北京工业大学程水源教授STOTEN：高耗能行业VOCs排放不容忽视

图文摘要 | Graphical abstract

导读 | Introduction

PM2.5与O3复合污染是当前中国大气环境面临的主要问题。作为二者的共同前体物，挥发性有机化合物（VOCs）的科学减排是有效降低PM2.5与O3浓度的主要途径之一。工业源对VOCs的排放贡献不能忽视，能源密集型产业推动了中国的社会经济发展，但也是空气污染的重要贡献者。无论从国家政策层面或研究层面，火电、钢铁、焦化、水泥等高耗能行业VOCs的排放需要引起进一步的重视。本研究基于系统测试获取了典型行业VOCs组分排放特征，并开展了差异及其成因分析；进一步对各行业VOCs反应活性与空间分布开展深入讨论。

一、VOCs排放特征 

Emission characteristics of VOCs

本研究中水泥窑-1（原料包含城市污泥与生活垃圾）、焦炉、烧结、球团、炼钢、焦炉炉顶、火电和水泥窑-2的VOCs浓度分别为7.08、4.35、2.43、2.41、0.54、0.51、0.36和0.14 mg/m3。上述行业的VOCs排放均来自于煅烧过程，而不同行业之间、同一行业内不同工艺之间的各类VOCs贡献率存在明显差异（图1）。分析结果显示，原材料、煅烧温度、烟气出口温度和末端治理设施是影响VOCs组分排放特征的主要成因。

图1 各类源VOC类别的质量百分比

Fig. 1 Mass percentages (%) of different volatile organic compound (VOC) groups from different emission sources.

二、相关研究的回顾与对比 

Review and comparison of relevant studies

基于对文献的回顾，我们收集了22组相关的VOCs组分数据集，并发现不同研究结果之间存在明显的差异性（图2）。造成该差异的原因可能来自以下几个方面：首先，不同研究之间分析的VOCs物种数量不同；其次，超低排放技术对VOCs的协同去除作用不容忽视。此外，对于固定燃烧源，煤炭原料的类型和机组运行功率也是影响VOCs组分的重要因素。

图2 本研究不同VOCs类别的质量百分比与其他研究对比

Fig. 2 Comparison of the mass percentages (%) of different volatile organic substance (VOC) groups in this study with those from other studies

三、VOC反应活性分析 

VOC reactivity analysis

各类源臭氧生成潜势（OFP）排名为：焦炉>球团>水泥窑1>烧结>炼钢>焦炉炉顶>火电>水泥窑-2；SOA生成潜势（SOAP）排名为：水泥窑-1>焦炉>烧结>球团>焦炉炉顶>炼钢>火电>水泥窑-2（图3）。值得注意的是，焦炉烟囱VOCs排放浓度比水泥窑-1低40%，而OFP高达水泥窑-1的1.8倍；焦炉炉顶VOCs排放浓度低于炼钢，而二者SOAP大小却相反。因此，为有效控制工业源VOCs排放，需综合考虑VOCs的排放浓度和反应活性。同时研究结果表明，烯烃和OVOCs是OFPs的主要贡献者，而芳香烃是SOAPs的主要贡献组分。

图3 各类源不同VOCs类别对OFP与SOAP的贡献

Fig. 3 Contributions of different volatile organic compound (VOC) groups to the ozone formation potential (OFP) and secondary organic aerosol potential (SOAP) of various emission sources

四、VOC排放量分布 

Distribution of VOC emissions

2018年中国焦化、钢铁（烧结、球团与炼钢）、火电、水泥行业的VOCs排放量分别为1162.1、289.9、311.0、470.2Gg。如图4所示，山西、河北、内蒙古和安徽分别是焦化、钢铁、火电和水泥行业排放最突出的省份，这主要受到煤炭资源、工艺技术条件、工业基础设施和区域发展建设需求等因素的影响。结合相关研究结果，发现上述行业的VOCs排放量占全国工业源VOCs总排放量的9.8%-24.7%。因此，高耗能行业的VOCs减排应当引起重视。

图4 2018年中国四大高耗能行业VOCs排放量省级分布

Fig. 4 Provincial distribution of VOC emissions from four high-energy-consuming industries in China in 2018

总结 | Conclusions

不同行业VOCs排放浓度与组分差异显著，原料、煅烧温度、末端治理设施和烟气出口温度是导致VOC排放特征差异的主要原因。VOCs种类的数量以及超低排放措施的应用是VOCs排放特征发生变化的重要影响因素。烯烃和芳香烃浓度较高的源会对环境产生更加不利的影响，应该成为VOCs管控的重点。上述行业的VOCs排放突出，占全国工业源VOC总排放量的9.8%-24.7%。本研究获取的典型高耗能行业的VOCs源谱特征和排放数据能够为中国区域大气复合污染防治工作提供有效的基础支撑。

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