嘉興市人為源大氣污染物排放清單研究

馬 強 宮密秘 楊曉霞 萬 梅 張征宇 施垌垌 雷 宇 薄 宇,6#

(1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084；2.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；3.清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系，北京 100084；4.嘉興市生態(tài)環(huán)境局，浙江 嘉興314000；5.浙江清華長三角研究院，浙江 嘉興 314006；6.中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029)

近年，我國空氣質(zhì)量總體上得到改善，但京津冀、長三角等區(qū)域的重污染天氣仍時有發(fā)生。大氣污染物特別是人為源的大氣污染物排放清單是大氣污染物來源解析和重污染天氣應(yīng)急預(yù)案編制等工作的基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)。國內(nèi)外學(xué)者雖已對大城市或特大城市開展了較多污染源排放清單研究工作[1-5]，但對中小城市的研究還相對不足。

嘉興市雖屬中小城市但卻是長三角中的重要城市，其空氣質(zhì)量排名在浙江省中相對靠后[6]，亟需開展大氣污染物排放清單研究。吳建等[7-8]和郝歡等[9]分別就嘉興市的部分人為源中的一些污染物建立了排放清單，但對人為源的關(guān)注還不夠全面，污染物種類也較少。

因此，本研究嘗試建立2017年嘉興市較為全面的包含10大類人為源的大氣污染物排放清單，污染物種類也達到了10類，以期為嘉興市制定有針對性的污染防治措施，為長三角進行聯(lián)防聯(lián)控，實現(xiàn)區(qū)域科學(xué)治污和精準(zhǔn)治污提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象及范圍

以2017年為基準(zhǔn)年，研究范圍包括嘉興市9個縣(市、區(qū))(包括經(jīng)開區(qū)和港區(qū))，人為源考慮了化石燃料固定燃燒源、工藝過程源、移動源、溶劑使用源、農(nóng)業(yè)源、揚塵源、生物質(zhì)燃燒源、儲存運輸源、廢棄物處理源和餐飲油煙源10類，污染源排放污染物包括SO2、NOx、CO、揮發(fā)性有機物(VOCs)、NH3、總懸浮顆粒物(TSP)、PM10、PM2.5、黑碳(BC)和有機碳(OC)。在嘉興市生態(tài)環(huán)境局2017年統(tǒng)計的企業(yè)名單基礎(chǔ)上，根據(jù)全覆蓋的原則進一步對嘉興市涉氣企業(yè)和重點行業(yè)進行篩查，把符合本研究考慮的人為源污染物排放企業(yè)一并考慮。

1.2 數(shù)據(jù)來源

化石燃料固定燃燒源中電力供熱、工業(yè)鍋爐、工業(yè)爐窯和生物質(zhì)燃燒源中生物質(zhì)鍋爐的燃料類型、燃料消耗量和污染控制技術(shù)及其控制效率等數(shù)據(jù)由各縣(市、區(qū))治氣辦或生態(tài)環(huán)境局提供。民用燃料的燃料類型和燃料消耗量來源于浙江省生態(tài)環(huán)境廳。

工藝過程源中的各個企業(yè)每個工段的產(chǎn)品種類、產(chǎn)量和污染控制技術(shù)及其控制效率通過企業(yè)填報得到。

移動源中汽油車、柴油車和其他燃料車機動車數(shù)據(jù)來源于嘉興市公安局；客運海船和貨運海船數(shù)據(jù)來源于浙江省海事局，客運內(nèi)河船和貨運內(nèi)河船數(shù)據(jù)來源于浙江省港航管理局，內(nèi)河漁船和海洋漁船數(shù)據(jù)來源于浙江省海洋與漁業(yè)局；非道路移動機械數(shù)據(jù)中的公路機械數(shù)據(jù)來源于各縣(市、區(qū))的交通運輸局，建筑和市政工程機械數(shù)據(jù)來源于住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，農(nóng)業(yè)機械數(shù)據(jù)來源于農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，港作機械數(shù)據(jù)來源于港航管理局。

溶劑使用源中工業(yè)涂裝、印刷企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量、物料投用量、物料的VOCs質(zhì)量分數(shù)和污染控制技術(shù)及其控制效率數(shù)據(jù)通過企業(yè)填報得到；汽修企業(yè)的溶劑類型及用量數(shù)據(jù)由各縣(市、區(qū))的市場監(jiān)管局汽修管理科提供；農(nóng)藥類型及使用量來自《嘉興統(tǒng)計年鑒2017》；建筑涂料類型及用量數(shù)據(jù)來自浙江省生態(tài)環(huán)境廳；干洗溶劑類型及用量數(shù)據(jù)由嘉興市市場監(jiān)管局提供。

