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中國VOCs汙染防治政策及對監測技術的管理需求

2018-03-15  來自: 滄州AG888除塵環保設備有限公司 瀏覽次數:311

  揮發性有機物是一類物質的總稱。環境保護部2014年發布的《大氣揮發性有機物源排放清單編製技術指南(試行)》對揮發性有機物的定義是:在標準狀態下飽和蒸氣壓較高(標準狀態下大於13.33Pa)、沸點較低、分子量小、常溫狀態下易揮發的有機化合物。《大氣揮發性有機物源排放清單編製技術指南》將揮發性有機物的主要貢獻源劃分為生物質燃燒源、化石燃料燃燒源、工業過程源、溶劑使用源和移動源。大氣中的細顆粒物約50%來自揮發性有機物等氣態汙染物經過複雜化學反應形成的二次粒子。不僅如此,揮發性有機物中的脂肪烴、氯化烴、芳香烴、氯代烴、酮類、脂類以及乙二醇醚及其酯類還具有神經毒性、血液毒性、肝腎毒性和生殖遺傳毒性,並會刺激皮膚黏膜。

  盡管如此,“十二五”時期中國大氣汙染控製的重點仍聚焦在二氧化硫、氮氧化物和工業煙粉塵三種汙染物上。在當前各級政府全麵實施對揮發性有機物進行管控,改善城市大氣環境質量,保障公眾健康的背景下,本文對揮發性有機物相關政策法規和標準方法進行了係統的梳理,提出中國揮發性有機物汙染防治政策體係,並據此分析出環境管理對實驗室和在線/便攜監測技術的應用需求。

  1.揮發性有機物汙染防治的國外經驗

  發達國家對揮發性有機物的管控基本延續大氣汙染防治的傳統思路(表1),主要包括出台相關法律法規提升政策措施的法律效力,從汙染源清單入手針對本地的產業結構和排放特征出台行業排放標準,規範企業的排汙行為,並通過總量控製等環境管理手段推動企業減排。此外,美國、歐盟和日本還從各自的管理需求出發,出台了不同的監測方法標準,為揮發性有機物的汙染防治提供數據支撐。

  綜上,美國、歐盟以及日本等發達國家對大氣VOCs汙染的防控機製總體上以多級管理為主,在中央或聯邦出台相關法規政策下,各地方或各成員國根據當地的產業特點、地理和氣象條件、社會人口等因素製定符合當地情況的大氣VOCs汙染防控管理機製。值得注意的是,由於各國針對大氣VOCs汙染防控的起步時間不一致,對各VOCs排放行業的適用性略有不同。總體上,通過對以上發達國家對大氣VOCs汙染防控經驗的梳理,針對大氣VOCs汙染防控的多級管理模式對中國有一定的參考意義。

  2.中國揮發性有機物汙染防治政策體係

  自2012年年底國務院發布《重點區域大氣汙染防治“十二五”規劃》,對京津冀等重點區域重點行業現役源揮發性有機物提出削減比例指標要求以來,國家陸續出台了一係列相關的政策法規和標準方法。在國家層麵,該體係主要由大氣汙染防治法、國務院出台的行動計劃、大氣汙染物防治規劃、技術政策、行業汙染治理方案、排汙收費方法、檢測方法標準構成(表2和表3)。

  在法律層麵,該體係由第十二屆全國人大常委會第十六次會議製定的《中華人民共和國大氣汙染防治法》(簡稱《大氣汙染防治法》)主導。《大氣汙染防治法》總則中提出推行區域大氣汙染聯合防治,並提出對常規大氣汙染物、氨、揮發性有機物和溫室氣體實施協同控製。同時,製定含揮發性有機物產品的質量標準,並規定在生產、進口、銷售和使用含揮發性有機物的原材料和產品時應當符合質量標準或要求。除針對VOCs標準規範類法規外,《大氣汙染防治法》還規定了一係列針對VOCs產品生產的鼓勵和處罰措施,如對生產、銷售VOCs含量不符合質量標準或要求的原材料和產品的,由縣級以上地方人民政府進行監管,沒收原材料、產品和違法所得,並處貨值金額一倍以上三倍以下的罰款。

