挥发性有机物VOCs监测方法与治理技术

当前,我国以细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)为特征污染物的大气复合污染形势严峻!

2016年,全国338个地级及以上城市中,71.6%的城市PM2.5年均浓度超过国家二级标准限值,是影响我国大气环境质量的首要污染物;17.5%的城市O3日最大8小时平均浓度第90百分位数(以下简称“O3浓度”)超过国家二级标准限值。在地级及以上城市超标天数中,以O3为首要污染物的占22.5%,仅次于PM2.5为首要污染物所占比例。自2013年《大气污染防治计划》(以下简称《大气十条》)实施以来,O3成为6项环境空气质量基本评价项目中唯一上升的污染物。2013—2016年,第一批实施新环境空气质量标准的74个城市O3浓度上升10.8%,其中,京津冀和长三角分别上升11.0%和10.4%。此外,分别选取2015年我国北京、上海、广州等12个城市和美国华盛顿、纽约、洛杉矶等12个城市,按照我国监测方法(标准状况)进行对比,我国重点城市O3浓度要比美国主要城市高10%以上。

VOCs在PM2.5和O3生成过程中起到重要的作用。大量PM2.5的化学组分分析表明,我国东部地区PM2.5中有机气溶胶(OA)所占比例约占20%~50%,而在OA中由VOCs凝结转化生成的二次有机气溶胶(SOA)占比可达50%左右;此外,VOCs作为氧化剂,在二氧化硫(SO2)向硫酸盐和氮氧化物(NOx)向硝酸盐的转化过程中起到了非常重要的推动作用。VOCs还是O3形成的关键前体物,和NOx一起在光照驱动下促进了O3的生成。

现阶段,我国SO2、NOx、一次颗粒物等传统大气污染物排放控制取得一定进展,排放量呈逐年下降态势,但VOCs污染防治工作相对滞后,人为源排放量仍呈快速增长趋势,对大气环境质量影响日益突出,VOCs排放控制已经成为我国大气污染防治工作的重要短板。

为推动我国大气环境质量持续改善,“十三五”期间应全面推进VOCs污染防治。针对工业源、交通源、生活源和农业源,作者提出差异化的VOCs污染防治途径和重点任务,并提出建立健全VOCs管理体系的对策建议。

01我国人为源VOCs排放的来源构成

VOCs人为源根据人类的生产生活活动,可划分为工业源、交通源、生活源和农业源。

我国目前对VOCs排放尚未实施业务化统计,但科学研究的结果显示,2015年我国人为源VOCs的排放量超过2500万吨。工业源VOCs排放量占比最高,约为43%,是VOCs污染防治的重中之重;其中,石化、化工、工业涂装和印刷行业是工业源VOCs排放的主要行业,占工业源排放量的74%。交通源VOCs排放量占比约28%,其中74%来源于机动车的尾气和蒸发排放,19%来自油品储运销过程。生活源VOCs排放量占比15%,主要来自于居民生活对含VOCs产品的使用、建筑装饰及生活燃料燃烧等。农业源VOCs排放量占比14%,主要来自生物质燃烧、农药使用等过程。

从排放空间分布来看,东部省份单位面积的VOCs排放强度一般高于中西部省份。京津冀及周边、长三角、珠三角、成渝、武汉及其周边、辽宁中部、陕西关中、长株潭等大气复合污染较重地区涉及的北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、安徽、山东、河南、湖北、湖南、广东、重庆、四川、陕西16个省(市)(以下简称“重点地区”)VOCs排放强度较高,与PM2.5及O3浓度高值区的分布基本吻合。

02VOCs污染防治基础与“十三五”防治思路

自“十二五”首次明确提出开展VOCs控制以来,在多个国家科研项目支持下,VOCs基础研究得到加强,基本阐明了重点区域VOCs参与大气光化学反应和气溶胶生成的机理,研发储备了一批VOCs排放控制技术。与此同时,石油炼制、石油化工、储油库、汽油运输、加油站等行业VOCs排放标准发布实施;经济政策也在VOCs污染防治领域得以应用,对石油化工和包装印刷行业试点征收VOCs排污费,对溶剂型涂料开征消费税。

