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美国VOCs管控治理的发展

撰写时间: 2017年10月30日 09:56:00       文章来源: 中国环境网         点击量

美国是世界上第一个出现光化学烟雾事件的国家,也是第一个立法管控VOCs的国家,其VOCs的研究工作最深入、管控也最严格。因此本文主要从美国VOCs治理管控的政策历程、标准和经济管理手段三方面进行探讨。

管控政策的发展历程

美国VOCs的治理最早开始于1943年7月某天洛杉矶居民在清晨中感受到空气中强烈的味道,于是VOCs的研究和治理就拉开了序幕,治理过程持续好几十年,曲折漫长。从图1中可以看出,美国VOCs的排放量经过几十年的管控,在2001年左右开始降到较低水平,相应的臭氧的空气质量也在逐年改善(图2)。管控政策的发展可以分为三个阶段。

第一阶段——VOCs早期整体管控阶段

20世纪80年代之前,VOCs一词是比较少见的,当时主要使用碳氢化合物(Hydrocarbon),或碳氢化合物和有机溶剂这一名词。在这一阶段,主流观点认为碳氢化合物以气态形式存在于大气中,其中很多可以参与光化学反应从而引发大气光化学污染。于是美国EPA于1971年颁布了1h光化学氧化剂的环境空气质量标准(36FR8186),其限值为0.08ppm。

这一阶段美国已经对管控有机物的反应性有所察觉,美国空气污染控制局或美国EPA在一系列文件中提出,“使用有机物替代的措施来降低光化学氧化剂的环境浓度是有效的”,并且在某些光化学污染严重的地区已经出台碳氢化合物反应性管控政策,如洛杉矶于1966年颁布了66规定(Rule66)以限制有机溶剂的排放。1970年,在碳氢化合物减排的指导性文件《碳氢化合物和有机溶剂控制技术》(AP-68)中,将推荐的控制技术分为末端治理技术和反应性控制技术两大类,其中,反应性控制技术指的是“使用光化学反应活性较低的物质”。

虽然EPA对于豁免或替代总体持支持态度,但是由于对VOCs反应性的认识不足,因此并没有颁布明确的政策或措施,还仅仅停留在设想的阶段。

第二阶段——豁免政策阶段

在这一阶段,EPA确认光化学氧化剂中最重要的组成部分就是臭氧,其主要前体物就是VOCs和氮氧化物(NOx)。EPA认识到VOCs反应速率存在差异,并且已有的数据和信息表明只有极少数的VOCs可以免于管控。这个观点对该阶段的VOCs管控政策产生了重要影响。VOCs控制技术指南(CTGs)系列以及《VOCs控制推荐政策》是该阶段最重要的VOCs管控政策.

(1)CTGs

CTGs强调传统的VOCs控制措施,其认为,增加处理设施和改进生产工艺的管控措施要比VOCs豁免或替代等反应性管控措施更有效。如在《VOCs控制技术卷Ⅱ:金属罐、电磁线圈、纸张、纤维、乘用车以及轻型货车的表面涂层》中提到,末端治理、涂料改性和过程控制这三个技术是“切实有效的”减排技术,因为这三个技术大幅减少了排放到大气中的VOCs的量;而溶剂替代技术虽然一定程度上能降低光化学氧化剂的环境浓度,但实质上并没有减少有机物的排放量。

(2)VOCs控制推荐政策

1977年7月EPA颁布了《VOCs控制推荐政策》,开启了VOCs豁免之路,因此也被称为豁免政策。该政策将VOCs分为反应性的和微反应性的两大类:反应性的化合物作为VOCs接受管控,而微反应性的则可以免于管控。第一批豁免物质包含了4种化合物———甲烷、乙烷、1,1,1三氯乙烷和三氯氟甲烷。随着反应性研究的深入,越来越多的化合物被豁免。数据显示,截至1992年,共有21种(类)化合物被豁免。

总体而言,该阶段是对于VOCs反应性进一步深入的阶段,实现了有机物替代从设想到作为一项正式管控政策颁布并实施的转变,在传统减排方式的基础上,开始了豁免或替代减排的道路。

第三阶段——豁免政策与具体反应性政策阶段

1990年《清洁空气法修正案》实施,关注点从以往的单一VOCs控制转为VOCs和NOx的协同控制,在制定光化学污染达标策略时,EPA突出了污染物综合评估的需求。

该阶段是VOCs反应性研究最为深入的阶段,EPA对反应性管控政策的重视程度不断加强,并于2005年9月颁布了《臭氧州实施计划中控制VOCs的临时性指南》,是该阶段最重要的管控政策。该指南鼓励各州在颁布自己的州实施计划以满足臭氧的环境空气质量标准时,还应充分考虑最新的VOCs反应性的研究进展。该指南还指出,EPA在继续实施豁免政策的同时,还需鼓励臭氧持续不达标地区采用基于具体VOCs反应性的管控政策,并提出以下建议措施:

