南京市船舶制造業(yè)VOCS成分譜特征分析

劉春蕾，謝軼嵩，楊 峰，王 艷

(南京市生態(tài)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江蘇 南京 210013)

1 引言

2013年“大氣十條”實(shí)施以來(lái)，南京市環(huán)境空氣質(zhì)量明顯改善，細(xì)顆粒物(PM2.5)穩(wěn)步下降。2019年，南京市PM2.5均值39.8 μg/m3，但空氣優(yōu)良率僅為69.9%，同比下降3.8%。其中，O3超標(biāo)高達(dá)69 d，而PM2.5超標(biāo)僅36 d，O3污染已經(jīng)成為南京市優(yōu)良率提升的最大短板，加強(qiáng)對(duì)對(duì)流層O3污染和二次有機(jī)氣溶膠生成的重要前體物VOCS的防治刻不容緩。VOCs包括烷烴、烯烴、炔烴、苯系物、鹵代烴及含氧有機(jī)物等多種組分，種類(lèi)繁多，來(lái)源繁雜，不同VOCs組分生成O3以及二次有機(jī)氣溶膠的能力有較大差異[1]。準(zhǔn)確識(shí)別各行業(yè)排放源中VOCS化學(xué)組分，對(duì)于環(huán)境監(jiān)管部門(mén)篩選重點(diǎn)VOCS管控行業(yè)并制定相應(yīng)污染控制策略具有重要意義[2]。

本研究采用實(shí)地調(diào)查、發(fā)放問(wèn)卷調(diào)查表和電話(huà)調(diào)查等形式，對(duì)南京市近年來(lái)民用鋼質(zhì)船舶制造企業(yè)VOCS排放及防治情況進(jìn)行了跟蹤調(diào)查，選取了3家典型企業(yè)開(kāi)展采樣分析，獲取了南京市該行業(yè)VOCS源成分特征譜數(shù)據(jù)，為本地臭氧污染控制措施制定提供技術(shù)支撐。

2 材料與方法

2.1 調(diào)查方法及內(nèi)容

通過(guò)南京市環(huán)境主管部門(mén)及統(tǒng)計(jì)部門(mén)多渠道獲得了南京市民用鋼制船舶制造企業(yè)名單，基于名單開(kāi)展了多年份跟蹤調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括南京市民用鋼質(zhì)船舶制造企業(yè)規(guī)模及產(chǎn)值情況、涂料使用量及環(huán)保性、VOCS產(chǎn)排及廢氣治理情況[3,4]。

2.2 樣品采集與分析

本研究以民用鋼質(zhì)船舶制造企業(yè)噴漆車(chē)間廢氣處理設(shè)施進(jìn)口和排口為有組織采樣點(diǎn)，以鋼板焊接車(chē)間和室外噴漆作業(yè)旁為無(wú)組織采樣點(diǎn)。通過(guò)蘇碼罐采樣-冷阱富集，氣相色譜-質(zhì)譜法，使用TO-15標(biāo)氣和PAMS標(biāo)氣分別對(duì)樣品中揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行定性定量測(cè)定[5～8]。

3 結(jié)果與分析

3.1 行業(yè)VOCS成分譜

本研究對(duì)典型企業(yè)的采樣分析結(jié)果顯示：南京市民用鋼質(zhì)船舶制造行業(yè)VOCs排放源成分譜組分共有54種，其中，苯系物22種，烷烴17種，鹵代物4種，烯烴3種，酯類(lèi)3種，酮類(lèi)2種，醚類(lèi)1種，其他2種。從質(zhì)量百分比來(lái)看(圖1)，苯系物是造船行業(yè)最主要的排放種類(lèi)，占比91.34%；烷烴是占比第二大的排放種類(lèi)，占8.14%；鹵代物、烯烴、酯類(lèi)、酮類(lèi)、醚類(lèi)以及其他(四氫呋喃、二硫化碳)占非常小，合計(jì)僅占比0.52%。

質(zhì)量百分比占比前10的成分有氯代甲苯、3-甲基己烷、對(duì)/間-二甲苯、乙基苯&三溴甲烷、鄰二甲苯、正壬烷、環(huán)己烷、1-乙基-2-甲基苯、1,2,4-三甲基苯，10種物質(zhì)合計(jì)占比達(dá)96.02%，其中，僅氯代甲苯一種組分的質(zhì)量百分比就高達(dá)82.22%(圖2)。

圖1 南京市民用鋼質(zhì)船舶制造行業(yè)VOCS各類(lèi)組分占比情況

3.2 各廢氣源VOCS組分特征

民用鋼質(zhì)船舶的生產(chǎn)工藝流程主要包括船體放樣與號(hào)樣、鋼料加工、裝配與焊接、噴涂、調(diào)試出廠等。其中，焊裝、噴漆是主要的VOCS產(chǎn)生源及排放源。

3.2.1 焊裝工序

焊裝工序VOCS組分共有18種，其中芳烴類(lèi)14種，烷烴類(lèi)2種，醇類(lèi)1種，酮類(lèi)1種。 從圖3可以看出，焊裝車(chē)間主要污染物為芳烴類(lèi)，占比87%；其次為烷烴和醇類(lèi)，占比分別為7%和5%，酮類(lèi)占比僅1%。

圖2 南京市民用鋼質(zhì)船舶制造行業(yè)VOCS組

3.2.2 噴漆工序

噴漆工序VOCS組分共有53種，其中芳烴類(lèi)22種，烷烴類(lèi)17種，鹵代物4種，烯烴3種，醇類(lèi)3種，酯類(lèi)3種，酮類(lèi)2種，其他2種。從圖3(b)可以看出，噴漆工序主要污染物為芳烴類(lèi)，占比94%；其次為烷烴，占比約為6%，其他種類(lèi)占比幾乎為零。

4 討論及建議

(1)由于VOCS各組分的臭氧生成潛勢(shì)不同，行業(yè)VOCS各組分的排放量和其臭氧生成潛勢(shì)次序有較大差異，因此在制定VOCs控制措施時(shí)不能只考慮VOCs排放量，同時(shí)也應(yīng)對(duì)排放組分的反應(yīng)活性進(jìn)行評(píng)估，才能取得較好的投入/環(huán)境效益比。據(jù)研究，烯烴和芳烴是南京夏季大氣VOCS中的關(guān)鍵活性組分，船舶制造行業(yè)排放的物種主要是芳烴，具有較強(qiáng)的臭氧生成反應(yīng)活性，在南京市開(kāi)展行業(yè)VOCS防治工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)將船舶制造行業(yè)作為優(yōu)先納入VOCS減排及管控的行業(yè)。

(2)由于船舶制造行業(yè)的特殊性，其具有船企涂裝工件巨大很難進(jìn)行廢氣收集、有機(jī)廢氣排放不連續(xù)、濃度不穩(wěn)定等特點(diǎn)，高效VOCS廢氣處理技術(shù)較難應(yīng)用。建議開(kāi)展船舶制造行業(yè)VOCS防治[3～5]時(shí)，一是淘汰露天整船噴涂這種落后生產(chǎn)工藝的企業(yè)；二是對(duì)盡量以分段進(jìn)噴漆房的噴涂作業(yè)方式，化VOCS無(wú)組織為有組織生產(chǎn)，以最大化減排噴漆工序VOCS排放；針對(duì)分段焊裝及樓子、飲水倉(cāng)等中小型工件焊裝，盡量納入到密閉焊接車(chē)間內(nèi)開(kāi)展作業(yè)，并經(jīng)VOCS設(shè)施處理后排放。