标准件行业VOCs排放特征及环境影响分析

郑海胜,王晓琦,王瑞鹏,王 凯,沈泽亚,程水源

标准件行业VOCs排放特征及环境影响分析

郑海胜,王晓琦,王瑞鹏,王 凯,沈泽亚,程水源*

(北京工业大学环境与生命学部,区域大气复合污染防治北京市重点实验室,北京 100124)

为研究标准件行业VOCs排放特征及其环境影响,选取了典型标准件企业进行现场调研与采样,运用GC-MS/FID测定了废气中102种VOCs物种,建立了标准件行业VOCs源成分谱,并估算了行业VOCs的环境污染影响、排放因子及排放量.结果表明,标准件行业各工序VOCs均以烷烃(29.58%～68.94%)为主要排放组分.正十二烷、乙烷、丙烷等烷烃,邻-二甲苯、对二甲苯等芳香烃,乙酸丁酯、乙醛等含氧VOCs为该行业高排放物种.芳香烃是该行业臭氧生成潜势的主要贡献组分,烷烃是该行业二次有机气溶胶生成潜势的主要贡献组分.标准件行业VOCs排放因子为1.51kg/t, 2018～2020年全国标准件行业VOCs排放量分别为11496.84,13301.89,14365.69t,年均增长率为11.85%,其排放以华北和华东地区为主,两地区排放量累计占比范围为84.55%～89.08%.

标准件行业；挥发性有机物；排放特征；环境影响；排放因子；排放量

挥发性有机物(VOCs)作为O3和PM2.5的重要前体物,在我国每年以2.3%的速率增长[1-5].研究表明,VOCs在O3和二次有机气溶胶(SOA)的形成中起着重要作用[6-8],因此了解各类污染源VOCs排放特征对于减轻复合污染具有重要意义.

当前,有关污染源VOCs排放特征的研究已成为国内研究热点,特别是针对溶剂使用源[9-11]、机动车排放源[12-13]、工艺过程源[14-16]和燃烧源[17-18]等VOCs重点排放源成分谱的研究已经取得了重要成果,而针对标准件行业VOCs排放的研究却鲜有报道.标准件通常是指常用零部件,如螺丝、螺母、滚动轴承等,是国民经济各部门应用范围最广、使用数量最多的机械基础件.《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》[19]指出,标准件是邯郸市涉VOCs排放重点企业集群,要加强管控措施,实施集中治理和统一管理.邯郸市作为全国最大的标准件生产集散地,具有标准件生产企业两千多家,其产销量约占全国的55%[20].由于标准件行业具有能耗高、产量大、污染严重等特点,其排放的VOCs会对当地大气环境造成不可忽略的影响[21].

本研究以国内标准件3大生产基地之一的邯郸市作为研究区域,选取区域内典型企业开展基于生产工序的有组织和无组织废气采样,全过程识别标准件行业VOCs产生和排放节点,分析各生产工序VOCs排放特征,建立标准件行业VOCs源成分谱,并根据测试结果估算行业环境污染,评估标准件行业VOCs对O3和SOA生成的影响.根据产品产量和排放浓度,核算标准件行业VOCs排放因子,基于全国标准件行业活动水平数据,估算标准件行业VOCs排放量,旨在为行业排放标准及减排方案的制定提供参考.

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

所选的标准件企业生产工艺完备,具有较高的代表性.各生产工序均采用上吸式集气罩,废气经集气罩收集,通过末端处理设备,由烟道统一外排.其中冷镦、搓丝和压尾工序在同一车间,废气经收集处理后由烟气出口排出(烟气出口A).热处理和电镀锌工序在同一车间,废气经收集处理后由另一烟气出口排出(烟气出口B).标准件行业的典型生产过程为:原材料改制(酸洗、磷化、拉丝及退火)→冷镦成型→螺纹加工(滚丝或搓丝)、热处理(上料、清洗、加热、淬火、清洗、回火、着色)、表面处理(电镀)→分选包装.本研究所选企业生产工艺流程及排污节点如图1所示.有组织排放源(烟气出口A和B)利用真空箱、负压泵和采样枪等设备开展样品采集工作,采样位置选择在垂直管道段,使用真空箱对烟气出口进行采样,利用10L聚四氟乙烯采样袋采集VOCs样品,采样流速约为500mL/min,单个样品采集时间约为15min,采样结束后将气体从聚四氟乙烯采样袋转移至3.2L的SUMMA罐(美国ENTECN公司)中,运回实验室后完成测试.

