衡陽某經濟開發區大氣污染物排放情況研究

周凌峰 劉迎云 穆述鑫 曹 鼎 徐贊超 劉子奇

衡陽某經濟開發區大氣污染物排放情況研究

周凌峰 劉迎云 穆述鑫 曹 鼎 徐贊超 劉子奇

（南華大學資源環境與安全工程學院，湖南 衡陽 421001）

文章基于現場調研和企業填報的基礎數據，建立了2017年衡陽市某工業園的大氣污染物小尺度精細化排放清單。結果顯示，2017年，經開區CO、NOx、SO2、NH3、VOCs、PM2.5、PM10、BC及OC的排放量分別為3280.85 t、1549.98 t、1892.92 t、2.77 t、1628.22 t、1001.90 t、1996.46 t、10.93 t、11.46 t。通過對各行業貢獻分析發現，非金屬礦物制品業及化學原料和化學制品制造業的貢獻率在90%以上。結合園區產業定位，鹽鹵精細化工產業及新材料產業的貢獻率在74.73%～99.84%之間。根據大氣污染物空間分布情況發現，污染源主要集中于江西片區中部。

排放清單；自下而上；小尺度；工業源

引言

大氣污染源排放清單是各種排放源在一定時間跨度和空間區域內向大氣中排放的大氣集中量的集合[1]，是大氣環境研究及管理的重要基礎，主要涵蓋污染源解析、總量減排規劃、污染成因分析及防控政策制定[2,3]。源清單的相關研究工作最早在歐美等國展開，通過對排放因子的不斷完善，美國環保署（United States Environmental Protection Agency，USEPA）建立了美國國家層面的大氣污染源清單，并且每三年更新一次[4]。我國起步較晚，于20世紀90年代開啟編寫工作，并于第一次污染源普查之后快速發展，2010年清華大學建了高分辨的中國人為源大氣污染物清單——中國多尺度排放源清單模型（Multi-resolution Emission Inventory for China，MEIC）；隨后，中華人民共和國生態環境部于2014年發布了8項大氣污染源排放清單編制技術指南，并在北京、上海等城市首先開展試點編制工作[5]；由南開大學國家環境保護城市空氣顆粒物污染防治重點實驗室建立的大氣污染源譜數據庫（Source Profiles of Air Pollution，SPAP）于2020年的最后一天正式上線，為廣大人民群眾和科研工作者們提供服務。

近年來，國內學者研究工作主要集中于大中尺度的排放源清單，如大尺度的亞洲排放清單[6]、國家排放清單[7,8]；中尺度的京津冀地區[9,10]、珠三角地區[11,12]、長三角地區[13]以及城市群[14]。對小尺度如區縣一級行政區域、工業區的研究較少，談佳妮等[15]通過對上海市寶山區大氣污染物排放清單研究發現，小尺度排放清單可為大尺度排放清單的建立提供有益參考。實際上，相較于一般區域，工業密集區域的排放清單研究較為困難[16]，不僅對周邊大氣環境質量及居民健康產生不利影響，甚至會造成局部地區空氣污染。同時，據2019年氣象資料顯示，衡陽市去年盛行東北風，除夏季外，大氣較為穩定，且本研究區域位于衡陽市主城區上風口。因此，開展對工業區的深入研究，對局部地區空氣質量管理、大氣環境預測于評價等都具有重要意義。

本研究以衡陽某經濟及開發區為研究對象，開展小尺度排放清單研究。將企業填報和實地調研相結合，提高排放量估算的準確性，最后利用ArcGIS結合污染源類型及排放點分析經濟開發區排放清單的空間分布特征。通過上述研究，為經開區大氣環境治理提供理論和實踐依據，為周邊工業區排放清單的編制及環境治理方案的制定提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區域及內容

經濟開發區位于東經112°62′～112°65′，北緯26°95′～26°99′，東距湘江0.5公里，南距市中心15公里，規劃控制面積54.66平方公里，行政區劃面積23.95平方公里，是全國第七批省級開發區、國家第一批循環化改造示范園區，也是國家高技術產業基地、湖南省信息化和工業化融合試驗區。作為長江以南最大的巖鹽、芒硝基地，經開區不僅擁有極為豐富的鹽鹵資源，交通也同樣便捷。經過近幾年的發展，園區內裝備制造、新能源、新材料、鹽鹵化工及精細化工等支柱產業集聚發展優勢日益凸顯，同時初步形成了企業內部、企業之間、產業之間、園區與周邊地區之間的四重循環經濟模式。本文利用Arc GIS建立100 m×100 m網格，以每個網格的中心點經緯度坐標標識該網絡的地理位置，從工業去污染源角度出發，對松木經開區化石燃料燃料固定燃燒源、工藝過程源、堆場揚塵源經行估算，建立經開區工業源大氣污染物排放清單。衡陽某經濟開發區如圖1所示。