一些省份也从改善自身环境空气质量的需求出发,加强VOCs排放控制基础能力建设。北京、上海等省(市)组织开展了VOCs排放摸底调查与监测工作,近10个省份初步建立了本地VOCs排放清单;部分省市结合其产业特点,出台了地方VOCs排放标准,覆盖范围包括化工、制药、汽车制造、印刷、家具等行业。这些工作的开展都为“十三五”期间深入推进VOCs排放控制工作奠定了基础。

“十三五”期间,我国建立并逐步完善了以质量改善为核心目标的环境管理体系。在此管理体系下,VOCs排放控制和管理需从大气环境质量改善的需求出发,进行系统设计,通过工程治理措施和“源头—过程—末端”的全过程精细化管理,削减VOCs排放量,实现《“十三五”节能减排综合工作方案》提出的“全国VOCs排放总量比2015年下降10%以上”这一目标,推动大气环境质量的持续改善。

基于“十三五”PM2.5浓度下降、空气质量优良天数比率等空气质量改善目标要求,VOCs污染防治应紧密遵循以下基本思路。

一是强化重点地区VOCs排放控制。通过VOCs减排打好重污染地区蓝天保卫战,推动其PM2.5浓度持续下降,O3污染恶化趋势得到控制。

二是强化活性VOCs物质及其排放重点行业的管控。活性VOCs是指排放量大及反应活性强的物质,依据北京大学2015年人为源VOCs排放清单,O3污染防治的优控物质为芳香烃、烯烃、醛类,如间/对-二甲苯、乙烯、丙烯、甲醛、甲苯、乙醛、1,3-丁二烯、1,2,4-三甲基苯、邻-二甲苯、苯乙烯等;SOA污染防治的优控物质为芳香烃和高链烷烃,如甲苯、正十二烷、间/对-二甲苯、苯乙烯、正十一烷、正癸烷、乙苯、邻-二甲苯、1,3-丁二烯、甲基环己烷、正壬烷等。基于行业排放VOCs物质的活性,综合考虑行业治理基础,全国应重点推进石化、化工、工业涂装、包装印刷和机动车、油品储运销的VOCs排放控制;各地应结合自身产业结构特征和VOCs排放来源,确定本地的VOCs控制重点行业,实施差异化减排措施。

三是强化VOCs与NOx的协同减排。“十三五”期间,在全力削减PM2.5浓度的同时,还应加强O3污染的协同控制,考虑到重点地区O3生成基本受VOCs控制,原则上VOCs排放量削减比例不应低于NOx削减比例。

四是强化新增污染物排放控制,对新、改、扩建涉及VOCs排放的项目要强化源头控制,执行最严格的排放标准要求,对新增VOCs排放量实行区域内现役源等量或倍量削减替代。

五是强化固定污染源排污许可管理,以此为抓手,加大信息公开力度,强化环境执法监管,推动企业按照清洁生产理念进行VOCs排放全过程控制。

03“十三五”期间VOCs污染防治途径与重点任务

不同类型污染源VOCs污染防治应分类施策。对于工业源,通过结构调整促进产业绿色转型,从源头防控VOCs排放;重点地区、重点行业实施VOCs大型减排工程,结合达标排放和排污许可等管理要求,实现VOCs排放总量的削减,进而带动其他地区、其他行业VOCs的污染防治。对于交通源,通过“车—油—路”统筹措施,全面推进机动车VOCs排放控制和油品储运销油气回收治理。对于生活源和农业源,通过减少散煤和生物质燃料使用,加严居民生活消费有机溶剂产品VOCs含量限值标准,从源头减少VOCs的排放量。同时,强化能力建设和加强政策支持,夯实“十三五”VOCs污染防治的基础保障。