图1 生产工艺流程及排污节点

无组织排放源采样点设置在各工序处,采样点距离生产线周边1m,距地面1.5m左右,采用SUMMA罐对VOCs的无组织排放进行采样,样品以25mL/min的流量采集2h,采样期间使用被动罐采样器(CS1200系列,美国ENTECN公司)以保证全程采样速度匀速.每个采样点在一个生产周期内等间隔的采集3个VOCs样品作为平行样,实验数据均为3个平行样品的平均值.对有组织源和无组织源的采样方法均按照标准[22-23]规定的方法进行.采样点位、末端治理措施、原辅材料情况及样品采集数量见表1.原辅材料及组分来源于现场调研和原辅材料的化学品安全技术说明书(MSDS).

VOCs组分中乙烷、乙烯、丙烷、丙烯4种物种采用德国AMA公司生产的气相色谱-氢离子火焰检测器(GC5000VOC-FID)分析.该仪器参照美国EPA规范,采用富集-GC-FID系统对物质进行定性和定量分析.以60min为运行周期,连续自动两级富集和分析乙烷、乙烯、丙烷、丙烯4种物种,目标物种最低检测限为0.01´10-9.除上述4种物种外,VOCs样品中的其他物种分析参照美国EPA推荐TO-15技术方法进行,利用Entech 7200型预浓缩系统(美国ENTECH公司)进行样品的低温预浓缩,Agilent 6890气相色谱(GC)和Agilent 5973四极杆质谱检测器联用进行VOCs物种定量分析,采用三步自动预浓缩-GC-MS系统对物质进行定性和定量分析.样品详细分析过程见文献[24].

表1 不同工序VOCs样品采集情况

1.2 VOCs环境影响分析

1.2.1 臭氧生成潜势估算 臭氧生成潜势(OFP)是衡量VOCs对O3生成贡献的重要指标,VOCs的OFP与其浓度和反应活性有关[25].目前OFP的计算方法主要有等效丙烯浓度、OH自由基反应速率(OH)、光化学臭氧生成潜势(POCP)和最大增量反应活性(MIR)等[26-32],本研究选用MIR法对标准件行业的O3生成进行分析,计算公式如下:

式中: OFP为该行业的臭氧生成潜势, μg/m3;VOCs为实际观测的物种质量浓度,μg/m3; MIR为物种在O3最大增量反应中的O3生成系数;为物种数量;MIR系数来源于Carter等[33]的研究成果.

1.2.2二次有机气溶胶生成潜势估算 二次有机气溶胶生成潜势(SOAP)采用SOAP法估算,SOAP法的计算公式[34]如下:

式中: SOAP为该行业的二次有机气溶胶的生成潜势,μg/m3; SOAP为物种对应的SOAP系数; VOCs为物种的质量浓度,μg/m3;为物种数量; FACtoluene是甲苯的气溶胶系数,本研究取值为5.4%;SOAP系数来源于Derwent等[35]的研究成果.

1.3 VOCs排放因子与排放量估算方法

通过调研和测试结果估算行业VOCs排放因子,本研究在采样时记录企业烟气流速、风机每日运行时长、企业年均工作天数、企业产品年产量等.计算公式如下:

式中: EF为污染物排放因子,kg/t;为污染物实际测量浓度, μg/m3;为烟气流速,m3/h;为总生产小时数,h;为企业产品年产量,t.

全国标准件行业VOCs排放量估算采用排放因子法,计算公式为:

式中:为全国排放量,t;为全国标准件产量,t; EF为该行业排放因子,kg/t.

