2019—2021年西安市汽修行业VOCs去除及排放水平变化监测分析

朱 敏 逯翠梅 焦 凯

(1.陕西国源检测技术有限公司；
2.华远检测有限公司；
3.陕西中测检测科技股份有限公司，西安 710018)

挥发性有机物(简称VOCs)，一般指常温常压下，沸点小于260℃的有机化合物[1]。在太阳光紫外线照射下，VOCs和氮氧化物易发生光化学反应，形成大量臭氧、破坏大气层[2]。VOCs对于人类的身体健康存在巨大的威胁[3]，特别是喷漆行业产生大量漆雾，持续弥散在空气中进入呼吸道，损伤人体的神经系统和造血器官等。随着人们生活水平的逐步提高，私家车辆的普及，汽车维修量急剧增长。据统计，2021年西安市汽修厂已突破5000家，每年汽修行业对于整个城市VOCS排放总量的贡献值不容小觑。随着VOCs排放问题的日益凸显，政府也将对工业源VOCs的重点关注，逐步扩散至生活源VOCs的排放问题上，城市中汽修行业的VOCs排放无疑成为重点关注对象。自2010年广东出台关于汽车行业表面涂装地方标准[4]，直到2017年陕西[5]、山东[6]、浙江[7]、湖北[8]、辽宁[9]、天津[10]等地陆续出台了各地方涉及汽修行业的相关标准，在此阶段国家也颁布了《挥发性有机物无组织排放控制标准》(GB 37822-2019)[11]。陕西、天津、浙江等多地，实施“双达标”管控要求，即排放浓度达标和去除效率达标。多数汽修厂属于小型服务机构，存在规模小、数量多、涉面广、间断性排放等特点，汽修厂VOCs排放集中在修补喷漆、烤漆工序，但因废气收集率低或者净化设施不完善，致使去除效率达标困难。近年来，诸多学者研究分析了汽修行业VOCs的源头、污染控制及治理技术等问题，比如黄宇等人[12]分析了武汉市汽修行业不同环节产生的VOCs排放水平及组分特征，提出了加强对喷漆房排气筒有组织排放的重点关注。王海林等[13]研究了国内外汽修行业的现状及执行标准，提出了“源头控制+过程管控+末端治理”的全过程的建议，但是涉及VOCs有组织排放水平及去除效率的研究颇少。本文通过近三年对西安市二十余家小规模汽修厂有组织排放监测数据来分析VOCs(以非甲烷总烃表征)排放及去除效率的实际水平，为进一步改善城市废气污染提供可靠的理论依据与技术支撑。

以西安市汽修行业喷漆房排放口的有机废气为研究对象，采用固定污染源废气中非甲烷总烃的测定 气相色谱法(HJ 38-2017)[14]对有组织废气排放的VOCs浓度进行采集与手工检测，并计算其去除效率，符合国家相关检测方法规定。

依据陕西省挥发性有机物地方标准(DB61/T1061-2017)[5]的规定，表面喷涂行业要求非甲烷总烃(NMHC)标准限值为50 mg/m3，关中地区需满足去除效率大于85%的要求。

2019—2021年，每季度分别对二十余家汽修厂的VOCs(以NMHC表征)浓度及去除效率进行监测。

2.1 出口浓度及达标率

2.1.1 出口浓度

2019—2021年，每季度分别对选定的汽修厂喷漆房开展VOCs出口浓度的监测，由图1可知，该三年内测定汽修厂VOCs出口浓度范围分别为7.82～72.4 mg/m3、1.72～51.5 mg/m3、1.37～57.5 mg/m3。与2019年相比，2020年汽修厂VOCs出口浓度明显下降，而2020年以后，出口平均浓度无明显变化。这一结果说明，出口浓度逐年降低，VOCs出口浓度管控水平逐步趋于平稳。

图1 2019—2021年汽修厂VOCs出口浓度的变化趋势

2.1.2 出口浓度达标率

2019—2021年汽修厂VOCs出口浓度达标率呈平稳上升趋势，这三年平均达标率分别为89.4%、92.9%、97.6%，且2020年和2021年均有两个季度出现全部达标状态。2019—2021年，监测企业数量相当，去除效率达标率为35.0%～68.9%。与2019年相比，2021年去除效率达标率显著提高，但每年不达标企业数量仍然占30%左右。由图2可知，出口浓度基本趋于平稳，出口浓度对去除效率已无法造成显著影响。换而言之，出口浓度达标，去除效率也存在超标现象。

