基于情景分析的城市大氣污染物減排潛力研究

吉木色

(北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京　100085)

基于情景分析的城市大氣污染物減排潛力研究

吉木色

(北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100085)

【摘要】針對(duì)烏魯木齊總量控制與環(huán)境質(zhì)量改善具有較好一致性，減排潛力仍然較大，排污總量與環(huán)境容量差距也較大的特點(diǎn)，基于情景分析法，通過設(shè)置基準(zhǔn)情景和不同控制措施情景，預(yù)測(cè)主要大氣污染物(SO2、NOx、煙粉塵)在目標(biāo)年2015年和2020年不同情景下的排放量，分析與基準(zhǔn)情景相比較下的控制措施減排貢獻(xiàn)，以定量化評(píng)估各項(xiàng)大氣污染防治措施對(duì)其污染物減排效果。結(jié)果表明，火電行業(yè)對(duì)污染物的減排貢獻(xiàn)最大，對(duì)SO2、NOx、煙粉塵的減排貢獻(xiàn)分別達(dá)到23%、39%和24%；石化、冶金行業(yè)對(duì)SO2和NOx的減排貢獻(xiàn)占比較高，建材和采掘行業(yè)對(duì)煙粉塵的減排具有較高貢獻(xiàn)。同時(shí)指出調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、提高集中供熱比例和實(shí)施機(jī)動(dòng)車污染控制對(duì)烏魯木齊大氣污染防治同樣具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】大氣環(huán)境；情景分析；減排；烏魯木齊

中圖分類號(hào)：X21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：碼：A

文章編號(hào)：號(hào)：1673-288X(2015)05-0102-04

Abstract：The relationship between total amount control and environmental quality improvement of Urumqi has a good consistency，and it still has great potential to reduce emissions，and there was also a big difference between its total amount and environmental capacity. Based on the method of scenario analysis，the pollutants (SO2，NOx，smoke and dust) have been estimated in the target year 2015 and 2020 by setting the Business-as-usual (BAU) scenario and different control measures scenarios，which compared with the BAU scenario to calculate the emission reduction to evaluate the effects of air pollution prevention measures quantitatively.

Keywords：atmospheric environment；scenario analysis；reduction；Urumqi

作者簡(jiǎn)介：史學(xué)峰，副研究員，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)

1引言

目前，我國(guó)城市大氣污染防治正處于污染治理攻堅(jiān)期，在傳統(tǒng)污染物新增量下降，污染排放高位趨緩的同時(shí)，面臨著污染治理措施邊際效益減小的挑戰(zhàn)。我國(guó)總量控制制度從“九五”期間的提出，到“十二五”時(shí)期進(jìn)入快速、全面的發(fā)展階段，主要通過對(duì)跨區(qū)域酸雨污染、重點(diǎn)工業(yè)、低矮源實(shí)施SO2和NOx總量控制，取得了一定成效[1-2]。相關(guān)研究認(rèn)為，未來在發(fā)展方式?jīng)]有取得全局性突破、資源能源消費(fèi)總量下降和工業(yè)化完全實(shí)現(xiàn)之前，污染物總量控制作為改善環(huán)境質(zhì)量的重要手段，仍需堅(jiān)持、完善與加強(qiáng)[3]。烏魯木齊等煤煙型污染嚴(yán)重地區(qū)，區(qū)域總量控制與環(huán)境質(zhì)量改善具有較好一致性，減排潛力仍然較大，排污總量與環(huán)境容量差距也較大，總量控制制度仍將作為一種必須的手段承擔(dān)污染物控制與削減的任務(wù)。同時(shí)，我國(guó)的大氣污染防治正在逐步形成以總量控制倒逼經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的聯(lián)合驅(qū)動(dòng)機(jī)制[3]。單純由環(huán)保部門負(fù)責(zé)的廢氣治理已不是控制空氣污染的核心，由多部門聯(lián)合行動(dòng)、各司其職，綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口等復(fù)合系統(tǒng)是大氣治理的方向。因此，結(jié)合環(huán)境污染防治本身，強(qiáng)化污染源頭管控，多部門聯(lián)合防控成為關(guān)鍵。此時(shí)，有效評(píng)估各項(xiàng)措施的實(shí)施效果成為措施實(shí)施的重點(diǎn)。針對(duì)排放源的減排效果目前已有相關(guān)研究[4-6]，但是對(duì)源頭管控-能源消費(fèi)-污染源排放一體化的綜合評(píng)估仍顯不足。