  在行政法規層麵,國務院在2013年9月出台了《大氣汙染防治行動計劃》,提出在石化、有機化工、表麵塗裝、包裝印刷等行業實施揮發性有機物綜合整治,完成油氣回收治理,完善含揮發性有機物產品的相關限值標準,並鼓勵生產、銷售和使用低揮發性有機溶劑。此外,《大氣汙染防治行動計劃》還鼓勵企業加強揮發性有機物控製的相關技術研發及改造。在行業準入方麵,將揮發性有機物是否符合總量控製要求作為建設項目環境影響評價審批的前置條件之一。同時,還提出將VOCs納入排汙費征收範圍內。

  在部門規章層麵,環保部、國家發改委、財政部、工信部等部委相繼出台了有針對性的VOCs汙染防治相關文件。2012年9月,由環保部、國家發改委和財政部共同發布的《重點區域大氣汙染防治“十二五”規劃》中提出在新建排放VOCs的項目中實行汙染排放減量替代,提高VOCs排放類項目建設要求,開展重點行業治理,製定相關行業的VOCs排放標準等工作;2013年,環保部發布了《揮發性有機物防治技術政策》,該技術政策作為指導性文件,提出了生產VOCs物料和含VOCs產品的生產、儲存運輸銷售、使用、消費各環節的汙染防治策略和方法;2014年環保部發布了《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》,該方案提出到2017年全國石化行業的排放量削減目標,並提出開展VOCs汙染源排查、嚴格建設項目環境準入、完善VOCs監管體係、實施VOCs全過程控製、建立VOCs管理體係等任務;2015年,工信部、財政部聯合發布《重點行業揮發性有機物削減行動計劃》,該計劃製定了到2018年的VOCs削減目標,並提出實施原料替代工程、工藝技術改造工程、回收及綜合治理工程等任務;2015年6月,由財政部、國家發改委、環保部發布的《揮發性有機物排汙收費試點辦法》規定了石油化工行業和包裝印刷行業VOCs排汙費的征收、使用和管理辦法。

  雖然中國對揮發性有機物的管控起步較晚,但目前形成的政策體係既包括上位法支撐,又涵蓋對具體管理機製的規範要求,配套了部分技術政策和環境經濟政策,為揮發性有機物汙染的防治工作提供了有力的法律支撐和政策保障。此外,北京市、天津市和廣東省還結合地方實際,提出了針對印刷、製鞋、汽車表麵塗裝、家具製造等行業的揮發性有機物排放標準,為企業控製汙染物排放和環保部門執法提供了明確的依據。

  3.中國揮發性有機物汙染防治對監測技術的管理需求

  3.1排汙收費和總量控製機製對監測的需求

  揮發性有機物汙染防治政策體係對汙染物監測提出了明確的管理需求。其中,新出台的《揮發性有機物排汙收費試點辦法》要求試點征收排汙費的石化和包裝印刷行業企業,通過物料平衡等核算的方法確定汙染物排放量。但由於每家企業使用的原輔材料和采用的工藝不同,實際監測得出的揮發性有機物排放量更為準確。新出台的《大氣汙染防治法》要求“產生含揮發性有機物廢氣的生產和服務活動,應當在密閉空間或者設備中進行”,這也將有利於企業統一收集廢氣,實現揮發性有機物的準確測定。

