長(zhǎng)沙縣大氣環(huán)境容量及總量控制研究

馮 暢，毛德華，朱 輝，王文松

（湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081）

0 引 言

近年來(lái)長(zhǎng)沙縣的工業(yè)燃煤使用比例、民用汽車(chē)擁有量、房屋施工面積和工業(yè)廢氣排放量均呈現(xiàn)了逐年上升的趨勢(shì)，這種增長(zhǎng)趨勢(shì)不僅對(duì)大氣環(huán)境帶來(lái)了一定的壓力，也對(duì)環(huán)境污染的控制和治理帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。雖然長(zhǎng)沙縣通過(guò)一系列環(huán)境整治工作逐步關(guān)閉或整改了一批重點(diǎn)污染企業(yè)，大氣污染的排放得到了有效控制，空氣環(huán)境質(zhì)量也明顯改善，但是由于工業(yè)園區(qū)的逐漸擴(kuò)大，長(zhǎng)沙市工業(yè)企業(yè)單位的逐步外遷，長(zhǎng)沙縣的大氣環(huán)境問(wèn)題依然不容忽視。

1 長(zhǎng)沙縣大氣污染現(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià)

1.1 大氣污染源狀況

長(zhǎng)沙縣的大氣環(huán)境污染物主要是SO2、NO2和PM10，整體上屬于煤煙型和石油型并重的復(fù)合型污染，其中又以PM10的污染較為嚴(yán)重。統(tǒng)計(jì)資料顯示，2010年長(zhǎng)沙縣大氣污染物主要來(lái)自于以下幾種方面：一是工業(yè)過(guò)程中使用燃煤所造成的煤煙型污染（SO2的重要排放源）。二是由于機(jī)動(dòng)車(chē)保有量增加，汽車(chē)尾氣污染逐漸上升（NOx的重要排放源）。三是在逐漸擴(kuò)大的城市基本設(shè)施和房屋建設(shè)中，揚(yáng)塵污染的增加（PM10的重要排放源）。

長(zhǎng)沙縣大氣污染物的排放主要來(lái)自于工業(yè)源（占90%以上），其中又以非金屬礦物制造、造紙及紙制品、交通運(yùn)輸設(shè)備制造和專(zhuān)用設(shè)備制造等行業(yè)的大氣污染較為嚴(yán)重。而生活源的大氣污染則相對(duì)較少（占10%以下），其來(lái)源主要是住宿業(yè)、居民服務(wù)業(yè)和獨(dú)立燃燒設(shè)施的排放。

2010年統(tǒng)計(jì)資料顯示，SO2排放量位列前三的是江背鎮(zhèn)、黃花鎮(zhèn)和跳馬鄉(xiāng)，其排放量占全縣的72.16%；NOx排放量排名靠前的是黃花鎮(zhèn)、江背鎮(zhèn)和星沙，占全縣的68.41%；TSP排放量相對(duì)較多的是江背鎮(zhèn)、暮云鎮(zhèn)和榔梨鎮(zhèn)，占全縣53.79%；PM10排放量居于前列的是江背鎮(zhèn)、黃花鎮(zhèn)和金井鎮(zhèn)，占全縣的52.97%。由此看來(lái)，大氣環(huán)境污染物的區(qū)域分布相對(duì)不均勻，主要分布在江背鎮(zhèn)、黃花鎮(zhèn)和縣城星沙等地區(qū)［1］。

1.2 大氣環(huán)境的主要問(wèn)題

（1）大氣環(huán)境主要污染物存在超標(biāo)現(xiàn)象：長(zhǎng)沙縣空氣主要污染物（SO2、NO2、PM10和 TPS）的污染排放達(dá)標(biāo)率相對(duì)較高，但是日均值最大濃度存在超標(biāo)現(xiàn)象，尤其以可吸入顆粒物日均值的超標(biāo)為甚。

（2）常規(guī)大氣污染物的區(qū)域分布不平衡：全縣的工業(yè)分布相對(duì)集中，鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，還有一定程度上的地形、氣象因素造成了大氣污染物在區(qū)域分布上的不均衡。