本文以烏魯木齊市作為研究對(duì)象，通過情景分析的方法，討論如何定量化評(píng)估多部門各項(xiàng)措施在城市大氣污染防治過程中的具體貢獻(xiàn)，分清重點(diǎn)，為從源頭控制大氣污染、改善環(huán)境質(zhì)量提供建議。

2烏魯木齊市大氣環(huán)境現(xiàn)狀

烏魯木齊市地處天山北坡，三面環(huán)山，冬季靜風(fēng)頻率高，加上以煤為主的能源結(jié)構(gòu)以及工業(yè)生產(chǎn)工藝相對(duì)落后的現(xiàn)狀，烏魯木齊市成為西部地區(qū)重污染城市，2014年中重度污染日數(shù)占全年的5.7%，輕度污染日數(shù)占全年的20.9%[7]，采暖期污染嚴(yán)重。從1998年開始，烏魯木齊市大力實(shí)施“藍(lán)天工程”，強(qiáng)化污染綜合治理[8]。近年，烏魯木齊市傳統(tǒng)污染物中，除SO2濃度逐年下降并達(dá)標(biāo)之外，PM10和NO2仍然超標(biāo)，PM10濃度在小范圍內(nèi)有所波動(dòng)，而NO2濃度則在緩慢上升。

圖1　烏魯木齊近年大氣污染物年均濃度變化情況

近年，烏魯木齊市的煤炭消耗量以及污染物SO2和NOx的排放量整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，煙粉塵排放量有所下降。污染物排放主要來自電力及工業(yè)生產(chǎn)，其中電力、冶金、石化、建材、化工、采掘等是污染排放的重點(diǎn)行業(yè)。烏魯木齊市75%的工業(yè)SO2排放來源于電力、化工、冶金、石化四個(gè)行業(yè)，電力對(duì)工業(yè)NOx的排放貢獻(xiàn)超過一半，電力、建材、冶金、采掘?qū)I(yè)煙粉塵的排放貢獻(xiàn)總計(jì)超過85%。

圖2　烏魯木齊市歷年煤炭消耗量和污染物排放量

3研究方法

根據(jù)烏魯木齊市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、能源利用現(xiàn)狀及未來發(fā)展水平，結(jié)合重大建設(shè)項(xiàng)目、污染物治理項(xiàng)目中大氣污染物排放控制技術(shù)水平的分析，預(yù)測(cè)未來污染物排放強(qiáng)度水平，按照工業(yè)源、生活源和機(jī)動(dòng)車源三部分，計(jì)算各控制措施情景下的污染物減排貢獻(xiàn)，從而分析各類控制措施的減排效果。

3.1　排放量的預(yù)測(cè)

(1)工業(yè)源大氣污染物排放量預(yù)測(cè)：工業(yè)源大氣污染排放根據(jù)排放因子法進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)污染物排放量與工業(yè)產(chǎn)值以及排放強(qiáng)度之間的關(guān)系，在未來污染物去除效率逐步提高的條件下，各行業(yè)污染物排放強(qiáng)度也隨之降低，進(jìn)而得到未來各行業(yè)污染物的排放趨勢(shì)。

圖3　烏魯木齊市2011年各行業(yè)工業(yè)污染物排放貢獻(xiàn)

(1)

其中，Qi為工業(yè)污染物排放量(萬噸)；C為各行業(yè)產(chǎn)值(萬元)；E為各行業(yè)污染物排放強(qiáng)度(噸/萬元)；n代表重點(diǎn)行業(yè)，主要包括火電、建材、化工、石化、冶金、采掘和其他工業(yè)。

(2)生活源大氣污染物排放量預(yù)測(cè)：為了重點(diǎn)考量集中供熱調(diào)整帶來的污染減排，本次生活源污染物排放量計(jì)算只考慮城鎮(zhèn)居民分散取暖供熱帶來的污染物排放，由集中供熱比例和人均生活排放系數(shù)計(jì)算，生活源污染物排放量計(jì)算公式為：

