工業揮發性有機物的排放與控制》針對近幾年我國頻發的以O3和PM2.5為代表的區域大氣復合污染事件，系統闡述揮發性有機物(VOCs)作為O3和PM2.5的關鍵前體物之一，其排放特征與控制對策等的研究，對國內VOCs領域空白的填充、國家及區域VOCs污染控制政策及空氣質量管理策略的制定起關鍵性的指導作用。圍繞我國工業VOCs帶來的污染問題，著重闡述工業源VOCs排放清單的建立及其排放特征、典型行業VOCs排放特征及控制、典型化工園區VOCs排放特征、工業源VOCs減排潛力及其空氣質量減排效益模擬、我國工業源VOCs總量控制研究、基于反應性的工業源VOCs排放與控制研究等幾方面內容，并針對我國工業源VOCs的控制路線提出建議。
揮發性有機物污染控制研究相關專業的研究生及科研人員，政府環境保護等有關部門及企事業單位相關科研及技術人員
目錄
叢書序
前
第1章 緒論 1
1.1 揮發性有機物(VOCs)定義 1
1.1.1 國外VOCs定義特點 2
1.1.2 我國VOCs定義特點及其建議 4
1.2 揮發性有機物控制指標與監測方法 9
1.2.1 揮發性有機物控制指標 9
1.2.2 國外典型VOCs監測方法特點 11
1.2.3 我國VOCs監測方法特點及其建議 12
1.3 我國VOCs管控歷程與特點 15
參考文獻 19
第2章 工業源VOCs排放清單的建立及其排放特征 20
2.1 工業源排放清單的建立 20
2.1.1 工業源排放清單建立思路——源頭追蹤思路 20
2.1.2 工業排放源分類 21
2.1.3 污染源排放清單定量表征方法 25
2.2 工業源VOCs排放特征(1980～2014年) 34
2.2.1 我國工業源VOCs歷史排放特征 34
2.2.2 排放總量的行業分布 35
2.2.3 2014年我國工業源VOCs排放特征 35
2.2.4 重點行業VOCs排放特征 41
參考文獻 78
第3章 典型行業VOCs排放特征及控制 79
3.1 電子設備制造業 79
3.1.1 行業簡介 79
3.1.2 VOCs產污環節 79
3.1.3 VOCs成分譜排放特征 81
3.1.4 行業VOCs控制對策 86
3.2 汽車制造業 89
3.2.1 行業簡介 89
3.2.2 VOCs產污環節 90
3.2.3 VOCs成分譜排放特征 90
3.2.4 行業VOCs控制對策 93
3.3 印刷行業 98
3.3.1 行業簡介 98
3.3.2 VOCs產污環節 99
3.3.3 VOCs成分譜排放特征 99
3.3.4 行業VOCs控制對策 103
3.4 漆包線制造行業 106
3.4.1 行業簡介 106
3.4.2 VOCs產污環節 107
3.4.3 VOCs成分譜排放特征 108
3.4.4 行業VOCs控制對策 112
3.5 集裝箱制造行業 115
3.5.1 行業簡介 115
3.5.2 VOCs產污環節 121
3.5.3 VOCs成分譜排放特征 123
3.5.4 行業VOCs控制對策 126
參考文獻 135
第4章 典型化工園區VOCs排放特征 137
4.1 基于排放環節的VOCs排放特征分析 139
4.1.1 生產工藝及VOCs排放環節識別 139
4.1.2 VOCs排放濃度水平及成分譜特征 144
4.2 基于排放環節的VOCs排放清單建立 154
4.2.1 排放源分類 154
4.2.2 排放量計算方法 154
4.2.3 排放量及排放因子計算 157
4.2.4 園區高分辨率排放清單 162
4.2.5 清單不確定性分析 163
4.3 園區企業特征物種篩選 168
4.3.1 特征污染物篩選方法比選 168
4.3.2 層次分析法構建 171
4.3.3 案例分析及討論 174
4.4 園區VOCs排放環境影響評估 177
4.4.1 基本參數設置 177
4.4.2 模型驗證 180