2 结果与讨论

2.1 标准件行业VOCs排放来源

邯郸市标准件行业采用的生产工艺较为统一,各生产工序均采用上吸式集气罩,对排放的VOCs废气有一定的收集效果,但仍存在部分VOCs逃逸至车间环境,工序产生的VOCs废气经过通风管道送至末端治理处进行治理,末端治理普遍采用油烟净化器治理措施,本研究选取企业的末端治理为冷凝和油烟净化器组合措施.排放特征由生产原料决定,冷镦、搓丝和压尾工序排放的VOCs主要来源于润滑油的使用与挥发,润滑油的化学成分主要包括高沸点、高分子量烃类和非烃类混合物,其组成一般为烷烃、芳烃以及含氧VOCs等组分,由于使用的润滑油较为一致,因此冷镦、搓丝和压尾工序VOCs主要排放组分差异较小.热处理工序排放的VOCs主要来源于两方面,一方面来源于内网带式调质炉所用天然气的燃烧;另一方面来源于冷却油的挥发,通过内网带式调质炉高温煅烧后的标准件,经过冷却油的快速冷却,可以达到增强硬度的目的.电镀锌工序排放的VOCs主要来源于清洗和烘干过程涉及的有机溶剂的使用与挥发.

2.2 标准件行业VOCs排放特征

使用本研究的分析方法可以从企业采集的样品中检测出102种VOCs,其分别是28种烷烃、17种烯烃、16种芳香烃、18种卤代烃和23种含氧VOCs.将102种VOCs物种浓度之和定义为总挥发性有机物(TVOCs)浓度,将样品检测结果中每种物种浓度除以总浓度得到各个物种的质量浓度百分比,代表各工序VOCs排放的化学成分谱.

由图2可见,同一工序样品由于采集时间先后等影响因素,不同样品之间浓度存在一定差异,但差异并不明显,不存在数量级的差距,且不同样品之间VOCs物种组分特征也具有较高的一致性.本研究中不同工序对应的浓度值均为3个平行样品浓度的平均值.冷镦、搓丝、压尾、热处理和电镀锌工序浓度分别为1301.24,596.77,941.37,175.70和450.53μg/m3,烟气出口A和烟气出口B的浓度分别为7112.42和7962.17μg/m3,无组织排放的TVOCs浓度明显低于有组织排放,表明各工序集气罩集气效率较高,逃逸至车间环境的VOCs量较少.其中烷烃(29.58%～ 71.89%)为该行业排放VOCs的主要组分,其次是芳香烃、含氧VOCs、卤代烃和烯烃,占比范围分别为6.41%～20.55%、2.13%～26.12%、0.79%～23.75%和2.58%～21.39%.各采样点位VOCs物种重复率较高,其中排放浓度较高的物种为异丁烷、乙酸丁酯、正十二烷、正十一烷、丙烷、1,2,3-三甲基苯、对二甲苯、对乙基甲苯和邻-二甲苯.除搓丝和压尾工序外,其余采样点位烷烃所占比重均高于50%,热处理、电镀锌和烟气出口B采样点位烯烃排放浓度相对较高,冷镦、搓丝和压尾工序芳香烃和含氧VOCs排放浓度较高.

冷镦工序排放的VOCs以烷烃为主要组分,排放浓度较高的物种为乙酸丁酯、四氯乙烯和正庚烷.搓丝工序排放的VOCs以烷烃、芳香烃和含氧VOCs为主要组分,其浓度之和占TVOCs浓度的85.47%,排放浓度较高的物种为乙酸丁酯、正十二烷和正十一烷.压尾工序中烷烃、卤代烃和含氧烃浓度占比较高,3种烃浓度之和占TVOCs浓度的74.15%.1,2-二氯乙烷、乙烯和丙酮是其排放浓度较高的化合物.热处理和电镀锌工序烷烃、烯烃和芳香烃浓度占比较高, 3种化合物浓度之和分别占TVOCs浓度91.76%,88.18%,异丁烷、正丁烷和丙烷是热处理工序排放浓度较高的物种.乙烷、乙烯和丙烷是电镀锌工序排放浓度较高的物种.烟气出口A的VOCs以烷烃为主要排放组分,四氯乙烯、正庚烷和3-甲基己烷是其排放浓度较高的物种.烟气出口B的VOCs以烷烃为主要排放组分,异丁烷、正丁烷和丙烷是其排放浓度较高的物种.冷镦、搓丝和压尾工序涉VOCs原辅材料一致,因此其排放组分差异不大,烟气出口A为上述3个工序共用的排放口,但主要排放组分差异较大,原因可能是与末端治理措施有关.