  此外,目前已經實施的《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》提出,工藝廢氣、燃燒煙氣、揮發性有機物處理設施排放廢氣和火炬係統等有組織廢氣排放的企業應逐步安裝在線連續監控係統。而上海市已經率先要求石油化工、工業塗裝、包裝印刷等行業的重點企業安裝配有氫火焰離子檢測器(FID)的在線監測設備。天津市實施的《工業企業揮發性有機物排放控製標準》也要求“排放筒VOCs排放速率(包括等效排氣筒等效排放速率)大於2.5kg/h或排氣量大於60000m3/h時須配套建設VOCs在線監測設備”。因此可以預見,排汙收費機製將逐漸過渡到依據實際監測數據確定排放量並作為收費依據的階段,環境管理機製對揮發性有機物監測技術的需求將更加明確。

  除排汙收費機製外,《大氣汙染防治行動計劃》提出要“將揮發性有機物排放是否符合總量控製要求作為建設項目環境影響評價審批的前置條件”。鑒於目前對氮氧化物和二氧化硫的總量控製和限期治理等機製(如《京津冀及周邊地區重點行業大氣汙染限期治理方案》)已經開始要求重點企業在煙氣排放口安裝汙染物連續在線監測係統,對揮發性有機物的總量控製預計也將延續該思路,通過汙染源在線監測為減排核算提供數據支撐,實現精細化管理。

  3.2環境風險預警和汙染監管

  監測技術不僅可以滿足排汙收費和總量控製的數據核定需求,還可以為汙染源的環境風險管理提供有力支撐。由於工業過程和溶劑使用等揮發性有機物主要貢獻源易出現無組織排放,且泄露的成分可能存在毒性,企業可以在石化、塗裝等典型汙染企業的廠界、集中地或園區設置無組織排放監控點,安裝在線監測設備或配備移動監測車,對大氣中的汙染物濃度水平和變化趨勢進行實時追蹤,為環境風險預警和環境汙染事故防控提供可靠依據。

  另外,上海市已經出台政策,要求將揮發性有機物排放重點單位納入區縣環保部門重點監管範圍,開展日常監察並加強監督性監測,對處理設施運行不正常、偷排漏排等違法行為嚴格執法。目前各地開展的大氣汙染物監督性監測等仍主要采用現場采樣加實驗室分析,但使用便攜式的監測設備可以快速測定和判斷企業廠界和周邊大氣中的汙染物是否超過控製限值,實現現場監察,增加靈活性。例如,台灣桃園的環保執法部門在征收固定汙染源空氣汙染防治費時,除了通過3D光學雷達技術精準定位汙染企業,還攜帶紅外線熱顯像分析儀在現場快速測定空氣中的揮發性有機物濃度,對偷排企業現場開具罰單,追繳排汙費。

  便攜式的監測設備還可以滿足環境突發事件的現場應急監測需求。在傳感器、大數據和物聯網等技術快速發展的背景下,基於便攜和在線監測技術的環境風險預警、應急處置和現場執法將為環境管理機製提供重要的決策支撐。綜上所述,雖然中國對揮發性有機物的管控起步較晚,但現行的汙染防治政策體係已經對汙染物監測提出了明確的管理需求。

  4.揮發性有機物的常見監測技術

  揮發性有機物常見監測技術主要包括離線和在線/便攜兩種,在分析前均需要對汙染物進行采樣、預濃縮和分離。相比於其他氣態汙染物,揮發性有機物組分複雜、源項多、排放濃度和工況差異大,精確測定難度高。

  4.1離線監測技術

  在《重點區域大氣汙染防治“十二五”規劃》提出“加快製定完善環境空氣和固定汙染源揮發性有機物測定方法標準、監測技術規範以及監測儀器標準”的背景下,環保部自2013年起陸續頒布了多項揮發性有機物的采樣和測定方法標準,對固定汙染源廢氣和環境空氣中揮發性有機物的采樣和實驗室測定方法做出了詳盡的規定(表2)。

  其中,氣相色譜-質譜(GS/MS)技術是目前的主流測定法,可在較短的時間內對多組分混合物進行定性分析,分離效果好且靈敏度高,可以為排汙收費、濃度達標監管、總量減排和環境統計等環境管理機製的有效運行提供規範化的監測技術和數據支撐。但氣相色譜-質譜技術對操作溫度和條件的要求高、檢測周期長、費用高,因此排汙企業和大部分省市級以下的監測機構不具備使用條件。

