上海大型船厂大气污染物排放现状及减排对策分析

徐　勇,　李　铁

(上海交通大学,上海 200240)

0　引　言

船舶工业属于劳动力、资金和技术密集的产业。上海作为我国最大的港口城市之一，有着悠久的造船历史，是我国船舶工业的发源地。

在全球经济增速放缓,航运及海洋资源勘探开采市场供需失衡的大环境下，上海船舶海工行业出现产值和效益双下降的情况。2016年全球航运市场持续低迷，我国主要造船指标同比下降，工业总产值等主要经济指标回落明显，船舶工业的健康发展面临巨大挑战。

同时，我国于1984年发布了国家《船舶工业污染物排放标准》(GB 4286—84)，1985年开始实施。《大气污染物综合排放标准》(GB 16297—1996)发布后，代替了《船舶工业污染物排放标准》中的废气部分相关标准,但该标准是一个综合性的排放标准，并不能体现造修船工艺中废气排放的特点，对除锈和涂装过程中的无组织排放也没有给出特定的管理控制要求。上海市颁布实施了《大气污染物综合排放标准》(DB 31/933—2015)及《船舶工业大气污染物排放标准》(DB 31/934—2015)，规定了船舶工业钢质船舶造修与海洋工程装备企业的大气污染物排放限值、监测、生产工艺和管理要求[1]，通过各大气污染物排放标准对比(见表1),可知上海市船舶工业标准是最严格的、最苛刻的，同时企业必须向环境保护主管部门申报拥有的污染物排放设施、处理设施和在正常运行条件下排放污染物的种类、数量及浓度，并提供防治大气污染方面的有关技术资料[2]，新实施的大气污染物排放控制标准对上海的船舶工业将产生巨大影响。针对上海大型船厂的挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)排放现状及减排进行对策分析。

表1　各大气污染物排放标准对比

1　上海地区大型船厂大气污染物排放与控制现状

目前，上海建成以长兴、外高桥、临港、崇明等地域为主的长江口船舶与海洋工程装备总装产业基地、配套产业基地及现代化修船改装产业基地等[3]。从2010年起，上海船舶制造业的重心向长江口转移，并以长兴岛8 km规划岸线作为契机，规划和建设世界最大的船舶制造基地。

1.1　生产流程主要环节产生的大气污染物种类

船厂生产工艺流程主要环节包括钢材及型钢等材料从码头进入材料堆场，经预处理工场处理后送至钢料加工区(理料工场、切割工场及弯曲工场)，进行切割及弯曲加工。随后根据需要进入部件工场、平面分段工场、曲面分段工场、立体分段工场及上层建筑工场进行部件分段装焊和部件分段预舾装。制成后的分段进入涂装间进行分段涂装，大分段进入船坞进行合拢，并进行完工涂装。船体制造完成后出坞，在舾装码头上完成机电设备等的最后舾装后，进行试车，试车成功后进行试航，试航合格的船舶即可交付客户。

在不同的工艺阶段会产生不同种类的污染物，造船生产工艺主要流程及污染物排放情况见图1。

1.2　上海大型船厂大气污染物的实际排放情况

根据上海市物价局、财政局、环保局的联合发文《上海市物价局、上海市财政局、上海市环境保护局关于本市开展挥发性有机物排污收费试点工作的通知》，大气污染物各项目排放限值见表2。

从2015年10月起，对VOCs进行排污收费[4]，收费标准逐年调整。目前上海地区大型船厂的VOCs实际排放量及排污费情况见表3。由表3可知，2015年第四季度，上海大型船厂的均排污费约为200万元，2016年上半年为300～400万元。根据规定，从2016-07-01起，VOCs的排污收费将从原来的10元/kg上调至15元/kg，因此，2016年下半年的排污费为500～600万元，导致2016年船厂的排污费高达近千万元。自2017-01-01起，排污费将上调至20元/kg，船厂的排污费大幅增加，这对于目前处于探底阶段的船舶制造业来说，更是雪上加霜。

