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国内外涂料制造工业挥发性有机物排放标准比较

北极星VOCs在线  来源:《环境科学研究》  作者:邹文君 刘杰等  2018/12/11 14:02:24  我要投稿  
所属频道: VOCs监测  关键词:VOCs排放 挥发性有机物 VOCs污染

北极星VOCs在线讯:摘要:VOCs(挥发性有机物)已成为我国大气污染防治的重点污染物,涂料的生产和使用是VOCs排放的重要固定源.美国、欧盟于20世纪90年代制定了涂料工业的VOCs排放标准,而我国自2010年起才开始管控VOCs的排放.通过对美国、欧盟和我国现行的涂料工业VOCs排放标准体系进行对比研究,发现我国涂料工业VOCs排放标准体系完整且严厉,由源头替代、工艺过程控制、排放限值、监控与管理等构成,但存在表征方法不明确、分析方法不准确、总量控制指标缺乏等问题,因此基于优化VOCs全过程防控标准体系,提出以下4点建议:(1)强化源头VOCs排放控制,制定高固分涂料、水性涂料(油墨)各类涂料产品的VOCs含量限值,并配以相关分析方法;(2)加强VOCs工艺过程控制,在强调密闭要求基础上,制定吸风罩捕集效率的统一判断标准.(3)选用TOC(有机碳)代替非甲烷总烃(NMHC)作为VOCs的表征指标,借鉴欧盟的逸散率制定排放绩效值,构建总量控制指标.(4)实施溶剂管理计划,污染物释放和转移登记记录(PRTR),实施VOCs减排的长效机制。

我国大部分地区正面临着PM2.5和臭氧(O3)为特征的区域大气复合污染,作为PM2.5和臭氧形成的重要前体污染物,VOCs(挥发性有机物)已经成为我国当前大气污染防治的重点污染物. 其实VOCs 除了对臭氧和PM2.5 有贡献外,还可能致癌、致畸、致突变作用或者恶臭扰民,威胁人类健康和区域生态环境安全。

自2010 年国务院通过《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》首次将VOCs列为防控重点污染物以来,国家和地方不断出台关于VOCs排放的控制政策,全方位控制VOCs排放. 但是国家和地方的VOCs排放标准体系尚不统一,甚至VOCs的主要目标污染物种类和表征方式也没有统一,推行VOCs排放的精细化管理受到了抑制.

由于涂料生产过程中,不可避免地使用挥发性有机溶剂、助剂,所以涂料生产和使用成为VOCs 的重要排放源. 尽管近年来严格的国家环保政策不断出台,但涂料工业仍以年均7%左右的速度发展. 根据中国涂料工业协会的统计,2016 年规模以上工业企业的涂料年产量达1899.78×104t,逼近2000×104t大关. 随着法律法规的日趋严格,监管体系的日趋完善,涂料工业必须从源头-过程-末端全过程对VOCs加以管控.该研究通过梳理比较国内外涂料工业VOCs标准体系,结合我国目前政策法规的要求,提出了涂料工业VOCs 排放标准优化的建议,为推动国家制定相关政策或标准提供依据.

1 国内外涂料工业VOCs 排放标准控制要求比较

美国、欧盟是开展VOCs污染控制较早的国家,分别对VOCs制定了大气污染物排放标准,并形成了各自的体系,都针对涂料工业有具体的规定. 美国针对VOCs制定有新固定源排放标准(NSPS, new sourceperformance standards),针对有毒有害空气污染物(HAPs, hazardous air pollutants)制定有针对国家排放标准(NESHAP),涂料生产通过NESHAP 标准控制,标准号为subpart HHHHH of 40 CFR part 63 (68 FR 69164),标准中对新的和现有的涂料的生产操作规定了排放限值和操作要求. 2010 年,欧盟颁布了IED(工业排放指令,DIRECTIVE 2010/75/EU),将1999 年颁布的《关于生产活动和装置中VOCs溶剂控制指令》(1999/13/EC)收录在附录中并加以更新,规定了20 种有机溶剂在特定使用装置和活动中的VOCs排放限值,包括有组织排放、无组织排放和总量排放.

我国自2015 年以来,天津、上海、北京、河北、陕西、福建等地出台涂料制造业相关的排放标准. 国家也启动国家行业排放标准《涂料、油墨及胶黏剂工业大气污染物排放标准》,已经完成征求意见,等待发布. 新的标准体系中包括工艺过程控制、排放限值、总量控制等,控制方式具有明显的中国特色.

1.1 控制指标体系

1.1.1 VOCs 表征指标

针对VOCs 有组织排放,美国融合了技术要求与排放控制标准,充分考虑了最佳可行技术(MACT)的原则,用Method 18[15]和Method 25A/B,利用气相色谱法,FID(氢离子火焰检测器)、ECD(电子俘获检测器)、ELCD(电导检测器)、氦离子化等检测器检测总的气态有机物(如TOC),采用“以碳加和”的方式,以体积分数ppm 表示TOC(总有机碳),要求总HAPs削减98%或者通过收集后经过密闭系统进入处理装置(火炬除外)排放口有机HAP(或TOC)≤20×10-6.