4.4.3 模擬結果分析 181
參考文獻 184
第5章 工業源VOCs減排潛力及空氣質量減排效益模擬 187
5.1 未來排放量的預測 188
5.1.1 情景分析與設置 188
5.1.2 未來排放量估算方法 191
5.1.3 未來活動水平的預測 192
5.2 未來排放量及減排潛力分析 194
5.2.1 基準情景VOCs排放 194
5.2.2 控制情景VOCs排放 196
5.2.3 工業源VOCs減排潛力分析 198
5.3 空氣質量減排效益模擬 199
5.3.1 空氣質量模型的選擇 199
5.3.2 基準年模擬結果及驗證 201
5.3.3 未來空氣質量模擬評估 203
5.4 重點地區臭氧濃度削減情況分析 208
參考文獻 209
第6章 我國工業源VOCs總量控制研究 212
6.1 總量控制與分配的進展 213
6.1.1 總量控制的國際進展 213
6.1.2 總量分配的研究進展 216
6.2 總量控制研究思路和方法 218
6.2.1 總量控制研究思路 218
6.2.2 研究方法與技術路線 219
6.3 總量控制目標的確定 222
6.4 總量控制總量的分配 225
6.4.1 總量分配因子的選擇 225
6.4.2 總量分配結果分析 227
6.5 我國工業源VOCs總量控制的建議與展望 233
參考文獻 234
第7章 基于反應性的工業源VOCs排放與控制研究 237
7.1 物種與反應性排放清單的建立 237
7.1.1 物種清單與成分譜研究現狀 237
7.1.2 總量排放清單與成分譜庫的建立 239
7.1.3 物種與反應性排放清單的建立 242
7.2 基于反應性與總量的工業源VOCs排放特征 243
7.2.1 基于OFP與總量的物種排放特征 243
7.2.2 基于OFP與總量的污染源排放特征 246
7.2.3 基于OFP與總量的分省市和空間排放特征 248
7.3 基于VOCs反應性的O3控制對策 249
參考文獻 254
第8章 工業源VOCs控制建議 257
8.1 政策方面 257
8.2 技術方面 259
8.3 經濟方面 262
8.4 科研方面 262
8.5 其他方面 263
參考文獻 264
索引 265
第1章 緒論
1.1 揮發性有機物(VOCs)定義
揮發性有機物(volatile organic compounds，VOCs)作為一個群體，包含了大量的個體揮發性物種，這一特點使得VOCs在日常監管中的定義五花八門，難以將國家、地方及行業定義有效統一，存在很大爭議。定義不同，涵蓋的物質不同，管控的方向也不同，這給VOCs污染源統計、監測、管控等都帶來了困難，嚴重制約了我國VOCs的環境管理。揮發性有機物定義作為管理部門監管基本的指標依據，對于明確VOCs治理方向、具體VOCs物質范圍具有指導和規范的作用。因此，從國家層面確定揮發性有機物定義的主導方向，對于指導地方和行業定義的建立和統一以及污染物監管和減排具有重要意義。
揮發性有機物定義整體而言呈現出多而混亂的局面，但綜合可歸納為基于物理特性、基于化學反應性和基于監測方法的三類定義。基于物理特性定義主要從反映有機物揮發性的"沸點"和"蒸氣壓"兩個參數來確定，如從沸點定義，在101.325kPa標準壓力下，任何初沸點低于或等于250℃的有機化合物；從蒸氣壓定義，在293.15K條件下蒸氣壓大于或等于10Pa，或者特定適用條件下具有相應揮發性的全部有機化合物(不包括甲烷)?；诨瘜W反應性定義主要從基于有機物反應性，參與不同光化學反應而帶來的臭氧和霧霾污染來確定，如除CO、CO2、H2CO2、金屬碳化物或碳酸鹽、碳酸銨外，任何參與大氣光化學反應的碳化合物(美國)；人類活動排放的、能在日照作用下與NOx反應生成光化學氧化劑的全部有機化合物，甲烷除外(歐盟)；基于監測方法定義主要考慮到實際監測方法多能識別的目標污染物范圍來確定，如我國《室內空氣質量標準》將揮發性有機物定義為"利用Tenax GC或Tenax TA采樣，非極性色譜柱(極性指數小于10)進行分析，保留時間在正己烷和正十六烷之間的揮發性有機化合物"。