圖1 衡陽某經濟開發區位置示意圖

通過對不同排放清單編制方法的比較，本研究采用實地調查、問卷調查、環境統計等方法獲得工業源活動水平，調查內容主要包括企業基本信息、鍋爐或爐窯的燃燒設備基本信息生產工藝和原輔料基本信息、污染物控制設施基本信息。對部分企業采用實測法計算排放總量，其余企業采用排放因子法計算排放總量，排放系數主要通過生態環境部相關技術指南和文獻獲得。

1.2 排放量計算

1.2.1 化石燃料固定燃燒源

依據《城市大氣污染物排放清單編制技術手冊》和《生物質燃燒源大氣污染物排放清單編制技術指南》，確定各化石燃料固定燃燒源污染污染物的排放因子，計算各類污染物年排放量Ej，公式如下：

式（1）中Ej為j污染物的年排放量（t）；EFj為j污染物的排放因子（g/kg）；L為燃料消耗總量（t）；η為污染物控制措施對污染物的去除效率。

1.2.2 工藝過程源

工藝過程源主要考慮化學原料和化學制品、有色金屬冶煉和壓延加工、黑色金屬冶煉和壓延加工、非金屬礦采選、農副食品加工、橡膠和塑料、非金屬礦物制品、專用設備制造等。活動水平對象為原材料消耗量或產品產量，其數據主要來自問卷調查。計算公式如下：

式（2）中Ej為j污染物的年排放量（t）；EFj為j污染物的排放因子（g/kg）；W為產品年產量或原料年消耗量。

1.3 排放因子

為反應經開區各污染源的真實排放水平，本研究綜合實地檢測、國家頒布的排放清單指南、國內外學者發布的研究成果等綜合確定了不同污染源的排放因子。排放因子來源如表1所示。

表1 排放因子來源

排放源因子來源 固定燃燒源《城市大氣污染物排放清單編制技術手冊》《生物質燃燒源大氣污染物排放清單編制技術指南》 工業過程源《城市大氣污染物排放清單編制技術手冊》《大氣揮發性有機物源排放清單編制技術指南》國內學者發布的研究成果[17-19]

2 結果與討論

2.1 經開區工業源排放清單及各污染物排放分擔率

對經濟開發區工業源不同污染物按行業進行劃分匯總后，其排放總量如表2所示。根據表2，經開區CO、NOx、SO2、NH3、VOCs、PM2.5、PM10、BC及OC的排放量分別為4608.53 t·a-1、2469.51 t·a-1、2529.9 t·a-1、47.64 t·a-1、1840.10 t·a-1、915.43 t·a-1、1293.47 t·a-1、9.73 t·a-1、10.87 t·a-1。其中，CO的排放總量最大，PM10、SO2、VOCs及NOx排放總量雖少于CO，但仍處于一個數量級；最低為BC、OC、NH3。相較于其他工業區，經開區VOCs排放量也相對較高，這可能與園區內建有較多與化學原料化學制品制造業有關。整體而言，園區呈現高CO，低NH3的工業區污染源特征。通過對經開區工業源各污染物的排放分擔率作圖（圖2）分析發現，非金屬礦物制品業、電力生產及化學原料和化學制品制造業是該區域污染物的主要來源。上述三大產業基本貢獻了該區域全部的CO、NOx、SO2、NH3及VOCs排放量，分別占CO、NOx、SO2、NH3及VOCs排放總量的99.96%、99.96%、99.99%、99.85%及99.23%。同時，非金屬礦物制品業、電力生產及化學原料和化學制品制造業對PM2.5、PM10、BC及OC也有著及高的貢獻率，分別占PM2.5、PM10、BC及OC的93.10%、67.19%、91.76%及92.61%。園區三大主導行業對不同大氣污染因子的貢獻率也不盡相同，化學原料和化學制品制造業貢獻了較多的SO2、VOCs和PM10，分別為42.44%、73.67%和42.21%；非金屬礦物制品業排放了較多CO、NOx、BC和OC，分別占62.31%、41.25%、81.35%和65.43%；化學原料和化學制品制造業及非金屬礦物制品業對PM2.5的貢獻相當，分別為46.34%和46.22%；電力生產貢獻的NH3最多，達到了94.33%。此外，電力生產對CO、NOx、SO2、VOCs和OC也有不小的貢獻，分別為28.79%、37.22%、23.44%、11.68%和9.31%；化學原料和化學制品制造業也貢獻了一定量的CO、NOx、NH3、BC及OC，分別為8.85%、21.49%、5.52%、6.24%及17.87%。除非金屬礦物制品業、電力生產及化學原料和化學制品制造業外，非金屬礦采選業貢獻了較多的PM2.5、PM10、BC和OC，分別占5.51%、29.26%、8.23%和7.38%；對于VOCs而言，橡膠和塑料制品業、通用設備制造業、專用設備制造業及其他設備制造業也有一定的貢獻，分別為0.08%、0.16%、0.35%及0.14%。食品制造業是化學原料和化學制品制造業及電力生產外唯一的NH3來源，貢獻了剩下的0.15%。