图2 各采样点位TVOCs浓度及化学组成

测试结果显示,冷镦工序是所有工序中排放浓度最高的环节,约是其他工序排放浓度的1.38～7.41倍.由于冷镦、搓丝和压尾工序VOCs均来源于润滑油的使用与挥发,且3种工序所用原料一致,因此导致冷镦工序排放浓度最高的原因可能是该工序润滑油使用量大或集气效率低于其他工序;其次是热处理工序,排放浓度相对较高,其排放浓度约是搓丝、压尾和电镀锌工序的1.58～5.36倍,热处理工序环境温度较高,导致冷却油等油品挥发量较大.因此,加大冷镦和热处理工序VOCs排放的管控力度对减少行业污染具有一定的作用.

综上分析,烷烃、芳香烃和含氧VOCs是标准件行业VOCs排放的主要组分,正十二烷、乙烷、丙烷等烷烃,邻-二甲苯、对二甲苯等芳香烃,乙酸丁酯、乙醛等含氧VOCs为该行业VOCs排放的特征物种.除烷烃、芳香烃和含氧VOCs外,部分采样点位卤代烃浓度也相对较高,也应引起高度关注.标准件行业排放的VOCs主要来自于生产过程中润滑油、冷却油等油类的使用与挥发,因此,针对该行业的VOCs污染防治,建议采用密闭式操作方式或采用大风量的抽气系统使车间形成负压环境,将无组织排放的废气引入通风管道经VOCs去除装置处理.

2.3 标准件行业VOCs环境影响分析

2.3.1 O3生成贡献 如图3所示,各采样点位OFP范围为472.68～13456.95μg/m3,芳香烃和烯烃是该行业O3生成的主要来源组分,累计OFP贡献率为39.27%～77.93%.热处理和冷镦工序为该行业O3生成的主要工序,这与工序排放的组分种类占比和废气收集水平有关.热处理、电镀锌和烟气出口B采样点位烯烃对OFP的贡献率均超过60%,冷镦、搓丝工序芳香烃对OFP的贡献最高,贡献率分别为41.20%和48.25%.对比各工序主要排放组分发现,虽然烷烃在各工序的排放浓度最高,但除冷镦工序外,其余工序烷烃对O3生成的贡献均少于30%,烯烃和芳香烃的排放浓度低于烷烃,但对比发现,冷镦、搓丝和烟气出口A采样点位中芳香烃对O3生成的贡献最大,热处理、压尾和电镀锌采样点位烯烃对O3生成的贡献最大,这是由于芳香烃和烯烃的化学反应活性较强,更容易参与大气化学反应生成O3.

对各采样点位VOCs对O3生成贡献排名前5位的物种及其浓度进行对比,如图4所示.前5位物种对OFP贡献率范围为33.12%～73.86%,可以看出,芳香烃和烯烃对O3生成的影响较为显著,邻-二甲苯、对二甲苯和甲苯等芳香烃,乙烯、丙烯和1-丁烯等烯烃为各采样点位影响O3生成的主要VOCs物种.VOCs物种的O3生成贡献率与其质量浓度百分比并不是成正比的关系,如冷镦工序中,乙酸丁酯的质量浓度最高,其占比为10.22%,但其对OFP贡献仅为4.46%,相反,质量浓度百分比仅为1.79%的邻-二甲苯对OFP贡献达到7.45%.电镀锌工序中,质量浓度占比为46.30%的乙烷其对OFP的贡献仅为6.09%,而质量浓度占比为11.83%的乙烯对OFP的贡献高达50.05%.这说明在分析O3生成时,不应只考虑排放浓度较高的物种,对邻-二甲苯、对二甲苯、甲苯、乙烯、丙烯和1-丁烯等具有较强活性物种也需要得到重视.

