成都市細(xì)顆粒物排放清單基礎(chǔ)研究

毛紅梅

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都610065)

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成都市細(xì)顆粒物排放清單基礎(chǔ)研究

毛紅梅

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都610065)

摘要通過調(diào)研成都市工業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)和居民生活的統(tǒng)計(jì)資料，研究分析文獻(xiàn)報道的各種污染源排放因子，計(jì)算出成都市各源相對PM2.5的貢獻(xiàn)率，開發(fā)了成都市2012年P(guān)M2.5的排放源清單。結(jié)果顯示，成都市2012年共向大氣中排放PM2.570923噸。其中揚(yáng)塵源對PM2.5的貢獻(xiàn)最大，所占比例為60%，其次為移動源，所占比例為24%。

關(guān)鍵詞PM2.5排放清單排放因子

0引言

排放源清單是對某一地區(qū)的一種或幾種污染物排放源的排放量進(jìn)行估算，它對于政策制定和科學(xué)研究都具有重要的價值。在科學(xué)研究上，排放源清單是大氣污染模式重要的起始輸入數(shù)據(jù)，是研究空氣污染物在大氣中物理化學(xué)過程的先決條件，它對于模擬二次污染物、了解某一地區(qū)的空氣污染狀況，確立合適的減排方案都有重要作用。

目前，成都市已經(jīng)形成電子信息、機(jī)械、冶金、化工、醫(yī)藥、建材、能源、輕工、紡織、食品、燃料和軍工等多元化的產(chǎn)業(yè)布局，在西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中具有十分重要的地位。與此同時，能源消費(fèi)也不斷增加、大氣污染也越來越嚴(yán)峻，以顆粒物為主的污染更是呈加劇態(tài)勢?？諝忸w粒物污染不僅能使大氣能見度降低,增加了交通事故的次數(shù)，而且對城市景觀和氣候產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響,同時對人體健康造成危害。根據(jù)國內(nèi)外大量流行病學(xué)研究資料，可吸入顆粒物的濃度升高與疾病的發(fā)病、死亡率密切相關(guān)，尤其是呼吸系統(tǒng)疾病及心肺疾病；而PM2.5的粒徑很小，與PM10或直徑大的顆粒物比較, PM2.5的比表面積大,易被病毒、細(xì)菌、放射性塵埃和重金屬等各種有毒有害物質(zhì)吸附，研究表明，PM2.5可影響人體的心血管、呼吸、免疫、神經(jīng)、生育和遺傳系統(tǒng)等，PM10可進(jìn)入人的鼻腔及氣管，而PM2.5除了能進(jìn)入肺部，還能進(jìn)入肺泡甚至血液，引起肺部和全身炎癥， 增加血脂升高、動脈硬化的風(fēng)險，導(dǎo)致心律不齊，血壓升高。所以必須高度重視顆粒物的監(jiān)測和防治。因此，研究四川盆地的PM2.5污染狀況，建立成都市的排放源清單是十分必要的。不僅事關(guān)成都人民的生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展 ，對于研究西南地區(qū)的空氣污染狀況也有非常重要的意義。

1來源分類

成都市顆粒物污染來源較復(fù)雜，由于成都市經(jīng)濟(jì)不斷地增長，2012年成都市的的機(jī)動車保有量僅次于北京。同時又由于成都市近年來高架橋、地鐵、工業(yè)園區(qū)等不斷壯大，使成都市顆粒物污染來源變得更為復(fù)雜，顆粒物的來源也多種多樣。其主要的來源有：工業(yè)源、移動源、揚(yáng)塵源、生物質(zhì)燃燒源。

2清單計(jì)算方法

2.1計(jì)算方法

PM2.5排放量的估算采用排放因子法，排放因子法是排放源清單估算使用最為廣泛的方法之一，是EPA、EEA排放源清單編制手冊推薦的清單編制方法。該方法是人類活動程度的信息，即活動水平數(shù)據(jù)與量化單位活動的排放量系數(shù)即排放因子相結(jié)合的結(jié)果。其計(jì)算公式如下：

E=A×EF

(1)

式中:E為PM2.5的排放量;A為活動水平數(shù)據(jù),如燃料消耗量或產(chǎn)品產(chǎn)量;EF為排放因子,該因子為考慮到控制措施的綜合排放因子。

1)固定燃燒源的計(jì)算方法

固定燃燒源包括火電、鋼鐵、有色金屬冶煉、建材、化工等高耗能、高排放行業(yè)。一般采用自下而上的排放因子法。公式如下：

(2)