中部：工業(yè)的迅速發(fā)展和擴(kuò)張導(dǎo)致區(qū)域環(huán)境趨于惡化，城鎮(zhèn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不盡協(xié)調(diào)。

北部：無(wú)序的開(kāi)發(fā)活動(dòng)造成了區(qū)域生態(tài)功能的局部退化。但是工業(yè)規(guī)模較小，城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，排污量小，故空氣環(huán)境質(zhì)量狀況優(yōu)于中部。

南部：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活對(duì)區(qū)域大氣和水環(huán)境造成了一定污染，其中對(duì)區(qū)域內(nèi)的溪、河、渠、塘等小流域水環(huán)境的破壞較之大氣污染更為嚴(yán)重，所以對(duì)大氣環(huán)境的破壞也不及中部。

（3）可吸入顆粒物污染較嚴(yán)重：現(xiàn)階段長(zhǎng)沙縣最大的污染源主要是可吸入顆粒物，雖然近幾年其污染有所改善，逐步達(dá)到了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但2010年的大氣環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：全年有264天首要污染物為可吸入顆粒物［2］。

2 長(zhǎng)沙縣大氣環(huán)境功能分區(qū)

2.1 大氣環(huán)境功能區(qū)的劃分標(biāo)準(zhǔn)

本研究參照國(guó)家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095一2012）和《環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分原則與技術(shù)方法》（HJ14一1996）分析長(zhǎng)沙縣的環(huán)境和區(qū)域特點(diǎn)，將長(zhǎng)沙縣的大氣環(huán)境功能區(qū)劃分為三類(lèi)：

一類(lèi)大氣環(huán)境功能區(qū)：雖然長(zhǎng)沙縣有著多個(gè)自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和森林公園，但這些區(qū)域的面積相對(duì)比較小，在規(guī)模上達(dá)不到設(shè)立一類(lèi)大氣環(huán)境功能區(qū)的要求，故長(zhǎng)沙縣不設(shè)一類(lèi)大氣環(huán)境功能區(qū)。

二類(lèi)大氣環(huán)境功能區(qū)：將長(zhǎng)沙縣的整體劃為二類(lèi)區(qū)。其中人口密集度相對(duì)較高的居民區(qū)、文教區(qū)、民眾休閑景點(diǎn)以及一些零散的休閑旅游度假區(qū)、紅色旅游區(qū)為重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域。

三類(lèi)大氣環(huán)境功能區(qū)：綜合分析了長(zhǎng)沙市、湖南省乃至國(guó)家的大氣環(huán)境污染治理趨勢(shì)和長(zhǎng)沙縣的大氣環(huán)境污染現(xiàn)狀后，本研究認(rèn)為長(zhǎng)沙縣暫不應(yīng)考慮設(shè)立三類(lèi)區(qū)。

2.2 緩沖區(qū)

在劃分大氣功能分區(qū)的同時(shí)還要建立緩沖帶。雖然長(zhǎng)沙縣的整體劃為了二類(lèi)區(qū)，但是建議在重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域的周邊建立一條緩沖帶，設(shè)置300－500m左右寬的緩沖區(qū)。緩沖區(qū)內(nèi)的環(huán)境空氣質(zhì)量按內(nèi)插法，并且向一類(lèi)區(qū)傾斜來(lái)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 控制單元的劃分

為了更合理、精細(xì)地控制長(zhǎng)沙縣的大氣污染源，參照鄉(xiāng)鎮(zhèn)的行政區(qū)劃來(lái)對(duì)整個(gè)長(zhǎng)沙縣二類(lèi)區(qū)進(jìn)行子控制區(qū)的細(xì)分，將長(zhǎng)沙縣分為一個(gè)控制區(qū)和20個(gè)控制單元。將二類(lèi)大氣環(huán)境功能區(qū)（即整個(gè)長(zhǎng)沙縣）全部劃入第Ⅰ控制區(qū)，并以鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)劃做為參考，將二類(lèi)區(qū)分為20個(gè)控制單元，見(jiàn)表2－1。

