖4 方案設計技術路線Fig.4 The technology roadmap of the program design

3.2 全過程清潔生產整治提升方案要求

3.2.1 合規性與源頭管理

合規性方面,企業應嚴格遵循國家相關法規做好環境影響評價和“三同時”驗收工作,依法辦理排污許可證書,并按照規定種類和排放量合規排放污染物。源頭管理方面,由于原材料帶入的污染物不僅會直接影響產品質量還會伴隨至整個產品的生產和使用過程,因此企業需要重點管控。

以目前產量最多、環保壓力最大的瀝青類防水卷材生產為例,原料選用高標準石油瀝青可以減少軟化劑的加入,在降低加熱溫度和生產能耗的同時也可以減少瀝青煙的產生,還可以提高產品耐久度。目前常被企業用作軟化劑的廢機油通常成分復雜,含有大量多氯聯苯、多環芳烴及重金屬等有毒有害物質,會對人體健康造成危害[12]。再如,廢橡膠粉中所含的硫化物是防水建筑材料生產和使用過程中臭氣的主要來源,可以使用熱塑性彈性體(SBS)和無規聚丙烯(APP)改性劑替代廢橡膠粉,同時可以降低瀝青改性時的加熱溫度,減少煙氣排放[13-14]。

防水建筑材料制造業合規性與源頭控制具體要求歸納在表1中。

表1 合規性與源頭控制要求Table 1 The requirements for compliance and source control

3.2.2 物料儲存和使用管理要求

目前,企業在物料儲存、運輸和裝卸過程中普遍采取粗放式管理。物料及產品露天堆放、儲運管理混亂等不合規行為造成了粉塵和VOCs排放。所以在物料儲運和使用中應保持管路密閉,對污染物實現全過程封閉式回收,VOCs廢氣用管道集中收集到末端處理系統,回收的粉料可回用,即使對于無法實現密閉的環節企業也應加強現場管理。

防水建筑材料制造業物料儲存和使用管理具體要求歸納在表2中。

表2 物料儲存和使用管理要求Table 2 The requirements for material storage and use management

3.2.3 生產過程管理要求

防水建筑材料制造企業在生產過程中普遍存在攪拌罐投料手工投放、成型工段封閉程度不一、覆膜撒砂工序收集效率較低等容易造成粉塵逸散和無組織排放的問題。對此,建議生產線采用全密閉、自動化技術,有效把控產品質量和環境監測。配料可引入液下快速分散投料技術,以提高改性瀝青分散融化效率和配料安全性,避免由于粉料揮灑帶來的粉塵污染。物料研磨可采用高剪切分散機替代傳統研磨機,高剪切分散機基于剪切原理對物料進行粉碎和混合,效果好且能耗低,能大幅度提高改性瀝青成品料的細膩度,可有效解決改性瀝青類防水卷材表面質量問題[15]。對配料罐、浸油槽等污染物產排節點必須按照相關國標要求進行密封并配備集氣裝置,以削減生產過程中的污染物無組織排放[16-18]。

防水建筑材料制造業生產過程管理具體要求歸納在表3中。

表3 生產過程管理要求Table 3 The requirements for production process management

3.2.4 末端治理管理要求

防水建筑材料生產過程中危害大、污染重的污染物主要是瀝青煙和VOCs。目前多數企業采用噴淋塔水洗、填料或活性炭吸附等低效凈化工藝,處理效果不好。少數企業采用電捕焦油塔和紫外(UV)光解凈化器組合工藝,但存在維護難度大、運行成本高的問題,且UV光解廢燈管屬于危險廢棄物。另有蓄熱式燃燒處理工藝,通過陶瓷蓄熱體儲存高溫煙氣的熱量,用于預熱需要處理的廢氣,也存在建設投資較大、能耗較高的問題,僅適用于處理大流量的VOCs廢氣[19]。