完善精确的具体物种的VOCs排放清单:鼓励各州完善VOCs排放清单,包括具体VOCs物质的排放量估算,而不是VOCs总量估算。

优先使用具体VOCs反应性指标的控制措施:使用反应活性指标和具体VOCs物种排放信息,可计算出降低臭氧环境浓度的成本,进而以较小的代价实现环境质量达标。

采用特定控制措施控制高反应性VOCs的排放:监管高反应活性的VOCs比监管所有VOCs物质更有效果。

鼓励使用VOCs替代物质和反应性加权排放限值:对于一些重要的VOCs排放行业,如油漆、涂料和黏合剂等,生产商可通过优化工艺进而改变物质组分和VOCs的总排放量。

可以看出,豁免政策仍然属于基于排放量管控的、致力于管控所有VOCs(考虑豁免)的减排方式,而具体反应性政策是根据具体物质(不考虑豁免)反应性的不同而区别对待,因此该指南的发布标志着EPA反应性政策的重大转变。

(1)豁免政策

EPA在起初的豁免政策中,共豁免了21种(类)物质,成为第一次反应性定义的组成部分,之后至2016年通过定义修订又陆续豁免了40种(类)物质,豁免政策颁布后豁免物质汇总见图3,可以看出,反应性定义中的豁免物质与豁免政策保持同步。

(2)具体VOCs反应性的管控政策

20世纪90年代初,CARB(加州空气资源委员会)就已经开始出台了基于VOCs反应性来制定的相关政策法规。CARB于1991年将MIR值纳入到低排放量机动车与清洁能源单种VOCs排放量的核算政策法规中。

整个20世纪90年代期间,CARB对反应性规模及其在相应环境监管体系中的应用做了持续研究。2000年6月,CARB结合当时最新的MIR值出台了气溶胶涂料的相关法规,之后又将MIR值应用到包括建筑涂料在内的其他法规中。2005年EPA批准了《加州气溶胶反应性规定》作为加州臭氧州实施计划的一部分。

尽管具体反应性管控的方法相对于基于排放量管控方法取得的VOCs减排效果更加明显,但在实施过程中仍存在许多亟待解决的问题。由于VOCs物质众多,具体反应性管控方法要比排放量管控方法复杂得多,在一定程度上导致了管控成本的增加。

排放标准

在美国环境空气质量标准(NAAQS)中,与VOCs控制相关的主要内容主要有两大类,即常规污染物排放标准和危险空气污染物的国家排放标准。为达到NAAQS标准,EPA针对固定源颁布了基于最大可达控制技术(MACT)和一般可行控制技术(GACT)的《国家有毒空气污染物排放标准》(NESHAPs),要求受控污染源安装可达到同行业最低排放水平的处理设施对污染进行处理。同时,就新污染源制定了《新污染源排放标准》(NSPS),不仅要求各行业采用最佳示范技术(BTD),而且还规定了排放限值和操作标准等内容。针对VOCs涉及的不同行业均制定以最佳实用技术(BPT)为依据的行业标准,见表1。

行业排放标准涉及石化、炼油、精细化工(染料、颜料、杀虫剂、涂料等杂项有机化学品)、表面涂装、出版印刷、铸造、油品储运、制药、服装干洗等领域。同时根据排放源类型的差异,在行业排放标准中,又分为储罐、装载操作、设备泄漏、工艺排气、废水挥发五类源,并分别规定了工艺设备、运行维护,以及排放限值的要求(表2)。其中,后四类源均为逸散源。可见其控制工作的周密性和重视程度。

经济管理手段

为改善空气质量,美国采取了多种空气污染管制方式,其中,最主要的经济管理手段就是征收包括VOCs在内的各项污染物排污费。美国排污收费制度,主要依据排污许可进行费用收取。

以美国加州南海岸空气品质管理局(SouthCoastAirQualityManagementDistrict,SCAQMD)为例,他们通过征收各项列管污染物排放费,以改善空气质量。VOCs是其列管污染物之一。VOCs排污收费始于1995年,只要是排污许可制度管理范围内的VOCs排放企业,均需申报并缴纳排污费。加州VOCs排污费征收以吨为计费单位,排放量在4吨/年以下的工业污染源,按照75美元的固定费率征费;排放量超过4吨/年的工业污染源,根据不同排放规模实行阶梯收费(表3)。

SCAQMD通过制定年排放申报计划,提供VOCs排放量计算表格,要求各设施每年申报排放量。VOCs排放量计算方法包括质量平衡、连续监测系统、排放源检测结果、排放系数和燃料分析。通过排污收费,加州南海岸倒逼VOCs污染控制,引导企业从源头控制VOCs排放,有效改善了空气质量。

展望

在全美大部分地区达标之后,逐步加严环境空气质量标准是EPA环境空气质量管控的特点之一。很多地区又将从臭氧达标区域变为不达标区域,从而需要开展下一轮的治理工作,VOCs排放量削减空间逐渐缩小。在环境质量标准进一步加严,削减空间又逐渐缩小的情况下,下一步美国VOCs的管控必然要采取具体反应性管控政策。