式中，E為PM2.5的排放總量，kg/a;k,m分別為燃料類型、燃燒技術(shù)類型；Ak為活動水平數(shù)據(jù)，燃料燃燒量(kg/a)或能源消耗量(GJ/a)；EFk,m為排放因子，g/kg或g/GJ；η為控制措施的去除效率(對于沒有采取任何控制措施的情況下，η為0)。

2)工業(yè)過程源的計(jì)算方法

工業(yè)過程源涉及范圍廣，污染物排放量大。對于不同的經(jīng)濟(jì)行業(yè)，由于工藝技術(shù)和原料類型的差異，其排放的細(xì)顆粒物的強(qiáng)度有所不同。例如，磚瓦、水泥等非金屬礦業(yè)和鋼鐵、煉焦等金屬冶煉行業(yè)生產(chǎn)過程會排放大量的細(xì)顆粒物。在估算細(xì)顆粒物的排放量時，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)活動統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類型的不同和數(shù)據(jù)的可獲得性，以及排放量與相關(guān)活動水平數(shù)據(jù)的相關(guān)性，選擇計(jì)算公式：

1)采用基于原輔材料活動水平數(shù)據(jù)的排放因子法。其計(jì)算公式如下：

(3)

式中，E為PM2.5的排放總量，kg/a;j為產(chǎn)品類型；k為生產(chǎn)第j類產(chǎn)品的工藝過程；Aj為第j類產(chǎn)品的年產(chǎn)量，kg/a；EFj,k為生產(chǎn)第j類產(chǎn)品第k種過程的排放因子，g/kg。2)采用基于原輔材料活動水平數(shù)據(jù)的排放因子法。其計(jì)算公式如下：

(4)

式中，E為PM2.5的排放總量，kg/a;j為產(chǎn)品類型；k為生產(chǎn)第j類產(chǎn)品的工藝過程；Aj為生產(chǎn)第j類產(chǎn)品的原輔材料活動水平數(shù)據(jù)，kg/a；EFj,k為生產(chǎn)第j類產(chǎn)品第k種過程的排放因子，g/kg。

3)道路移動源的計(jì)算方法

道路移動源的排放特征受到內(nèi)燃機(jī)、尾氣控制技術(shù)、燃料類型等因素的影響，其污染物排放量一般采用模型估算法和排放因子法相結(jié)合的方式進(jìn)行估算，目前機(jī)動車的排放因子主要是采用IVE、MOBILE、COPERT等模型進(jìn)行估算。本研究采用MOBILE6模式計(jì)算排放因子，MOBILE6是由美國環(huán)保局開發(fā)的分別計(jì)算道路機(jī)動車氣態(tài)污染物排放系數(shù)和顆粒物排放系數(shù)的數(shù)學(xué)模型, 它根據(jù)多年來對大量車輛測試數(shù)據(jù)的分析回歸, 得到計(jì)算機(jī)動車各類污染物排放系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。根據(jù)成都市分車型的保有量和年均行駛里程, 以及MOBILE模式計(jì)算得到的各車型排放系數(shù), 可求得機(jī)動車氣態(tài)污染物和顆粒物的總排放量。計(jì)算公式為:

(5)

式中: E 為機(jī)動車PM2.5的排放量(kg/a) , EFv為v類機(jī)動車的綜合排放系數(shù)(g/km ) , Pv為計(jì)算年份v類機(jī)動車的保有量,Mv為計(jì)算年份v類機(jī)動車的年均行駛里程(km )。[4]

4)非道路移動源的計(jì)算方法

根據(jù)成都市的實(shí)際情況，非道路移動院主要為農(nóng)業(yè)機(jī)械與工程機(jī)械，通常采用基于燃料消耗量的排放因子法進(jìn)行估算。公式如下：

E=FC×FSEF×10-3

(6)

式中，E為PM2.5總排放量，kg/a；FC為燃料消耗量，kg/a；FSEF為基于燃油類型的排放因子，g/kg燃料。

5)道路揚(yáng)塵源的計(jì)算方法

道路揚(yáng)塵主要是指車輛碾壓和氣流夾帶等合力的作用下，沉積在路面上塵土、松散料再懸浮重新?lián)P起進(jìn)入大氣環(huán)境的過程。道路揚(yáng)塵可分為兩大類：未鋪裝道路揚(yáng)塵和鋪裝道路揚(yáng)塵，這兩種類型的道路揚(yáng)塵的細(xì)顆粒物的排放量的估算公式如下：

(7)