表2 －1 長(zhǎng)沙縣第二類(lèi)大氣環(huán)境功能區(qū)控制單元的劃分

3 大氣環(huán)境主要污染物趨勢(shì)預(yù)測(cè)

3.1 二氧化硫排放量預(yù)測(cè)

依據(jù)近幾年長(zhǎng)沙縣二氧化硫排放量數(shù)據(jù)及能源消費(fèi)總量預(yù)測(cè)公式（E目標(biāo)年份＝GDP目標(biāo)年份×e2008×（1－λ））、煤炭消費(fèi)量預(yù)測(cè)公式（M 目標(biāo)年份＝M2008×E目標(biāo)年份÷E2008）、二氧化硫新增量預(yù)測(cè)公式（E非典SO2＝M非電增×q2008非電SO2×（1－K 宏觀(guān)）×10－3）對(duì)未來(lái)，能源、煤炭消費(fèi)總量和二氧化硫排放總量進(jìn)行預(yù)測(cè)（見(jiàn)表3－1）［3］。

表3 －1 能源、煤炭消費(fèi)總量和二氧化硫排放總量預(yù)測(cè)值

3.2 氮氧化物排放量預(yù)測(cè)

長(zhǎng)沙縣的氮氧化物排放量預(yù)測(cè)按照水泥行業(yè)、交通運(yùn)輸行業(yè)和其它行業(yè)三部分計(jì)算，如下式：E目標(biāo)年份NOx＝E水泥NOx＋E交通NOx＋E其他行業(yè) NOx。預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4－2［3］。

表3 －2 水泥行業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、其他行業(yè)排放增量預(yù)測(cè)和氮氧化物排放總量預(yù)測(cè)值

4 大氣環(huán)境容量計(jì)算

4.1 大氣環(huán)境容量計(jì)算的模型與方法

本研究采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《制定大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》（GBIT3840－91）提出的大氣功能區(qū)排放總量限制計(jì)算方法A－P值法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。總量控制的A－P值法是基于箱模式導(dǎo)出的，將這個(gè)區(qū)域看作是一個(gè)箱體，箱底和箱頂分別為區(qū)域下墊面和大氣混合層，箱子的范圍由區(qū)的范圍來(lái)確定。用單箱模型，并假設(shè)用相關(guān)大氣污染物濃度的標(biāo)準(zhǔn)限值Cs，且Cb（由上風(fēng)向進(jìn)入該箱內(nèi)的大氣污染物本底濃度）近似于零時(shí)，則可以推導(dǎo)出：

式中 VE—通風(fēng)量（m2／s）

Qs—允許排放污染物總量（104t／a）

S—城市面積（km2）R—年降水量（mm／a）

Cs—污染物年平均濃度的標(biāo)準(zhǔn)限值（mg／m3）

ud—干沉積速度（m／s）Wr—清洗比，取1.9×105

4.2 長(zhǎng)沙縣大氣環(huán)境容量計(jì)算

4.2.1 二類(lèi)控制區(qū)大氣環(huán)境容量計(jì)算

大氣容量計(jì)算結(jié)果可以為大氣污染物的總量控制提供依據(jù)。以行政區(qū)劃為二類(lèi)控制子單元，采用A－P值法，計(jì)算出各控制單元的大氣環(huán)境容量，并計(jì)算出點(diǎn)源及面源的排放限制，結(jié)果見(jiàn)表4－1（湖南地區(qū)的A值為3.64，長(zhǎng)株潭地區(qū)規(guī)劃的A值為0.6，本研究計(jì)算的A值均取平均值2.12）［4］。由表4－1可知，長(zhǎng)沙縣SO2、NOx、TSP和PM10的大氣環(huán)境容量分別為56 850t／a、47 375t／a、189 522t／a及94 756t／a。