图2 2019—2021年汽修厂出口浓度达标率和VOCs去除效率达标率的统计

2.2 进口浓度及去除效率

2.2.1 进口浓度

2019—2021年间，每季度选择二十余家汽修厂开展有组织排放VOCs进口浓度的监测。由图3可知，这三年测定汽修厂废气VOCs进口浓度最高为107.6 mg/m3，最低为2.87 mg/m3；
2019—2021年平均进口浓度范围分别为14.8～80.6 mg/m3、10.9～87.5 mg/m3、5.32～98.1 mg/m3。2019—2021年进口浓度范围逐渐增大，低浓度数据比例明显增加。近年来，随着环保要求越来越严格，汽修行业实施源头管控策略，水性漆逐渐替代油性漆，故进口浓度结果向低浓度范围延伸。

图3 2019—2021年汽修厂VOCs进口浓度的变化趋势

2.2.2 去除效率

2019—2021年间，每季度选择二十余家汽修厂开展有组织排放VOCs去除效率的检测，由图4可知，该三年间汽修厂有组织废气VOCs去除效率范围为26.7%～96.8%，2019～2021年汽修厂VOCs的平均去除效率范围分别为30.2%～87.4%、41.6%～91.3%、49.6%～94.3%， 整体处于稳定上升趋势。综合以上结果可知，VOCs出口排放浓度基本稳定，变化不显著，因此去除效率的高低取决于进口浓度的大小，进口浓度过小，则去除效率难以达标。VOCs进口浓度不足，会直接影响各工艺处理过程的吸附反应、化学反应或化学反应速率[15]。相同时间内，VOCs反应速率下降，致使去除效率降低。VOCs进口浓度过小，主要原因实际中产生量很小或者废气收集率低。部分企业甚至出现进出口浓度倒挂的现象，说明在处理设施阶段可能存在污染。

图4 2019—2021年汽修厂VOCs去除效率的结果统计

目前多数企业因进口浓度太小，导致去除效率不达标，其主要原因可能存在三个方面：(1)实际维修过程中本身产生的VOCs量很小，不同汽修厂在各环节用漆量和油漆类型存在较大差异[16]，且每辆车的修补面积、喷漆技术及用漆量等各有不同，有机物的组分及挥发量有所不同[17]。若实际VOCs产生量较小，可根据国家标准《挥发性有机物无组织排放控制标准》(GB 37822-2019)规定要求，重点地区NMHC初始排放速率<2kg/h时，则无须加装VOCs处理设施，去除效率便无实际意义，“双达标”的管控也无从谈起。(2)废气VOCs收集率低，喷(烤)漆现场存在密封不严或者管道泄漏等问题，易造成无组织废气排放[18]，可建议加测厂界及厂区内无组织废气中的VOCs浓度来判定是否达标排放。(3)由于风机设置离排气筒进口太近，VOCs进入瞬间，浓度便被稀释，这一情况需考虑排风机与管道的布局是否合理。

2.3 不同处理工艺对去除效率的影响

通过对2019—2021年西安市二十余家有喷(烤)漆的汽修厂的VOCs处理工艺、设施维护管理情况等资料收集与整理，本研究测定不同处理工艺对去除效率的影响，结果如表1所示。

表1 不同处理设施对去除效率的影响

由表1可知，单一使用UV光氧去除效率最低，无明显效果，且运行过程中可能造成设备二次污染。活性炭处理效果显著，但频繁更换活性炭会持续增长企业运行成本。据统计，85%以上企业采用两种或多种组合工艺联用方式，组合工艺效果叠加，且节省能耗[15]。目前选择使用UV光解+活性炭这一组合汽修企业最多，VOCs处理效果不稳定。选择活性炭吸附+UV光氧+低温等离子处理与光氧催化+双活性炭吸附这两种组合处理方式的企业较多，其处理效果相差不大。干式过滤+活性炭吸附+光氧催化组合方式，对于处理汽修厂的漆雾效果尤佳，应用却不够广泛。组合工艺联用运行期间，设备的维护管理尤为关键，任一设备出现故障，将会直接影响工艺联用的效果。比如活性炭填装量不足或更换周期过长，造成活性炭吸附效果较差，甚至出现脱附现象[19]；
UV光解处理工艺紫外灯出现损坏维修不及时，设备无法满足最佳设计功率，造成处理效果不佳。这一结果表明，设备维护管理是影响VOCs处理效果的关键性因素。

(1)汽修厂VOCs废气排放出口浓度逐年降低，出口达标率趋于稳定，为89.4%～97.6%。

(2)2019—2021年进口浓度范围逐渐增大，进口浓度向低浓度范围延伸，VOCs出口排放浓度基本稳定，因此去除效率的高低取决于进口浓度的大小，进口浓度过小，则去除效率难以达标。

(3)建议企业重视VOCs处理设施的维护管理，保证出口浓度达标，同时也要重点关注去除效率的达标情况。建议企业和相关部门在评价VOCs排放和去除效率达标时，务必将进口浓度过低的情况纳入考虑范围，以便更好地执行“双达标”的管控要求，切实改善城市空气质量。