  4.2在線/便攜監測技術

  科技部和環保部牽頭組織和實施的國家重大科學儀器設備開發專項分別將空氣中揮發性有機物在線監測設備和固定汙染源廢氣中揮發性有機物在線和便攜監測設備的開發作為研發和產業化重點。

  相較於離線檢測分析時間長、數據結果滯後的缺點,在線/便攜式監測設備響應時間短、數據連續,主流方法使用氫火焰離子化檢測器(FID)或催化氧化-非分散紅外線技術(NDIR)。其中,NDIR法對非燃燒工藝固定汙染源廢氣中的總揮發性有機物(TVOC)進行測定的技術已經於2012年被國際標準化組織正式認定為國際標準ISO/FDIS13199—2012。

  為對比FID和NDIR兩種主流方法在應用中的優缺點,本文對相關文獻[9-14]進行了調研,並參考日本環境技術協會開展“固定發生源揮發性有機化合物測定儀的調查”(表3)。該調查於2003年實施,旨在對比日本市場上銷售的連續測定型總烴測定儀對芳香烴類、乙醇類、醛類、酮類、酯類、醚類、含鹵化合物、含氮化合物、氟利昂類等揮發性有機物主要成分的響應度和靈敏度。

  雖然以FID法為主的在線監測設備越來越多地出現在國內監測市場,但揮發性有機物防治體係中各管理機製的目標汙染物不一致。例如,行業排放標準主要針對非甲烷總烴和行業特征汙染物,而試行中的收費製度針對石化和包裝印刷行業的總揮發性有機物。由於揮發性有機物不同成分的最佳檢測方法不同,汙染表征和監管對象的不確定性將是在線監測技術應用的最大阻礙之一。

  另外,除石化行業的“三桶油”外,大部分揮發性有機物汙染排放企業規模小、產值低,在當前經濟下行的壓力下,企業缺乏安裝在線監測設備的動力。這一方麵需要環保部門出台獎懲政策提高企業違法成本,為安裝在線監測設備的企業提供補貼;監測廠商也需要拓展服務模式,為汙染企業提供設備租賃和第三方監測等解決方案。

  大氣汙染監測的新趨勢是將在線設備通過互聯網與遠端監控中心連接。對揮發性有機物的監測也必將延續該思路,實現基於物聯網和大數據的汙染源和空氣質量實時監控,滿足公眾、企業和政府的多方需求。

  5.結論

  本文從總結歐、美、日對揮發性有機物的管控經驗出發,首先梳理了國家層麵和地方層麵發布的政策法規和標準方法,並提出了中國揮發性有機物汙染防治政策體係。雖然仍需完善,但該體係為管控廢氣和空氣中的揮發性有機物提供了有力的法律和政策支撐,排汙收費和總量控製機製、環境風險預警和現場執法對汙染物監測技術提出了明確的管理需求。

  目前主流的氣相色譜-質譜(GS/MS)技術雖然具有良好的靈敏度和相應度,但對操作溫度和條件的要求高、檢測周期長、費用高。而采用FID和NDIR的在線和便攜監測儀器響應時間短、數據連續,是發達國家對汙染源廢氣和大氣中揮發性有機物含量進行實時追蹤的主流技術,可以更好地滿足環境風險預警、應急處置和現場執法等管理需求。

  盡管如此,當前的汙染防治體係尚未統一揮發性有機物的表征物,經濟下行的壓力也使企業缺乏安裝在線監測設備的動力,這些都給行業的發展增加了不確定性。為此,環保部門應出台相應的獎懲政策,監測廠商應開拓服務模式、提供更多樣化的解決方案,從供需兩側促進揮發性有機物監測行業的發展,滿足日益明確的環境管理需求。

關鍵詞: VOCs汙染防治           

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