農(nóng)業(yè)源中畜禽養(yǎng)殖的畜禽種類及數(shù)量、氮肥施用的氮肥施用量、土壤本底的農(nóng)作物耕地面積、固氮植物的種植面積、秸稈堆肥的秸稈堆肥量來源于各縣(市、區(qū))的農(nóng)業(yè)部門；人體糞便計算用的農(nóng)村人口數(shù)來自《嘉興統(tǒng)計年鑒2017》。

揚塵源中施工揚塵的施工面積和污染控制技術(shù)及其控制效率，道路揚塵的道路類型、長度和污染控制技術(shù)及其控制效率，堆場揚塵的堆場材料、堆放量和污染控制技術(shù)及其控制效率等數(shù)據(jù)來源于各縣(市、區(qū))的建設(shè)或交通部門。

儲存運輸源的燃料儲存量和運輸量數(shù)據(jù)獲取分兩種方式，嘉興市生態(tài)環(huán)境局提供的企業(yè)的數(shù)據(jù)來自嘉興市商務(wù)局，其他補充的企業(yè)的數(shù)據(jù)由企業(yè)填報。

廢棄物處理源的廢水和固廢處理量數(shù)據(jù)來自嘉興市生態(tài)環(huán)境局。

餐飲油煙源中的固定爐頭數(shù)來源于各縣(市、區(qū))餐飲油煙監(jiān)管部門。

1.3 估算方法

依據(jù)《城市大氣污染物排放清單編制技術(shù)手冊》(以下簡稱《手冊》)[10]提供的方法，嘉興市2017年人為源大氣污染物排放清單計算中，化石燃料固定燃燒源(SO2和顆粒物除外)、工藝過程源、移動源、溶劑使用源、農(nóng)業(yè)源、揚塵源、生物質(zhì)燃燒源、儲存運輸源、廢棄物處理源和餐飲油煙源的大氣污染物排放量采用排放因子法計算，計算方法見式(1)。化石燃料固定燃燒源中SO2和顆粒物的排放量，采用物料衡算法計算，分別見公式(2)和(3)。對于溶劑使用源中工業(yè)涂裝、印刷企業(yè)中沒有VOCs排放因子的產(chǎn)品則采用式(4)計算排放量。

E=A×EF×(1-η)

(1)

E=A×2×S×(1-sr)×(1-η)

(2)

E=A×Aar×(1-ar)×f×(1-η)

(3)

E=∑(Wi×WFi)

(4)

式中：E為大氣污染物排放量，t；A為排放源的活動水平；EF為污染物排放因子；η為污染控制技術(shù)對污染物的去除效率，若沒有污染控制技術(shù)則η=0；S為平均燃煤收到基硫分；sr為硫分進入底灰質(zhì)量比例；Aar為平均燃煤收到基灰分；ar為灰分進入底灰質(zhì)量比例；f為排放源產(chǎn)生的某種顆粒物占TSP的質(zhì)量比例；Wi為含有VOCs的物料i投用量，t；WFi為物料i的VOCs質(zhì)量分數(shù)，%。活動水平和排放因子的單位根據(jù)實際情況而定。EF、S、sr、Aar、ar、f的取值參考《手冊》。工藝過程中部分產(chǎn)品在《手冊》中找不到相應(yīng)的VOCs排放因子時，依次參考文獻[11]和[12]得到。

2 結(jié)果與討論

2.1 嘉興市人為源大氣污染物排放清單

由表1可以得到，2017年嘉興市人為源SO2排放總量為15 224 t，NOx排放總量為60 663 t，CO排放總量為102 600 t，VOCs排放總量為93 256 t，NH3排放總量為26 266 t，TSP排放總量為118 923 t，PM10排放總量為70 367 t，PM2.5排放總量為19 024 t，BC排放總量為941 t，OC排放總量為1 622 t。

化石燃料固定燃燒源是嘉興市SO2最大的排放貢獻源。NOx的主要排放源是移動源和化石燃料固定燃燒源。CO主要來自含碳燃料的不完全燃燒，移動源和化石燃料固定燃燒源是CO的主要貢獻源。VOCs排放主要來自工藝過程源和溶劑使用源。NH3排放主要來自于農(nóng)業(yè)源。TSP、PM10和PM2.5排放均主要來自工藝過程源和揚塵源。BC排放主要來自移動源，而OC排放主要來自餐飲油煙源。

2.2 排放源分擔(dān)率分析

2017年嘉興市人為源主要大氣污染物各行業(yè)的二級源排放分擔(dān)率如表2所示。

SO2主要來自化石燃料固定燃燒源中的電力供熱，占SO2排放總量的65.5%。工藝過程源中的平板玻璃和化石燃料固定燃燒源中工業(yè)鍋爐的排放量也相對較大，分別占SO2排放總量的8.3%、7.5%。