(2)

式中，Qd為生活源大氣污染物排放量(萬噸)；P為非農(nóng)業(yè)人口數(shù)量(萬人)；D為城鎮(zhèn)居民集中供熱比例(%)；E為城鎮(zhèn)人均生活污染排放系數(shù)(kg/人)。

(3)機(jī)動(dòng)車大氣污染物排放量預(yù)測(cè)：機(jī)動(dòng)車污染物排放量由機(jī)動(dòng)車保有量、機(jī)動(dòng)車行駛里程、排放因子計(jì)算得到，機(jī)動(dòng)車污染物排放量計(jì)算公式為：

(3)

式中，Qm為機(jī)動(dòng)車污染物排放量(萬噸)；Pi為第i車型機(jī)動(dòng)車保有量(萬輛)；VKT為第i車型的年均行駛里程(km)；EFi為在第i車型的排放因子(g/(km·輛))。在本次計(jì)算中，車型i分為重型客車、輕型客車、重型貨車、輕型貨車、摩托車5類。

3.2　情景設(shè)置

為了研究在經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展情況下，各種控制措施的實(shí)施對(duì)污染物排放量的影響，就未來可能在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)源、機(jī)動(dòng)車源、生活源污染排放控制等方面采取的措施設(shè)定相應(yīng)情景，并與基準(zhǔn)情景(即不實(shí)施額外措施，保持各污染源現(xiàn)有排放水平不變)進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷減排空間。其中，重點(diǎn)控制工業(yè)源按照現(xiàn)狀污染排放情況(圖2)及未來潛力，選取火電、建材、化工、石化、冶金、采掘等行業(yè)。

(1)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)情景：參考《烏魯木齊市能源發(fā)展與節(jié)能規(guī)劃(2008-2015年)》、《烏魯木齊市“十二五”生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)規(guī)劃及2020年長(zhǎng)期規(guī)劃》、《烏魯木齊區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》中關(guān)于烏魯木齊未來能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃要求，預(yù)測(cè)2015年、2020年的煤炭消費(fèi)占一次能源比例由目前的73%分別降低到60%和50%。

(2)工業(yè)源減排情景：按照2011年烏魯木齊市工業(yè)污染物排放情況分析，各行業(yè)污染物去除效率普遍偏低(表1)。根據(jù)國(guó)家和區(qū)域規(guī)劃要求，未來烏魯木齊電力行業(yè)10萬千瓦以上現(xiàn)役燃煤機(jī)組要全部實(shí)現(xiàn)脫硫和完成低氮燃燒技術(shù)改造，綜合脫硫效率達(dá)到90%以上，綜合脫硝效率達(dá)到70%以上；新建燃煤發(fā)電機(jī)組全部配套建設(shè)脫硫、脫硝設(shè)施，脫硫、脫硝效率分別達(dá)到95%和80%以上；現(xiàn)有電力企業(yè)綜合除塵效率為98%，要求在2015年，逐步提高除塵效率到99%；其他重點(diǎn)行業(yè)，包括石化、建材、鋼鐵等都將實(shí)施污染物治理與削減工程。至規(guī)劃遠(yuǎn)期2020年，污染物去除效率在2015年的基礎(chǔ)上繼續(xù)得到提高，詳細(xì)參數(shù)設(shè)置見表1。

表1　工業(yè)減排情景下各行業(yè)分情景污染物綜合去除效率

(3)生活源減排情景：根據(jù)現(xiàn)狀烏魯木齊市居民生活污染物排放量，結(jié)合未來烏魯木齊集中供熱改造要求，規(guī)劃年2015年和2020年集中供熱比例分別由現(xiàn)狀的80%提高到95%和98%。

(4)機(jī)動(dòng)車減排情景：“十二五”期間，對(duì)現(xiàn)有黃標(biāo)車全部進(jìn)行淘汰，在“十三五”期間再對(duì)污染物排放量較大的老舊車進(jìn)行淘汰；按照國(guó)家要求逐步實(shí)施更加嚴(yán)格的機(jī)動(dòng)車新車排放標(biāo)準(zhǔn)。