图3 各采样点位VOCs对OFP的贡献

图5 各采样点位VOCs对SOAP的贡献

2.3.2 SOA生成贡献 分析结果如图5所示,各采样点位SOAP范围在0.08～0.94μg/m3之间,芳香烃是标准件行业SOAP的特征组分,主要原因是因为芳香烃的反应活性较大,且排放浓度较高,因此对SOA的生成贡献较强,各采样点位两大类烃对SOA生成累积贡献占比范围为96.76%～99.88%,烯烃、卤代烃和含氧VOCs的活性贡献基本可以忽略不计.与O3生成情况不同,各采样点位对SOAP贡献较高的VOCs物种均为正十二烷、甲苯、苯、对二甲苯和邻-二甲苯,其累计占比范围为56.31%～79.27%.针对SOA的管控,应该优先控制对二甲苯、邻-二甲苯等芳香烃和正十二烷等烷烃的使用与排放.与O3生成情况相似,部分芳香烃如1,2,3-三甲基苯、对乙基甲苯等,由于具有较强的化学反应活性,在排放浓度相对较低的情况下却有较高的SOA生成贡献,而如3-甲基己烷、甲基环己烷等物种虽具有较高的排放浓度,但由于其反应活性较弱,对二次污染的影响也相对较低.因此,降低标准件行业VOCs对二次污染的影响也可以从VOCs物种化学反应活性的强弱来考虑,综合以上分析,应优先管控邻-二甲苯、对二甲苯、苯等具有较强反应活性物种的使用.

2.4 排放因子及排放量估算

表2 2018～2020年全国及各地区标准件产量及VOCs排放量

企业采取统一收集车间废气集中处理的方式,当风机风量较大时,车间内部环境实际上处于负压状态,废气VOCs难以通过浓度差扩散到外界环境,在这种情况下,可将无组织排放量控制在较低水平,相对于无组织排放而言,有组织排放量基本可以反映企业的实际排放水平[37-38].因此,本研究选取有组织排放浓度,结合企业排气筒风机风量、设备运行时长和产品产量,计算行业VOCs的排放因子,基于全国标准件行业活动水平数据[36],计算全国标准件行业VOCs排放量.通过调研和采样测试结果得出,烟气出口污染物浓度分别为7112.42,7962.17μg/m3,烟气流速为68000m3/h,风机每日运行时长为20h,企业每年正常工作天数约为330d,企业年产量约为4500t,根据公式(3),估算得到标准件行业VOCs排放因子为1.51kg/t.基于本研究估算的排放因子和全国各地区标准件行业活动水平数据,核算了全国及各地区的标准件行业VOCs排放量,如表2所示.2018～2020年全国标准件行业VOCs排放量分别为11496.84, 13301.89,14365.69t,年均增长率为11.85%.该行业VOCs主要以华北和华东地区排放为主,两地区排放量占比为84.55%～89.08%.其中,2020年邯郸市标准件行业VOCs排放量为8188.44t,较2019年VOCs排放量增长7.99%.

3 结论

3.1 烷烃是标准件行业排放的主要VOCs组分,其对TVOCs贡献范围为29.58%～71.89%.正十二烷、正十一烷和乙酸丁酯是该行业排放VOCs的特征物种.

3.2 对二次污染影响分析发现,芳香烃是该行业OFP的最大贡献烃类,其次是烯烃,两大类烃累计对OFP的贡献范围为39.27%～77.93%.其中贡献较高的物种分别是1,2,4-三甲基苯、1,2,3-三甲基苯、对二甲苯和邻-二甲苯.热处理和冷镦工序为该行业O3生成的主要工序.芳香烃和烷烃是该行业SOAP的主要贡献烃类,两大类烃对SOA生成累积贡献占比范围为96.76%～99.88%,其中对SOAP贡献较高的物种有正十二烷、正十一烷、邻-二甲苯和对二甲苯.冷镦、搓丝和热处理工序为该行业SOA生成的主要工序.

3.3 标准件行业VOCs排放因子为1.51kg/t, 2018～2020年全国标准件行业VOCs排放量分别为11496.84、13301.89和14365.69t,年均增长率为11.85%,该行业VOCs主要以华北和华东地区排放为主,两地区排放量占比为84.55%～89.08%.

[1] Li L Y, Xie S D, Zeng L M, et al. Characteristics of volatile organic compounds and their role in ground-level ozone formation in the Beijing-Tianjin-Hebei region, China [J]. Atmospheric Environment, 2015,113:247-254.

[2] 李 红,彭 良,毕 方,等.我国PM2.5与臭氧污染协同控制策略研究[J]. 环境科学研究, 2019,32(10):1763-1778.

Li H, Peng L, Bi F, et al. Strategy of coordinated control of PM2.5and ozone in China [J]. Research of Environmental Sciences, 2019,32(10): 1763-1778.