按照国家环保部门的要求，涂装产生的废油漆桶属于危险废物，要求堆放在危险废物堆场内。目前，符合上海市环保要求的且有资质的危险废物处理企业处理能力有限，因此，企业废油漆桶的产生量远大于危险废物厂家的处理量，造成大量废油漆桶的积压。

图1　造船主要生产工艺流程及污染物排放节点示意

1.3　上海大气污染物排放存在的主要问题

环境保护标准需要逐步提高，目前上海相关标准较为严格，无法达标的企业可能会选择搬离，损害地方经济发展和财政收入，因此制定的标准要符合现实和企业承受的限度。以日本川崎市为例，当时日本全国范围内没有相关法律，神奈川县将立法权下放给川崎市。1960年川崎市出台公害防止条例;1962年对排放煤烟做出规范和限制；1965年出台公害对策基本法;1968年在全市建立二氧化硫监测设备;1970年与39家工厂签订《防止大气污染协定》，强化发生源对策;1972年川崎市公布新的公害防止条例，对排放总量做出规定(称为"川崎方式")，在日本起到先驱引领作用;1978年对氧化氮排放物质做出规定;1979年全市范围达到二氧化硫浓度排放标准;2000年又对颗粒物做出规定。

政策的制定要客观合理，确保政策的可实施性，需进行事先调查以了解工厂能否做到。公众、政府及企业三方要力求平衡，共同努力实现良性循环。因此，尽管川崎市大力整治环境问题，但早期的钢铁及化工等企业并未因此搬离该地，并派生了新的产业——新能源与生命科学，新旧产业在川崎市共生。关停和搬迁都不能从根本上解决问题，反而会造成该地经济发展失去动力。

总结日本的大气治理过程，值得借鉴的几点是：民意推动是政府和企业改进的原动力；政府先行立法，制定标准；与企业共存共荣，制定的标准考虑企业的承受力，具有可实施性，确保环境治理与地方经济共生；治理大气污染要讲究科学，细分污染源，逐步攻克；企业和政府要保证信息透明，及时向民众公开；研究机构要做到中立客观及权威。

表2　大气污染物各项目排放限值

表3　VOCs排放量及排污费

相对于世界先进国家的大气污染物排放标准，上海地区针对船舶行业的大气污染物排放标准是超前的，对上海的船舶行业是一个巨大的挑战。

2　大气污染物排放路径和对策分析

2.1　大气污染物的减排和管控技术发展

现代造船模式正向着总装化、精细化、信息化和安全环境方向发展，其中“绿色造船”已经成为全球造船行业的目标。近年来，国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)推出了一系列新公约和新规范，如新压载水舱涂层标准(Performance Standard of Protective Coatings,PSPC)、目标型造船标准(Goal-Base Standards,GBS)及新船效能指数(Energy Efficiency Design Index,EEDI)等，几乎涵盖船舶的整个生命周期。这些新的规则、规范从很大程度上影响了船舶的设计和建造理念，推动绿色船舶技术的创新。根据大气中VOCs产生的原理和VOCs的理化性质，其控制技术可分为过程控制和末端控制两大类。末端控制是针对VOCs的化学特性，着力于VOCs废气的治理，利用燃烧及分解等方法来控制VOCs的排放，是目前大气污染物减排的主要方式。

末端治理包括颗粒物和挥发性有机物的治理。颗粒物处理技术随着对颗粒物处理要求的日益提高，由过去的中效滤筒式除尘技术逐步向高效的除尘处理技术过渡，湿式、静电和过滤式高效除尘技术日趋成熟，处理效率可达到98%以上。通过末端治理技术方法对比(见表4),可知挥发性有机物的处理工艺技术主要分为回收技术和销毁技术。其中，回收技术包括吸收技术、吸附技术、冷凝技术及膜分离技术等；销毁技术包括催化燃烧、高温焚烧、生物氧化、低温等离子体和光催化氧化技术等。一般情况下回收技术主要用来处理高浓度(浓度>5 000 mg/m3)的有机废气，销毁技术主要处理低浓度(浓度<1 000 mg/m3)的有机废气。