4情景分析

依據(jù)現(xiàn)有污染物排放控制水平，未來隨著人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基準(zhǔn)情景下烏魯木齊市的污染物排放量有明顯的增加。各污染物在不同控制措施情景下的污染物排放情況如下。

4.1　二氧化硫排放

工業(yè)減排情景下，加強(qiáng)烏魯木齊工業(yè)生產(chǎn)裝置和燃煤鍋爐的脫硫設(shè)施建設(shè)，提高脫硫效率，2020年減排貢獻(xiàn)占比(單個(gè)措施減排貢獻(xiàn)占所有措施減排貢獻(xiàn)的占比)達(dá)到67%。其中，火電行業(yè)減排貢獻(xiàn)最大，對(duì)SO2的減排貢獻(xiàn)占比為23%。石化行業(yè)因其目前極低的脫硫效率，使得未來存在巨大的減排空間，2020年對(duì)SO2的減排貢獻(xiàn)占比能夠達(dá)到19%。冶金行業(yè)也是減排重點(diǎn)行業(yè)，其對(duì)SO2的減排貢獻(xiàn)占比達(dá)到11%。另外，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和加大集中供熱比例對(duì)SO2的減排貢獻(xiàn)占比分別為32%和2%。

4.2　氮氧化物排放

目前，烏魯木齊市工業(yè)對(duì)NOx 基本沒有進(jìn)行有效控制，通過脫氮脫硝綜合治理，2020年減排貢獻(xiàn)占比達(dá)到75%。其中，火電行業(yè)是烏魯木齊市NOx的重點(diǎn)減排行業(yè)，減排貢獻(xiàn)占比可占到39%。建材、石化、冶金行業(yè)的NOx綜合治理工程使其減排貢獻(xiàn)占比分別達(dá)到8%、11%、10%。機(jī)動(dòng)車尾氣是烏魯木齊NOx的重要排放來源，在機(jī)動(dòng)車減排情景下，2020年對(duì)NOx的減排貢獻(xiàn)占比達(dá)到24%。

4.3　煙粉塵排放

烏魯木齊市煙粉塵的排放主要來自工業(yè)和機(jī)動(dòng)車尾氣的排放。提高建材、電力和冶金、煤炭行業(yè)的除塵效率使煙粉塵減排貢獻(xiàn)占比分別達(dá)到37%、24%、8%、10%。另外，實(shí)施機(jī)動(dòng)車尾氣污染治理2020年對(duì)煙粉塵減排貢獻(xiàn)占比達(dá)到7%。

5結(jié)論

工業(yè)源污染物減排仍然是烏魯木齊市未來大氣污染控制重要措施。其中，火電行業(yè)污染控制對(duì)污染物的減排效果最為顯著，對(duì)SO2、NOx和煙粉塵而言，單個(gè)措施減排貢獻(xiàn)占所有措施減排貢獻(xiàn)的占比分別達(dá)到67%、39%和24%。其次，石化行業(yè)對(duì)SO2和NOx的減排貢獻(xiàn)占比也分別達(dá)到19%和11%；冶金行業(yè)對(duì)SO2、NOx和煙粉塵的減排貢獻(xiàn)占比分別達(dá)到11%、10%和8%；建材和煤炭行業(yè)對(duì)煙粉塵的減排貢獻(xiàn)占比較大，分別達(dá)到37%和10%。另外，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和提高集中供熱比例分別對(duì)二氧化硫的減排貢獻(xiàn)達(dá)到32%和2%，而實(shí)施機(jī)動(dòng)車污染防控對(duì)NOx和煙粉塵而言，減排貢獻(xiàn)占比分別達(dá)到24%和7%。因此，根據(jù)各項(xiàng)措施的減排貢獻(xiàn)，應(yīng)盡可能的采取多種措施綜合治理烏魯木齊大氣污染，使污染物減排達(dá)到最大化。

參考文獻(xiàn)：

[1]洪亞雄，吳舜澤，薛文博，等.“十一五”大氣污染物總量減排的環(huán)境效果回顧性評(píng)估[J].世界環(huán)境，2013，(6)：16-19.

[2]柴發(fā)合，陳義珍，文毅，等.區(qū)域大氣污染物總量控制技術(shù)與示范研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2006，19(4)：163-171.