表2 2017年工業源大氣污染物排放清單

行業分類污染物年排放總量/t·a-1CONOXSO2NH3VOCsPM2.5PM10BCOC 化學原料和化學制品制造業407.97530.651073.722.631355.60424.21545.950.611.94 金屬制品業0.010.01－－0.410.050.03－－ 非金屬礦采選業－－－－－50.49378.520.800.80 非金屬礦物制品業2871.681018.63863.06－255.52423.11314.447.927.11 農副食品加工業－－－－－0.020.11－－ 有色金屬冶煉和壓延加工業0.120.20－－0.010.000.00－－ 黑色金屬冶煉和壓延加工業－－－－－3.331.24－－ 橡膠和塑料制品業－－－－1.42－－－－ 通用設備制造業－－－－2.98－－－－ 專用設備制造業－－－－6.35－－－－ 其它制造業－－－－2.64－－－－ 食品制造業1.830.820.210.070.330.000.000.000.00 電力生產1326.93919.19592.9344.94214.844.968.690.411.01 施工揚塵－－－－－9.2544.48－－ 合計4608.532469.512529.9247.641840.10915.431293.479.7310.87

圖2 經開區工業源不同污染物排放貢獻率

2.2 經開區四大支柱產業污染物排放情況

作為全國第七批省級開發區、國家第一批循環化改造示范園區，經開區逐漸形成以裝備制造、新能源、新材料、鹽鹵化工及精細化等四大支柱產業。將調查企業進行分類，進而得到經開區四大支柱產業對各種污染因子的貢獻率，統計結果見圖3。

通過對圖3分析發現，鹽鹵精細化工產業及新材料產業貢獻了較多的CO、NOx、SO2、VOCs、PM2.5、PM10、BC及OC。與鹽鹵精細化工產業相比，新材料產業對CO、NOx、PM2.5、PM10、BC及OC貢獻率較高，分別為62.42%、41.37%、53.12%、57.11%、89.60%及72.84%，這些污染物的排放與園區內從事水泥生產企業的生產有著密不可分的聯系。同時，新材料產業對SO2及VOCs也有一定的貢獻，分別為34.13%和17.79%，對NH3的貢獻則很小，僅為0.36%。鹽鹵精細化工產業因生產較多的硫酸、元明粉（主要化學成分為硫酸鈉）、離子膜燒堿（主要化學成分為氫氧化鈉）及聚氯乙烯等化工產品，對SO2及VOCs的貢獻較多，分別為60.68%和69.96%。同時，化工企業內原材料堆場對PM2.5、PM10的也有不錯的貢獻，分別為46.69%和42.72%；除此之外，鹽鹵化工產業對CO、NOx、NH3、BC、OC也有一定的貢獻，分別為12.30%、37.47%、5.31%、7.90%、17.85%，根據調查發現，園區正在穩步推進煤改氣專項整治行動，可能是導致CO貢獻率占比較NOX較低的原因之一。新能源產業及智能制造產業由于企業入駐較少，對CO、NOx、SO2、VOCs、PM2.5、PM10、BC及OC的貢獻不高，分別為25.27%、21.16%、5.18%、12.25%、0.19%、0.16%、2.50%和9.31%。因新能源產業主要采用生物質發電，因此對NH3的貢獻率較高，達到了94.33%。

2.3 同類研究比較

為了驗證本排放清單的可靠性和可信度，本研究的估算結果與本年度衡陽市排放清單進行了比較，如表3所示。

表3 衡陽市與經開區排放清單研究結果對比（t·a-1）

地區SO2NOxPM10PM2.5COBCOCVOCsNH3 人為源自然源 衡陽市22458541621127113392520071824435901429226318935504 經開區1892.921549.981996.461001.903282.8510.9311.461628.222.77

根據付柳淑等[19,20]的研究結果顯示，在工藝過程源中，金屬礦物制品業排放了較多的PM2.5、PM10、SO2、NOx、CO，這與本研究的結果是一致的。對比自然源，人為源排放的VOCs相對較少，且在人為源中，溶劑使用源又是主要的污染源之一，與園區VOCs排放情況較為一致。同時，在排放的35504 tNH3中，農業源的排放量占總排放量的94.5%，僅有很少不分的NH3來自工業排放，因此，本研究中NH3排放量較少是符合衡陽市2017年NH3排放特征的。