表4　末端治理技术方法对比

图2　VOCs控制技术路径分类

2.2　先进国家大气污染物的减排和管控措施

随着VOCs污染范围的不断扩大和人们对其危害的逐步认识，1979年联合国欧洲经济委员会在日内瓦召开跨国大气污染会议，重点讨论了VOCs控制问题，1991年11月通过了《VOCs跨国大气污染议定书》，要求签字国以1988年VOCs排放量为基准，到1999年每年削减30%；1990年，美国修订了清洁空气法，要求到2000年将VOCs的排放量减少70%[5]。为此，寻找VOCs控制最优技术已成为解决VOCs污染的关键。随着世界各国对VOCs污染的日益重视和环保法规不断严格VOCs的排放标准，VOCs治理技术也在逐渐改进和完善。

有机废气处理难度大的主要原因是其种类繁多且来源广泛，所需要的一次性投资和操作费用高，基本无回收利用价值。成分复杂的有机废气则更难以净化、分离和回收。

西班牙、意大利及日本等国家都采用颗粒碳吸附、氮气脱附及精馏塔这一套治理设备，可实现溶剂回收率高达90%，吸附材料使用寿命为10年。但针对造船行业的特殊性，目前还没有像其他行业有相关VOCs治理的成功经验，很多方式和方法还在试验探索中。

2.3　上海地区大型船厂大气污染物的减排和管控措施

由于船舶制造行业VOCs排放的特点是低浓度、大风量、排放不定时及排放气体的浓度不恒定等特点，目前在其他行业取得明显成效的治理办法，在船舶制造行业还没有成功的案例，因此，目前上海地区大型船厂的末端治理方案也在探索之中。

2.3.1活性炭吸附+催化燃烧技术

钢板预处理线选择采用蓄热式氧化炉(Regenerative Thermal Oxidizer,RTO)的处理工艺。涂装车间选择采用蜂窝活性炭吸附+热空气脱附再生+催化燃烧的处理工艺。

2.3.2沸石转轮+RTO技术

钢板预处理流水线选择采用RTO的处理工艺，涂装车间选择采用沸石转轮吸附+RTO技术。

沸石转轮+RTO/RCO技术是大风量、低浓度的有机废气治理最先进、最有效的技术，但船舶涂装工场规模庞大，人工喷涂VOCs浓度负荷波动较大，沸石转轮+RTO技术的能耗表现及沸石转轮+RCO的净化效率稳定性还需实践评估。

2.3.3低温等离子技术

通过高压放电(如采用电弧法，则无法用于有爆炸危险的场合)产生大量的高能电子、羟基、臭氧及氧原子。使用介质阻挡技术，整个系统呈现低温属性。

图3　钢板预处理流水线有机废气净化系统改造原理

图4　涂装车间有机废气净化系统改造原理

图5　有机废气净化系统改造原理

各治理方案原理及其特点对比见表5。

表5　治理方案原理及其特点对比

3　结　语

VOCs治理是大气环境治理中较新的课题，各行业对VOCs治理达成的共识应以源头减排为核心，过程控制为重点，末端治理为手段。能够控制污染源是最好的方法，末端治理则是在无法控制污染源时选用的方法。从实际操作层面来看，无论是在“源头”环节进行材料替换，还是加强过程管控，甚至是末端治理，都需要更多的时间摸索比选。政府和企业目前应将更多的目光集中在末端治理环节，通过加装相关设备，以减少VOCs排放。

VOCs主要污染源为钢材预处理流水线、分段涂装工场、船坞及码头等。对于有组织排放区域，需要进一步探索有机废气的净化工艺和方法。对于无组织排放区域，主要依靠绿色工艺、加强膜厚管理及油漆消耗管理等措施，提高喷涂效率、降低油漆耗量，减少VOCs的排放。根据喷漆工艺要求及船舶所有人要求，逐步推广高固份油漆及水性漆的替代工作，从源头直接减少VOCs的排放，是VOCs减排最直接、最有效的根本措施。

以上措施在2016-2020年逐步开展，技术成熟满足现行生产工艺要求的可立即实施。至2020年预计可实现VOCs排放量比2015年减少30%的目标。