式中，E為PM2.5總排放量，kg/a; j為道路類型；EFj為第j種道路的排放因子，表示車輛在單位長度道路路面(Vehicle Kilometer Travelled, VKT)的揚(yáng)塵產(chǎn)生量，g/VKT;Lj為研究區(qū)域第j種道路的長度，km; Vj為第j種道路的車流量，輛/h。

6)建筑揚(yáng)塵源的計(jì)算方法

建筑揚(yáng)塵主要指在城市建設(shè)、建筑物建造與拆遷、道路改造與施工等過程中產(chǎn)生的一類無組織源。由于建筑施工工序和階段復(fù)雜，在實(shí)際估算中通常把施工揚(yáng)塵看作面源，認(rèn)為建筑施工揚(yáng)塵排放量主要與施工面積和施工運(yùn)作活動有關(guān)，采用基于施工面積的排放因子法進(jìn)行估算。公式如下：

E=A×EF×T×(1-θ)×10-3

(8)

式中，E為建筑施工揚(yáng)塵PM2.5排放量，kg/a；A為活動水平，即建筑施工面積，m2；EF為建筑施

表1　固定燃燒源排放因子

表2　郊區(qū)各類型公路PM2.5道路積塵排放因子g/VKT

表3　城市各類型城市道路PM2.5的道路排放因子g/VKT[6]

表4道路移動源排放因子 g/km[3]

機(jī)動車類型排放因子(g/km)汽油橋車0.019輕型汽油車0.033重型汽油車0.116摩托車0.012柴油橋車(出租車)0.282輕型柴油車0.259重型柴油車0.779公共汽車1.2512

表5成都市PM2.5排放量

成都市PM2.5排放量單位:噸源類型PM2.5排放量比例/%工業(yè)源928013.08461289移動源1677123.64677185揚(yáng)塵源4232959.68303653生活燃料燃燒4950.697940019秸稈露天燃燒20482.887638707合計(jì)70923

工揚(yáng)塵排放因子，g/(m2*h)；T為施工周期，h;θ為揚(yáng)塵控制效率，建筑揚(yáng)塵防治措施主要有灑水、密目網(wǎng)、圍欄等，成都市中心城區(qū)建筑揚(yáng)塵防治措施的控制效率設(shè)為70%，二圈層和三圈層控制效率分別設(shè)為50%和40%。趙普生等獲得天津市某工地建筑施工揚(yáng)塵PM10的排放因子為20.3μg/m3，黃玉虎等獲得呼和浩特建筑施工現(xiàn)場再懸浮顆粒物的粒徑分布為： PM2.5：PM10= 0.396:1?？梢杂?jì)算出成都市建筑施工揚(yáng)塵PM2.5的排放因子為8.04 μg/m3。

7)生物質(zhì)燃燒源的計(jì)算方法

根據(jù)四川盆地的實(shí)際情況分析，生物質(zhì)燃燒源主要包括以下兩種形式：農(nóng)村居民使用秸稈和薪柴作為炊事燃料，收獲季節(jié)農(nóng)田廢棄秸稈露天焚燒。關(guān)于這兩種形式的生物質(zhì)燃燒源都是采用基于活動水平數(shù)據(jù)的排放因子法進(jìn)行污染物排放量估算，公式如下：

E=M×EF×10-3

(9)

式中，E為生物質(zhì)源燃燒PM2.5的排放總量，kg/a；M為生物質(zhì)燃燒量，kg/a；EF為污染物PM2.5的排放因子，g/kg。

2.2基礎(chǔ)資料

本研究估算排放清單時活動水平數(shù)據(jù)主要來源如下：國家統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)公布的相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息；環(huán)保部門排污申報登記、環(huán)境統(tǒng)計(jì)和污染普查的數(shù)據(jù)；環(huán)境類著作、期刊和報告等科技文獻(xiàn)；行業(yè)工藝設(shè)計(jì)手冊；其他國家、地區(qū)公開公布的國家/地區(qū)排放源清單報告等。

2.3排放因子

在大多數(shù)情況下，排放因子只是在可接受條件下能得到的數(shù)據(jù)簡單平均，所以它們并不能推薦作為任何源的排放標(biāo)準(zhǔn)或限值。國外有關(guān)顆粒物和污染氣體的排放因子有很多實(shí)測數(shù)據(jù)，但有關(guān)中國區(qū)域的實(shí)驗(yàn)工作目前還較少，由于所用的排放因子過于龐雜，故文中未能一一列出，本文的排放因子主要引用國內(nèi)外已有的研究成果，同時也引用了國內(nèi)較新的實(shí)驗(yàn)成果。