[3] 肖 龙,王 帅,周 颖,等.中国典型背景站夏季VOCs污染特征及来源解析[J]. 中国环境科学, 2021,41(5):2014-2027.

Xiao L, Wang S, Zhou Y, et al. The characteristics and source apportionments of VOCs at typical background sites during summer in China [J]. Chinese Environmental Science, 2021,41(5):2014-2027.

[4] Hamid R, Mojgan H M, Parthasarathi M, et al. Emissions of volatile organic compounds from crude oil processing–Global emission inventory and environmental release [J]. Science of the Total Environment, 2020,727:138-154.

[5] Shen L J, Xiang P, Liang S W, et al. Sources profiles of volatile organic compounds (VOCs) measured in a typical industrial process in Wuhan, Central China [J]. Atmosphere, 2018,9(8):297-312.

[6] 郭凤艳,刘芯雨,程晓娟,等.天津临港某石化企业VOCs排放特征研究 [J]. 中国环境科学, 2017,37(6):2072-2079.

Guo F Y, Liu X Y, Cheng X J, et al. Study on VOCs emission characteristic of a petrochemical enterprise in Tianjin Lingang [J]. China Environmental Science, 2017,37(6):2072-2079.

[7] Song C B, Wu L, Xie Y C, et al. Air pollution in China: Status and spatiotemporal variations [J]. Environmental Pollution, 2017,227:334- 347.

[8] 冯 凝,唐梦雪,李孟林,等.深圳市城区VOCs对PM2.5和O3耦合生成影响研究 [J]. 中国环境科学, 2021,41(1):11-17.

Feng N, Tang M X, Li M L, et al. Research on the influence of VOCs on the coupling generation of PM2.5and O3in Shenzhen [J]. China Environmental Science, 2021,41(1):11-17.

[9] 包亦姝,王 斌,邓 也,等.成都市典型有机溶剂使用行业VOCs组成成分谱及臭氧生成潜势研究 [J]. 环境科学学报, 2020,40(1): 76-82.

Bao Y S, Wang B, Deng Y, et al. Source profiles and ozone formation potential of VOCs emitted from typical industries using organic solvents in Chengdu [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2020,40(1): 76-82.

[10] 王银海,董 莉,刘景洋,等.典型溶剂使用行业O3和SOA生成潜势分析 [J]. 现代化工, 2020,40(11):11-19.

Wang Y H, Dong L, Liu J Y, et al. Analysis and research on generation potential of ozone and SOA in typical solvent use industries [J]. Modern Chemical Industry, 2020,40(11):11-19.

[11] Yuan B, Shao M, Lu S H, et al. Source profiles of volatile organic compounds associated with solvent use in Beijing, China [J]. Atmospheric Environment, 2010,44:1919-1926.

[12] 于 艳,王秀艳,杨 文.天津市机动车二次有机气溶胶生成潜势的估算 [J]. 中国环境科学, 2015,35(2):381-386.

Yu Y, Wang X Y, Yang W. Estimate of vehicles generation of secondary organic aerosols of Tianjin [J]. China Environmental Science, 2015,35(2):381-386.

[13] 段乐君,袁自冰,沙青娥,等.不同排放标准下机动车挥发性有机物种排放特征趋势研究 [J]. 环境科学学报, 2021,41(4):1239-1249.

Duan L J, Yuan Z B, Sha Q E, et al. Investigation on the trend of emission characteristics of volatile organic compounds from motor vehicle exhaust under different emission standards [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2021,41(4):1239-1249.

[14] 吕大器,陆思华,谭 鑫,等.典型地方炼化企业VOCs排放特征及其对二次污染生成的贡献[J]. 环境科学研究, 2021,34(1):103-113.

Lü D Q, Lu S H, Tan X, et al. Emission characteristics of VOCs from typical local refineries and associated contributions to secondary pollution [J]. Research of Environmental Sciences, 2021,34(1):103- 113.

[15] Han S J, Zhao Q Y, Zhang R Q, et al. Emission characteristic and environmental impact of process-based VOCs from prebaked anode manufacturing industry in Zhengzhou, China [J]. Atmospheric Pollution Research, 2020,11:67-77.

[16] 王学臣,王 帅,刘大喜,等.典型工业源挥发性有机物排放特征及臭氧生成潜势分析[J]. 环境污染与防治, 2020,42(11):1387-1391.