[3]吳舜澤，吳悅穎，王東.將總量控制完善發(fā)展為生態(tài)文明建設(shè)基本制度[N].中國(guó)環(huán)境報(bào)，2013-11-12(2).

[4]陳娟，李巍，程紅光，等.北京市大氣污染減排潛力及居民健康效益評(píng)估[J].環(huán)境科學(xué)研究，2015，28(7)：1114-1121.

[5]吳智泉，張世平，馬美倩，等.北京市能源需求預(yù)測(cè)與污染物排放量變化趨勢(shì)分析[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2011，23(11)：41-45.

[6]楊峰.包頭市主要大氣污染物總量控制“十二五”規(guī)劃及可達(dá)性分析研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2012.

[7]烏魯木齊環(huán)保局.烏魯木齊環(huán)境狀況公報(bào)[R].烏魯木齊：烏魯木齊環(huán)保局，2014.

[8]李建，呂愛華，許嘉鈺.烏魯木齊大氣污染防治政策變遷與展望[J].新疆環(huán)境保護(hù)，2012，34(4)：5-9.

Based on the Scenario Analysis of Atmospheric Pollutants Emission

Reduction Potential Research

JI Muse

(Tsinghua Tongheng Urban Planning and Design Institute，Beijing 100085)

《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》簡(jiǎn)介

環(huán)境保護(hù)部主管和環(huán)境保護(hù)部環(huán)境與經(jīng)濟(jì)政策研究中心主辦的《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》(原《環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài)》，CCSCI來源期刊，全國(guó)中文核心期刊)于1976年創(chuàng)刊，現(xiàn)已加入“中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)全文收錄期刊”、“中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(CJFD)全文收錄期刊”、“萬方數(shù)據(jù)-數(shù)字化期刊群全文收錄期刊”、“中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(CAJCED)統(tǒng)計(jì)源期刊”、“中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(全文版)收錄期刊”。

2011年6月第三期本刊改版并定位為“國(guó)家級(jí)政策指導(dǎo)性學(xué)術(shù)期刊”，依據(jù)從環(huán)境保護(hù)的視角報(bào)道可持續(xù)發(fā)展理論與實(shí)踐辦刊宗旨，創(chuàng)新設(shè)置“理論戰(zhàn)略探索”、“政策專題研究”、“法律法規(guī)研討”、“典型案例解析”、“研究動(dòng)態(tài)瞭望”、“研究成果報(bào)道”、“生態(tài)文明之窗”等欄目。本刊底蘊(yùn)深厚尤其自2011年改版以來一直發(fā)揮集中選題的宣傳優(yōu)勢(shì)，提前發(fā)布選題，開展征稿組稿，期刊學(xué)術(shù)質(zhì)量顯著提高。據(jù)知網(wǎng)《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)(2014版)》，我刊學(xué)術(shù)影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關(guān)，為1.971，名列環(huán)境保護(hù)部主管期刊第一名。在全國(guó)收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國(guó)第18名，2011年第29名，2010年第33名。

2015年本刊緊緊圍繞中共中央國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》要求，以全面建成小康社會(huì)、全面深化改革、全面依法治國(guó)、全面從嚴(yán)治黨的戰(zhàn)略布局為統(tǒng)領(lǐng)，重點(diǎn)以深化生態(tài)文明體制改革和加快建立生態(tài)文明制度體系，建設(shè)美麗中國(guó)為議題，策劃選題。2015年擬重點(diǎn)選題：生態(tài)文明制度體系、大氣環(huán)境質(zhì)量管理、機(jī)動(dòng)車污染防治、水污染防治、土壤污染與修復(fù)、環(huán)境外交、環(huán)境與健康、農(nóng)村環(huán)境保護(hù)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范與應(yīng)急管理、固體廢棄物環(huán)境管理、環(huán)境產(chǎn)業(yè)、污染減排重點(diǎn)以及環(huán)境與貧困等。請(qǐng)各界人士能予以關(guān)注并不吝賜稿，同時(shí)歡迎相關(guān)單位及課題組協(xié)辦專欄或者專刊。

引用文獻(xiàn)格式：史學(xué)峰等.UASB+CASS工藝在處理乳業(yè)廢水中的應(yīng)用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(5)：106-109.