3不確定性分析

成都市污染源排放清單的不確定性主要取決于以下兩個方面：排放因子與實(shí)際情況的貼切程度，本研究中收集分析了大量國內(nèi)的排放因子，同時又根據(jù)成都市具體情況適當(dāng)加以調(diào)整，如在計(jì)算裸露地表揚(yáng)塵時充分考慮了成都市的氣象要素。但是，由于缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在計(jì)算建筑施工揚(yáng)塵的過程中，本研究中只考慮了堆料的自然風(fēng)蝕揚(yáng)塵，沒有計(jì)算人類擾動對堆料的影響，這將對計(jì)算建筑施工揚(yáng)塵量產(chǎn)生不確定性。活動水平數(shù)據(jù)的代表性，本研究的數(shù)據(jù)不僅統(tǒng)計(jì)了環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，更在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化，使本研究的排放源清單更為系統(tǒng)、全面。

4分析和結(jié)論

成都市2012年共向大氣中排放PM2.5約70923噸。其中揚(yáng)塵源對PM2.5的貢獻(xiàn)最大，所占比例為60%，其次為移動源，所占比例為24%。要對成都市PM2.5的治理實(shí)施有效的控制以緩解其對大氣環(huán)境的壓力, 必須采取綜合控制措施。

對于揚(yáng)塵源，要增加道路清掃頻次和灑水次數(shù)，結(jié)合環(huán)境衛(wèi)生整治活動，及時清除道路積塵及道路兩側(cè)生活、建筑垃圾，減少二次揚(yáng)塵污染；對建筑控制區(qū)內(nèi)祼露土地，選擇性地進(jìn)行植被覆蓋；要加強(qiáng)公路兩側(cè)貨場(廠)散裝貨物的監(jiān)管，對易引起揚(yáng)塵的貨物要加蓋篷布，貨場(廠)周圍要建筑圍擋，通過多種途徑有效降低貨場(廠)二次污染；公路建筑施工現(xiàn)場，要采取加蓋篷布、建筑圍擋等有效措施防止施工現(xiàn)場散裝建筑用料揚(yáng)塵污染。

對于移動源，增強(qiáng)公眾環(huán)保意識，呼吁公眾低碳出行；逐漸淘汰國一國二的機(jī)動車；安裝催化凈化器；改善油品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]李麗珍,曹露, 王磊, 等.談中國 PM2.5的污染來源及危害[J].能源與節(jié)能， 2013(4)：77-78.

[2]吳燁, 郝吉明, 傅立新, 等. 澳門機(jī)動車排放清單[J]. 清華大學(xué)學(xué)報，2002，42(12)：1601-1604.

[3]趙盟.北京市奧運(yùn)期間大氣污染物減排效果評估[D].北京：清華大學(xué)，2009.

[4]趙普生, 馮銀廠, 張?jiān)７遥?等.建筑施工揚(yáng)塵排放因子定量模型研究及應(yīng)用[J]. 中國環(huán)境科學(xué)， 2009，29(6)：567-573.

[5]黃玉虎, 蔡煜, 毛華云, 等. 呼和浩特市施工揚(yáng)塵排放因子和粒徑分布[J].內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，42(2)：230-235.

[6]趙斌. 華東地區(qū)大氣污染源排放狀況研究[D].北京：中國氣象科學(xué)研究院，2008.

[7] 張強(qiáng)，Zbigniew Klimont，David G．Streets．中國人為源顆粒物排放模型及2001年排放清單估算[J]．自然科學(xué)進(jìn)展，2006，16(2)：223— 23l.

作者：毛紅梅(1991-)，女，碩士研究生，研究方向:環(huán)境工程。

Basic Research of Fine Particles Emission List of Chengdu

MAO Hong-mei

(College of Architecture and Environment, Sichuan University, Chengdu 610065)

Abstract：By studying the statistical data of Chengdu industry production, city construction and residents’ lives and analyzing various emission factors of pollution source reported in literature, the corresponding PM2.5 contribution rates were calculated and PM2.5 emission source list of Chengdu 2012 was developed. The results showed that the total emission amount of PM2.5 to atmosphere made by Chengdu in 2012 was 70923 tons, among which the largest portion was made by dust source, occupying 60% and next was mobile source, occupying 24%.

Key words：PM2.5, emission list, emission factors

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：中國分類號：X513A

收稿日期：2014-12-22

文章編號：1008-5580(2015)02-070-05 1008-5580(2015)02-075-05