Wang X C, Wang S, Liu D X, et al. VOCs emission characteristics and ozone formation analysis of typical industrial sources [J]. Environmental Pollution and Prevention, 2020,42(11):1387-1391.

[17] 程水源,李文忠,魏 巍,等.炼油厂分季节VOCs组成及其臭氧生成潜势分析 [J]. 北京工业大学学报, 2013,39(3):438-444.

Cheng S Y, Li W Z, W W, et al. Refinery VOCs seasonal composition and analysis of ozone formation potential [J]. Journal of Beijing University of Technology, 2013,39(3):438-444.

[18] 李国昊,魏 巍,程水源,等.炼焦过程VOCs排放特征及臭氧生成潜势 [J]. 北京工业大学学报, 2014,40(1):92-99.

Li G H, Wei W, Cheng S Y, et al. Emission characterization and ozone formation potential of VOCs during the coking process [J]. Journal of Beijing University of Technology, 2014,40(1):92-99.

[19] 中华人民共和国生态环境部. 关于印发《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》的通知[EB/OL]. https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/ xxgk/xxgk03/202006/t20200624_785827.html, 2020-06-24.

Ministry of Ecology and Environment of the People's Republic of China. Circular on the issuance of the 2020 volatile organic compounds treatment solution [EB/OL]. https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/ xxgk03/202006/t20200624_785827.html, 2020-06-24.

[20] 巩保光,吴立波,高志贤.永年标准件产业发展现状及问题研究 [J]. 邯郸职业技术学院学报, 2014,27(3):18-20.

Gong B G, Wu L B, Gao Z X. Research on the development status and problems of the fastener industry in Yongnian [J]. Journal of Handan Polytechnic College, 2014,27(3):18-20.

[21] 李利平.邯郸市永年区标准件产业现状、污染问题及对策探讨[J]. 皮革制作与环保科技, 2021:120-122.

Li L P. Current situation, pollution problems and countermeasures of standard parts industry in Yongnian district of Handan city [J]. Leather Manufacture Environmental Technology, 2021:120-122.

[22] HJ 732-2014 固定污染源废气挥发性有机物的采样气袋法 [S].

HJ 732-2014 Stationary source waste gas Sampling of volatile organic compounds air pocket method [S].

[23] HJ 759-2015 环境空气挥发性有机物的测定罐采样/气相色谱-质谱法 [S].

HJ 759-2015 Ambient air - Determination of volatile organic compounds Canister sampling/gas chromatography-mass spectrometry [S].

[24] 方 莉,刘文文,陈丹妮,等.北京市典型溶剂使用行业VOCs成分谱 [J]. 环境科学, 2019,40(10):4398-4403.

Fang L, Liu W W, Chen D N, et al. Source profiles of volatile organic compounds (VOCs) from typical solvent-based industries in Beijing [J]. Environmental Science, 2019,40(10):4398-4403.

[25] Ran L, Zhao C S, Xu W Y, et al. VOC reactivity and its effect on ozone production during the Hachi summer campaign [J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2011,11(10):4657-4667.

[26] 李用宇,朱 彬,安俊琳,等.南京北郊秋季VOCs及其光化学特征观测研究 [J]. 环境科学, 2013,34(8):2933-2942.

Li Y Y, Zhu B, An J L, et al. Characteristics of VOCs and their photochemical reactivity in autumn in Nanjing northern suburb [J]. Environmental Science, 2013,34(8):2933-2942.

[27] 邹 宇,邓雪桥,李 菲,等.广州番禺大气成分站复合污染过程VOCs对O3与SOA的生成潜势 [J]. 环境科学, 2017,38(6):2246- 2255.

Zou Y, Deng X Q, Li F, et al. Effect of VOCs on O3and SOA formation potential during the combined pollution process in Guangzhou Panyu atmospheric composition station [J]. Environmental Science, 2017,38(6):2246-2255.

[28] 武蕾丹,王秀艳,杨 文,等.某工业园区VOCs臭氧生成潜势及优控物种 [J]. 环境科学, 2018,39(2):511-516.

Wu L D, Wang X Y, Yang W, et al. Ozone formation potential and priority species of VOCs in an industrial park [J]. Environmental Science, 2018,39(2):511-516.