各國或國際組織對揮發性有機物定義的出發點有所區別。國際組織對VOCs定義偏重VOCs可揮發性的物理特性。美國、歐盟和日本則從國家(地區)層面更偏重VOCs參與大氣光化學活性等的化學反應性，其中，美國對微反應性物質進行豁免，截至2014年12月30日，美國環境保護局(EPA)總共豁免了60種(類)微反應性物質。我國揮發性有機物的定義五花八門，處于較為混亂和矛盾的局面，尚未從國家層面進行定義。在實際監測中，考慮到監測方法的限制，揮發性有機物的定義考慮更多的是適合監測方法的VOCs定義，通常情況下，VOCs定義所涵蓋的范圍因所考慮的因素(物理特性、化學反應性以及監測方法)不同而有所區別。
1.1.1 國外VOCs定義特點
國外各組織或國家對VOCs的定義因其應用方向的不同而形成了各自的體系，但部分國家在VOCs定義的出發點上也存在一定的共同點。國外典型揮發性有機物定義及特點如表1.1所示。
表1.1國外典型VOCs定義及其特點
美國、歐盟是開展VOCs控制較早的國家(或地區)，其國家層面VOCs的定義很早就已經開始關注化學反應性定義，VOCs定義均考慮了有機物參與光化學反應的特性。美國在"污染源的排放與控制"方向的定義，是在其國家定義"參與大氣光化學反應"的基礎上，又與監測和核算方法相結合，如新固定源標準(NSPS)40CFR60.2的VOCs定義，即"任何參與大氣光化學反應的有機化合物，或者依據法定方法、等效方法、替代方法測得的有機化合物，或者依據條款規定的特定程序確定的有機化合物"。該定義兼顧了實際監管過程的可操作性，即通過監測或核算確定，管控范圍不受VOCs反應活性的局限，在定義上呈現一定的優勢。歐盟在其"污染源排放與控制"和"產品規范和檢測"方面，未參考其國家(地區)定義，仍然選用基于"物理特性"的蒸氣壓或沸點來定義。例如，工業排放指令2010/75/EU揮發性有機物定義：在293.15K條件下蒸氣壓大于或等于0.01kPa，或者特定適用條件下具有相應揮發性的全部有機化合物。需要強調的是該定義不僅局限于有機物的物理特性，在污染源排放與控制中根據適用條件不同所監管的VOCs范圍也不同，避免了物理特性中因蒸氣壓界限不嚴謹而帶來的爭議。又如，歐盟涂料指令2004/42/EC揮發性有機物定義：在標準壓力101.3kPa下初沸點小于或等于250℃的全部有機化合物。該定義從有機物物理特性的沸點來確定，適用于涂料產品中的VOCs含量限制。規定沸點易于產品檢測，但仍然避免不了一部分沸點大于250℃的揮發性有機物被豁免。
國際組織和跨國公司對VOCs的定義主要從其揮發性的物理特性定義，其中世界衛生組織(WHO)和巴斯夫(BASF)主要從反應揮發性的沸點進行定義。世界衛生組織揮發性有機物定義：熔點低于室溫而沸點在50～260℃之間的揮發性有機化合物的總稱。巴斯夫揮發性有機物定義：在101325Pa壓力下，任何初沸點低于或等于250℃的有機化合物。這兩個定義考慮到了監督執法過程中概念的明確性和檢測工作中的可操作性要求。國際標準化組織(ISO4618/1－1998)直接用揮發性來定性地定義揮發性有機物：在常溫常壓下，任何能自然揮發的有機液體或固體，一般都視為可揮發性有機物。該定義雖然涵蓋的VOCs范圍較，但具體監管的范圍不明確，同時也包含了大量對環境空氣質量惡化貢獻小的揮發性有機物。
日本于2004年修訂了《大氣污染防治法》，增加了VOCs控制內容，并在法律上明確了VOCs的定義，其定義考察因素同樣僅是基于VOCs化學反應性帶來的健康和環境效應。