NOx主要來自移動源中的柴油車，占NOx排放總量的35.1%，其次為化石燃料固定燃燒源中的電力供熱，占NOx排放總量的33.8%。

CO主要來自移動源中的汽油車，占CO排放總量的35.6%，其次為化石燃料固定燃燒源中的電力供熱，占CO排放總量的33.4%。

VOCs的來源相對復(fù)雜，來自工藝過程源中的石油化工和紡織，分別占VOCs排放總量的19.7%、11.2%，來自溶劑使用源中的印刷和移動源中的汽油車分別占VOCs排放總量的8.0%、7.2%。

NH3排放主要來自于農(nóng)業(yè)源中的氮肥施用和畜禽養(yǎng)殖，分別占NH3排放總量的59.9%、22.1%。

TSP、PM10和PM2.5排放均主要來自工藝過程源中水泥生產(chǎn)及其他建材，以及揚塵源中的道路揚塵和施工揚塵。水泥生產(chǎn)、其他建材、道路揚塵和施工揚塵的TSP分別占總排放量的24.7%、24.6%、25.9%、9.1%，它們的PM10分別占總排放量的29.2%、29.1%、12.5%、10.7%，它們的PM2.5分別占總排放量的28.6%、24.9%、11.3%、7.0%。

BC主要來自移動源中的柴油車和非道路移動機械，分別占BC總排放量的39.0%、33.1%。OC主要來自餐飲油煙源中的餐飲油煙，占OC總排放量的63.0%。

2.3 各縣(市、區(qū))的人為源大氣污染物排放情況

從表3可以看出，港區(qū)的SO2和CO排放量最大，平湖市的NOx排放量最大，海寧市的VOCs和OC排放量最大，桐鄉(xiāng)市的NH3和顆粒物排放量最大，南湖區(qū)的BC排放量最大。

2.4 主要大氣污染物排放的空間分布特征

對大氣污染中普遍關(guān)注的6種污染物SO2、NOx、PM10、PM2.5、VOCs和NH3進行空間分析(見圖1)發(fā)現(xiàn)，SO2、NOx、PM10、PM2.5和VOCs排放的重點源主要集中在各縣(市、區(qū))的工業(yè)園區(qū)或工業(yè)集聚區(qū)，但NH3的排放相對比較分散。具體而言，SO2和NOx排放主要來自中國化工新材料(嘉興)園區(qū)、桐鄉(xiāng)市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)和南湖大橋工業(yè)園區(qū)等，這些區(qū)域不僅工業(yè)較發(fā)達，而且路網(wǎng)稠密、車流量大，是化石燃料固定燃燒源和移動源污染物集中排放的區(qū)域。PM10和PM2.5排放主要來自秀洲區(qū)、桐鄉(xiāng)市和海鹽縣等縣(市、區(qū))的混凝土企業(yè)和水泥企業(yè)。VOCs排放主要來自海寧市長安高新區(qū)、桐鄉(xiāng)市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、中國化工新材料(嘉興)園區(qū)和南湖區(qū)大橋工業(yè)園區(qū)等重點工業(yè)園區(qū)，主要涉及石油化工、紡織、印刷和工業(yè)涂裝等二級排放源。NH3排放主要來源于氮肥施用和畜禽養(yǎng)殖，故空間分布相對分散，主要來自各縣(市、區(qū))農(nóng)業(yè)面積較廣的區(qū)域。

表1 2017年嘉興市各類排放源的污染物排放量

表2 二級源的分擔(dān)率

表3 各縣(市、區(qū))大氣污染物排放量1)

注：1)由于船舶的流動性較大，故船舶的排放量未分配到各縣(市、區(qū))。

圖1 2017年嘉興市主要污染物空間分布Fig.1 Spatial distribution of major air pollutants in Jiaxing in 2017

3 結(jié) 論

(1) 2017年嘉興市人為源SO2、NOx、CO、VOCs、NH3、TSP、PM10、PM2.5、BC和OC排放總量分別為15 224、60 663、102 600、93 256、26 266、118 923、70 367、19 024、941、1 622 t。

(2) 各縣(市、區(qū))排放的重點污染物不同。SO2和CO排放量港區(qū)最大，NOx排放量平湖市最大，VOCs和OC排放量海寧市最大，NH3和顆粒物排放量桐鄉(xiāng)市最大，BC排放量南湖區(qū)最大。

(3) 對于大氣污染中普遍關(guān)注的6種污染物，化石燃料固定燃燒源中的電力供熱是SO2的最大排放源，移動源中的柴油車是NOx的最大排放源，工藝過程源中的水泥生產(chǎn)是PM2.5和PM10的最大排放源，工藝過程源中的石油化工是VOCs的最大排放源，農(nóng)業(yè)源中的氮肥施用是NH3的最大排放源。

(4) SO2、NOx、PM10、PM2.5和VOCs排放的重點源主要集中在各縣(市、區(qū))的工業(yè)園區(qū)或工業(yè)集聚區(qū)，而NH3的排放空間分布相對比較分散。