欧盟规定了不同生产规模下涂料、油墨及粘合剂的VOCs排放标准,并出台一系列VOCs监测的技术指导文件. 针对VOCs采用BSAEN12619/13526 使用氢离子火焰检测器监测TOC.

目前关于我国固定源VOCs的测定方法尚未确定,目标污染物不同,VOCs 测定方法不同. 当使用GC-MS 对VOCs组分进行测定,尽管可以定量测定的物种较多,但测试成本相应增加,技术含量高,推行难度大. 目前非甲烷总烃(NMHC)是我国工业企业表征VOCs的常用指标,与美国Method 25 方法相似,我国2017 年颁布新的NMHC分析方法HJ38—2017《固定污染源废气 总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定 气相色谱法》代替了原来的HJ/T 38—1999《固定污染源排气中非甲烷总烃的测定 气相色谱法》. 值得注意的是,根据目前的测试方法,NMHC已经不再局限于碳氢化合物,而是在FID上能响应的除甲烷外有机化合物的总称. 但是NMHC 指标的合理性值得商榷. 因为NMHC值通常是总烃和甲烷之差所得,不同方法分离甲烷和非甲烷总烃的效率也不同,NMHC往往偏低,考虑到涂料工业中甲烷排放量极少,因此选用TOC 或者总碳氢(THC)代替NMHC 作为VOCs的表征指标更为合理.

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图1 给出了国内外涂料生产行业VOCs排放标准的有组织排放限值,其中北京有机化学品制造工业大气污染物排放标准最为严格,有组织ρ(NMHC)(20 mg/m3)比欧盟标准(150 mg/m3)严格6.5 倍,但是根据企业实测结果溶剂型涂料生产企业有组织NMHC 浓度稳定达到20 mg/m3 是十分困难的. 另外,天津和河北的地方标准未在有组织排放限值中设置甲苯和二甲苯的浓度限值. 从图1 中可以看出,各省市的标准限值差异较大,宽严的差异可能是由于各省市环境背景值的差异以及减排目标的不同,但不同的排放标准可能导致涂料制造企业的区域转移.

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1.1.2 无组织排放控制指标

针对涂料工业中VOCs 的无组织排放,欧盟基于物料平衡条件使用了3%~25%的溶剂逸散率来控制

VOCs 无组织逸散,既控制了无组织排放总量,也通过逸散率可判断工艺过程中对VOCs 的收集效果. 目

前欧盟的溶剂使用行业正通过基于逸散率的溶剂管理计划对VOCs 无组织排放进行控制. 具体算法:

F= I1-O1-O5-O6-O7-O8

F= O2+O3+O4+O9

E=F/(I1+I2)

式中:F为逸散性排放量(kg) ;E为逸散率(%);I1为VOCs 购买量(kg);O1,2为净化设备处理后排放量(kg);O3为残留在产品中的VOCs量(kg);O4为逸散至大气中的VOCs量(kg);O5为净化设备破坏的VOCs量(kg);O6为废弃物种VOCs 量(kg);O7为成品中固有的VOCs 量(kg);O8为回收准备再利用的储存VOCs量(kg);O9为VOCs其他排放量(kg).

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图3 给出了我国各省市企业厂界、厂区VOCs排放标准限值的对比,我国侧重对厂界浓度[进行VOCs无组织管控,上海首先增加了厂区监控浓度限值,河北等省市也开始增加厂区浓度管控无组织排放. 利用厂界浓度控制指标来要求企业边界的空气质量达到标准,虽能较为直观的反映VOCs无组织逸散的情况,但该指标受气象条件、监测位点、工况条件、周边污染源等干扰因素影响,不能针对性的准确反映无组织控制效果,进行逸散点位排查. 对于厂区特征污染物浓度限值仅有北京和河北的地方标准有规定,上海则仅仅对厂区的NMHC浓度进行限值控制,因此建议在今后标准制定中考虑增加对厂区特征污染物的浓度控制,以管控VOCs无组织逸散.

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1.1.3 总量控制指标

在《中华人民共和国大气污染防治法》中提出了总量控制要求,并要求增一倍减. 但核算的基准尚没有统一,而针对北京和上海等较早在环评中提出VOCs排放总量备案要求的区域来说,由于环评核算的方法与当前方法不一致,导致环评核算的总量很小,结果导致总量控制增一倍减的政策实施较为困难. 我国在国家排放标准征求意见稿中尝试增加对涂料工业排放标准中VOCs的总量进行控制,拟设定排放绩效值,即单位产品VOCs排放量来对排放总量进行管控;但涂料品种众多,排放绩效相差太大,难以统一,因此待发布稿中取消了排放绩效值. 针对总量控制,欧盟采用了逸散率(即VOCs排放量与溶剂使用量的比值,单位为%)进行控制,基于溶剂使用量来确定排放总量,可以不受产品所限制,因此建议可以考虑借鉴逸散率规定总量控制指标. 对于区域减排来说,排污权交易制度的实施可以通过试点工作研究并加以推广.

延伸阅读:

深圳:低挥发性有机物含量涂料技术规范

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