綜合國外典型揮發性有機物定義，美國目前揮發性有機物定義通過國家層面確定定義方向，給予地方或行業一定的指導，地方行業在此基礎上根據實際監管可操作性等對定義進行補充確定，在一定程度上體現了美國對VOCs監管范圍的統一性，形成了自己的體系，其定義對許多國家揮發性有機物定義的確定有一定的參考作用。
從美國揮發性有機物定義的時間軸分析其發展歷程，美國國家VOCs定義是在地方定義出臺后的，基本經歷了物理特性定義階段和化學反應性定義階段。20世紀70年代末，EPA了《污染物控制技術指南(CTG)系列》，首次提出了VOCs的定義：除CO、CO2、H2CO2、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外，標準狀態下蒸氣壓大于0.1mmHg(1mmHg=0.133kPa)的碳化合物。這是美國VOCs物理特性定義的起點。該定義后期被證明蒸氣壓的界限不合理，難以界定，與溫度等所處環境條件具有很大關系，用蒸氣壓定義的揮發性有機物導致了很多具備光化學活性的化合物被豁免而不受管控?；谖锢硖匦远x的不合理，EPA后期提供了不包含蒸氣壓的VOCs定義：任何參與光化學反應的有機化合物，但不包含甲烷、乙烷等11種化合物。這是美國物理特性定義向化學反應性定義的次過渡。1988年5月，EPA了《與VOCs蒸氣壓限值不足和差異相關的問題》，要求管理規定應與EPA的反應活性政策保持一致，定義不能使用基于蒸氣壓的VOCs定義。隨后各州將蒸氣壓定義從相應文件中刪除。盡管如此，各州在揮發性有機物管理執行上仍然處于混亂局面，爭議較大。1992年2月，EPA正式頒布了VOCs定義(即現用國家定義)：除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物或碳酸鹽、碳酸銨外，任何參與大氣光化學反應的碳化合物。此外，還包括豁免名單及6項豁免條款。截至目前，EPA的豁免名單已包括60種(類)物質。該定義沿用至今，標志著美國完成了物理特性定義向基于有機物反應性的化學反應性定義的成功過渡，后期的相關法規文件均參考了該定義。美國揮發性有機物定義的發展歷程也經歷了混亂的爭議局面，但終能從國家層面很好地統一起來，對各國揮發性有機物定義的確定和統一具有重要的參考價值。
1.1.2 我國VOCs定義特點及其建議
基于"物理特性"、"化學反應性"及"監測方法"這三類典型的VOCs定義，分析我國VOCs定義特點，總體呈現五花八門的局面，國家層面定義缺乏，地方和行業定義不統一。
我國已揮發性有機物相關國家排放標準定義的特點如表1.2所示。2015年以前，大多數標準中均未對揮發性有機物做出明確的定義，監管指標默認為非甲烷總烴，與國家層面定義缺失具有重要關系?！稅撼粑廴疚锱欧艠藴省?GB14554—1993)和《飲食業油煙排放標準(試行)》(GB18483—2001)均從標準監管對象的角度定義，如惡臭和油煙，并未明確揮發性有機物定義。國家相關排放標準次明確揮發性有機物定義是在《合成革與人造革工業污染物排放標準》(GB21902—2008)中，定義為"常壓下沸點低于250℃，或者能夠以氣態分子的形態排放到空氣中的所有有機化合物(不包括甲烷)"，是基于物理特性的"沸點"參數來定義的，但該定義不局限于物理特性，涵蓋沸點范圍的同時，強調所有氣態污染物。2015年，隨著國家對VOCs污染的控制，新頒布的三項相關標準對揮發性有機物有了新的定義，定義為"參與大氣光化學反應的有機化合物，或者根據規定的方法測量或核算確定的有機化合物"。該定義是基于有機物反應性的"化學反應性"和基于"監測方法"兩方面綜合定義的，主要參考了美國新固定源標準(NSPS)40CFR60.2的定義，"任何參與大氣光化學反應的有機化合物，或者依據法定方法、等效方法、替代方法測得的有機化合物，或者依據條款規定的特定程序確定的有機化合物"。
表1.2已國家VOCs相關排放標準定義特點
我國揮發性有機物相關地方排放標準中定義的特點如表1.3所示，分別對典
表1.3地方VOCs相關排放標準定義特點