2.4 工業源各污染物空間分布

基于工業源排放清單數據，本研究利用Arc GIS分析工具并結合污染源地理信息資料，運用ArcToolbox工具中Data Management Tools模塊下的Sampling子模塊中的Create Fishnet功能，建立100 m×100 m的網格，對CO、NOx、SO2、NH3、VOCs、PM2.5、PM10、BC及OC等污染物排放進行落地。同時，結合土地利用情況（數據來源：GlobeLand30，http://www.globeland30.org）及企業位置，得到圖4。根據圖4發現，江東區域以林地居多，沒有得到有效開發利用，入駐的企業數量也較少；人造地面主要集中在江西中部，這里分布著最多的企業，且相對集中，主要分布在東西走向的松楓路和上倪路及南北走向的蒸陽北路、新安路和金源路兩側。結合大氣污染因子分布網格，CO最高排放量為2871.68 t·a-1·ha-1，NOx最高排放量為1018.63 t·a-1·ha-1，SO2最高排放量為863.06 t·a-1·ha-1，PM2.5最高排放量為367.94 t·a-1·ha-1，VOCs最高排放量為1221.83 t·a-1·ha-1，PM10最高排放量為481.27 t·a-1·ha-1。

2.5 不確定性分析

在編制大氣污染源排放清單的過程中，存在著一定的隨機誤差、監測誤差、數據代表性不足及關鍵數據缺乏等不確定性因素[21]，如果不能正確對待這些不確定性因素，可能導致對排放源分配、重要污染源識別、排放趨勢及污染源與空氣質量的關系，甚至對污染控制政策的制定產生不利影響[22]。本研究大氣排放源清單的不確定性而言，從污染源角度分析：本清單僅針對園區工業源排放的主要污染物進行估算。由于資料收集有限及數據量化較為困難等原因，未涉及道路餐飲油煙及道路移動源對大氣污染物的貢獻。工業源活動水平數據收集時采用自下而上的方式，較為詳細地收集了各工業企業地生產原料及產品數據、環保設施數據，因此工業源的活動水平數據較為可靠。但排放因子數據本地化程度不高，本清單所使用的排放因子主要參考“清單編制技術指南”中的推薦值，與實際情況存在一定的差異；同時，存在部分產品無對應因子，導致不確定性的進一步加深。因此，下一步工作應加強大氣污染排放因子本地化，對排放因子進行測量及驗證，提高污染源清單的準確度。

3 結論

（1）由排放源清單可知，2017年園區大氣污染物排放總量按從大到小排列依次為：CO、SO2、NOx、VOCs、PM10、PM2.5、NH3、OC及BC，響應值分別為4608.53 t、2529.92 t、2469.51 t、1840.10 t、1293.47 t、915.43 t、47.64 t、10.87 t、9.73 t。

（2）園區CO、NOx、BC及OC貢獻最高的行業為非金屬礦物制品業；非金屬礦物制品業及化學原料及化學制品制造業對SO2、PM2.5及PM10的貢獻率相當；VOCs貢獻率最高的行業為化學原料及化學制品制造業。

（3）通過對園區四大支柱產業分析，鹽鹵精細化工產業及新材料產業貢獻了較多的CO、NOx、SO2、VOCs、PM2.5、PM10、BC及OC；新能源產業及智能制造產業貢獻了最多的NH3。

結合污染物空間排放分布及園區土地利用情況，污染因子排放比較集中，主要分布在江西中部地區中。

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Study on the Emission Status of Air Pollutants in an Economic Development Zone in Hengyang

Based on the field research and the basic data filled in by enterprises, this paper establishes a small-scale refined emission inventory of air pollutants in an industrial park in Hengyang city in 2017. The results show that in 2017, the emissions of CO, NOx, SO2, NH3, VOCs, PM2.5, PM10, BC and OC in the economic development zone are 3280.85 t, 1549.98 t, 1892.92 t, 2.77 t, 1628.22 t, 1001.90 t, 1996.46 t, 10.93 t, and 11.46 t, respectively. Through the contribution analysis of various industries, it is found that the contribution rate of non-metallic mineral products industry and the chemical raw materials and chemical products manufacturing industry is more than 90%. Combined with the industrial positioning of the park, the contribution rate of brine fine chemical industry and new material industry is between 74.73% and 99.84%. According to the spatial distribution of atmospheric pollutants, the pollution sources are mainly concentrated in the west middle area of the river.

emission inventory; from bottom to top; small-scale; industrial source

X51

A

1008-1151(2022)09-0045-05

2022-06-22

湖南省教育廳科學研究重點項目（17A180）。

周凌峰（1996－），男，南華大學資源環境與安全工程學院在讀碩士研究生，研究方向為大氣污染防治。

劉迎云（1964－），女，湖南益陽人，南華大學資源環境與安全工程學院教授，從事空氣質量研究工作。