末端治理需要遵循污染物分類治理的原則,應選用高效低耗的先進設備,將瀝青煙和VOCs根據產排污節點進行分類收集和處理。推薦采用霧化噴淋和電捕焦油塔凈化瀝青煙,處理后瀝青煙可降至20 mg/m3以下,處理效率達97%以上[20]。VOCs的處理建議選用超重力旋轉填料床凈化工藝,此工藝利用旋轉產生的強大離心力強化氣液兩相的傳質過程[21],與傳統填料塔相比,傳質系數可以提高1～3個數量級,同時還具有氣相壓降低、占地面積小、開停車方便、建設和運維成本低等優點。 此外,企業應注重管網設計,根據廢氣的組成、濃度、處理量等參數選擇適宜風量的風機,收集處理過程應保持管路和設施密閉。

防水建筑材料制造業末端治理管理具體要求歸納在表4中。

表4 末端治理管理要求Table 4 The requirements for end treatment management

3.2.5 其他要求

防水建筑材料制造企業現場環境、環境管理制度、臺賬資料、環境監測、分表計電、安全管理和應急管理等其他要求歸納在表5中。

表5 其他要求Table 5 The requirements for others

4 促進防水建筑材料制造業全過程清潔生產整治提升的難點與建議

4.1 在產業聚集地區推廣全過程提升方案

目前,防水建筑材料制造業在我國正處于高速發展時期,產業規模變大但集中度不足。建議選取一批產業聚集區域內具有代表性和影響力的企業推行全過程整治提升方案,培育、樹立行業標桿企業,引領周邊企業逐步實現轉型升級。同時,加強政策引導,淘汰規模偏小、環保水平較低的家庭作坊式企業,減輕區域環境治理壓力。鼓勵工藝不齊整、設備較落后的小微企業間橫向聯合,打造閉環產業鏈,加快生產工藝改造和技術升級?？筛鶕^域發展規劃,在防水建筑材料制造企業較集中的地區實施園區化管理,園區整體依照全過程整治提升方案進行設計,構建起源頭削減、過程控制、末端治理相結合的精細化生產模式,優化產業結構,助力區域經濟高質量發展[24]。

4.2 加快防水建筑材料制造行業規范體系建設

受房地產市場快速擴張以及行業監管缺失等因素影響,我國防水建筑材料制造業發展模式粗放,環境管理不規范問題突出。對此,建議相關部門引領行業協會盡快制定新的行業準入標準,并出臺國家層面的《防水建筑材料制造業清潔生產評價指標體系》《防水建筑材料制造業污染防治可行技術指南》等技術支撐文件,從政府層面對防水建筑材料制造企業產能擴大、污染防治等方面進行技術指導。同時強化環保監督管理機制,環保監察部門不定期對轄區內防水建筑材料制造企業開展廢氣監督性檢測。鼓勵企業配備便攜式大氣污染物快速檢測設備,及時了解自身排污狀況。通過構建完備的行業規范體系,聯合執法部門加強市場監管,以規范市場經營秩序、提升全產業鏈質量、促進行業持續走綠色發展道路。

4.3 探索防水建筑材料制造業減污降碳路徑

隨著國家“雙碳”戰略的推進和“產業升級與綠色低碳相融合”理念的不斷深入,未來防水建筑材料制造業需要從原輔材料和能源、生產過程、產品使用和回收等方面進行優化,從源頭削減污染物和溫室氣體,努力探索行業的減污降碳協同發展路徑[25]。建議相關規劃部門盡快組織編寫《中國防水建筑材料制造企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》,建立完善的防水建筑材料制造業溫室氣體統計核算制度,并將重點排放企業納入全國碳市場配額管理單位名單中。鼓勵企業自行開展碳盤查活動,結合相關政策法規和發展狀況制訂具有自身特色的“雙碳”行動方案,為防水建筑材料制造業未來實現“雙碳”目標做出戰略規劃。

5 結 語

(1) 秉持清潔生產理念,結合不同規模和產品的企業調研結果,厘清了各類防水建筑材料制造企業的產排污情況,從而設計了防水建筑材料制造業全過程清潔生產整治提升方案,并為企業提供指導性建議,為相關部門監督執法提供參考。

(2) 從當前行業現狀和國家發展戰略角度出發,總結了行業全過程整治提升的難點,并提出建議。