[29] Cheng N N, Jing D, Zhang C, et al. Process-based VOCs source profiles and contributions to ozone formation and carcinogenic risk in a typical chemical synthesis pharmaceutical industry in China [J]. Science of Total Environment, 2021,752:141899.

[30] Liang X M, Sun X B, Xu J T, et al. Improved emissions inventory and VOCs speciation for industrial OFP estimation in China [J]. Science of the Total Environment, 2020,745:140838.

[31] Gao Y Q, Li M, Wan X, et al. Important contributions of alkenes and aromatics to VOCs emissions, chemistry and secondary pollutants formation at an industrial site of central eastern China [J]. Atmospheric Environment, 2021,244:117927.

[32] Wang H L, Hao R, Fang L, et al. Study on emissions of volatile organic compounds from a typical coking chemical plant in China [J]. Science of Total Environment, 2021,752:141927.

[33] Carter W P L. Development of the SAPRC-07chemical mechanism [J]. Atmospheric Environment, 2010,44(40):5324-5335.

[34] Zheng J, Yu Y, Mo Z, et al. Industrial sector-based volatile organic compound (VOC) source profiles measured in manufacturing facilities in the Pearl River Delta, China [J]. Science of The Total Environment, 2013,456-457:127-136.

[35] Derwent R G, Jenkin M E, Utembe S R, et al. Secondary organic aerosol formation from a large number of reactive man-made organic compounds [J]. Science of The Total Environment, 2010,408(16): 3374-3381.

[36] 中研智业研究院.中国标准件产品市场发展预测及投资策略研究报告2021～2026年 [R]. 北京:中研智业华泰信息技术研究院, 2021.

Zhongyan Zhiye research Institute. Report on market development forecast and investment strategy of fastener products in China (2021-2026) [R]. Beijing: Zhongyan Zhiye Huatai Information Technology Research Institute, 2021.

[37] 余宇帆.珠江三角洲地区典型工业VOCs源排放成分谱研究 [D]. 广州:华南理工大学, 2012.

Yu Y F. A study on chemical compostions of typical industrial VOC emission sources in the Pearl River Delta region [D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2012.

[38] 邵奕欣.典型行业挥发性有机物排放特征及减排潜力研究 [D]. 杭州:浙江大学, 2019.

Shao Y X. Study on emission characteristics and emission reduction potential of volatile organic compounds from typical industries [D]. Hangzhou: Zhejiang university, 2019.

VOCs emission characteristics and environmental impact analysis of fastener industry.

ZHENG Hai-sheng, WANG Xiao-qi, WANG Rui-peng, WANG Kai, SHEN Ze-ya, CHENG Shui-yuan*

(Key Laboratory of Beijing on Regional Air Pollution Control, Faculty of Environmental and Life, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China).2022,42(3)：1048～1056

In order to study the VOCs emissions characteristics of fastener industry and its impact on air quality, typical industries were selected and a sampling project was conducted. 102 species of VOCs were analyzed utilizing GC-MS/FID. The VOC spectrums of fastener industries were established. The emission inventory, emission factors and its impact on air quality were estimated. Results indicated that the alkane was the dominant component of VOCs in all processes of fastener industries with proportions ranging from 29.58% to 68.94%. Alkanes including n-dodecane, ethane and propane, aromatic hydrocarbons including o-xylene and p-xylene, and oxygenated hydrocarbons including butyl acetate and acetaldehyde were the components with high emission load. Aromatics were the major contributors to the potential of ozone generation, while alkanes were the main contributor to the formation potential of secondary organic aerosols. The VOCs emission factor of the fastener industry was 1.51kg/t. The national annual VOCs emissions of fastener industry from 2018 to 2020 were 11, 496.84, 13, 301.89 and 14,365.69 tons in respective, with the annual growth rate of 11.85%.

fastener industry；volatile organic compounds；emission characteristics；environmental impact；emission factor；emissons

X511

A

1000-6923(2022)03-1048-09

郑海胜(1996-),男,河南信阳人,北京工业大学硕士研究生,主要从事大气污染防治及环境规划管理方面研究.

2021-08-17

国家自然科学基金资助项目(51638001)

*责任作者, 教授, chengsy@bjut.edu.cn