表4 －1 長(zhǎng)沙縣分區(qū)大氣環(huán)境容量

續(xù)表

4.2.2 重點(diǎn)區(qū)域大氣環(huán)境容量計(jì)算

星沙都市經(jīng)濟(jì)生態(tài)區(qū)包括縣城星沙與長(zhǎng)沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的建成區(qū)、規(guī)劃的星沙生態(tài)新城區(qū)、長(zhǎng)沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)拓展區(qū)，總面積83.5km2。其工業(yè)集聚，人口密集度相對(duì)較高，大氣污染物控制問(wèn)題更為重要，故將其劃為特殊區(qū)域，并計(jì)算其大氣環(huán)境容量，計(jì)算結(jié)果如表4－2。星沙都市經(jīng)濟(jì)生態(tài)區(qū)在以后的污染控制過(guò)程中，建議以該區(qū)大氣環(huán)境容量為參考，限制其排放量，確定其削減量，合理規(guī)劃，逐步改善大氣環(huán)境。

表4 －2 星沙都市經(jīng)濟(jì)生態(tài)區(qū)大氣環(huán)境容量

4.2.3 主要大氣污染物總量控制

長(zhǎng)沙縣主要大氣污染的工業(yè)排放占到總排放的90%以上，基本代表了長(zhǎng)沙縣的大氣污染情況，同時(shí)又由于工業(yè)源具有相對(duì)集中，便于規(guī)劃管理、明晰責(zé)任的特點(diǎn)，所以主要對(duì)工業(yè)源的大氣污染排放提出總量控制目標(biāo)。本研究通過(guò)參考國(guó)家總量控制目標(biāo)、湖南省環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、長(zhǎng)沙市環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、《長(zhǎng)沙市生態(tài)市建設(shè)規(guī)劃》、《長(zhǎng)沙市城市總體規(guī)劃》、《長(zhǎng)沙縣生態(tài)縣建設(shè)規(guī)劃》，并分析長(zhǎng)沙縣空氣質(zhì)量狀況和SO2、NO2、TSP及PM10的現(xiàn)狀排放量后，建議長(zhǎng)沙縣主要大氣污染物SO2、NO2、TSP和PM10的工業(yè)大氣污染總量控制值分別設(shè)定為環(huán)境容量的12%、4%、3%、3%。如確實(shí)有發(fā)展需要，可以按上述理論增加值的10%～20%來(lái)限定增加的排放量［5］。

5 結(jié)論與建議

5.1 主要大氣污染物總量控制

以總量控制為核心，采用目標(biāo)責(zé)任制度，建議參照本研究估計(jì)的長(zhǎng)沙縣大氣環(huán)境容量總量控制值來(lái)進(jìn)行區(qū)域大氣污染排放的限定和分配，有利于將大氣污染控制目標(biāo)分配到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)部門(mén)，有利于明確責(zé)任和管理范圍。在有可能的情況下，還要對(duì)縣內(nèi)的重點(diǎn)排污企業(yè)進(jìn)行全面監(jiān)控。

5.2 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

停和淘汰一部分能耗高、大氣污染嚴(yán)重的工企業(yè)單位。第一，關(guān)停造紙廠(chǎng)、磚廠(chǎng)。長(zhǎng)沙縣粘土磚制造行業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值能耗最高，在規(guī)劃的星沙新城300km2范圍內(nèi)的所有磚廠(chǎng)全部退出，其他區(qū)域年產(chǎn)小于1 000萬(wàn)塊磚的磚廠(chǎng)全部關(guān)停。第二，關(guān)停水泥廠(chǎng)。水泥制造業(yè)的萬(wàn)元產(chǎn)值能耗在長(zhǎng)沙縣排名第二，除兩個(gè)規(guī)模最大的水泥廠(chǎng)外，其他水泥廠(chǎng)全部關(guān)停。第四，關(guān)閉或搬遷北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)污染嚴(yán)重的工企業(yè)單位。長(zhǎng)沙縣北部整體定位為生態(tài)保護(hù)區(qū)，所以一些北部的重污染單位建議直接關(guān)閉或退出北部搬遷到長(zhǎng)沙縣中、南部［6］。

5.3 削減二氧化硫排放

控制工業(yè)窯爐、鍋爐二氧化硫排放：第一、分期，分批淘汰高能耗、重污染的各類(lèi)工業(yè)窯爐、鍋爐，積極發(fā)展低能耗、輕污染或無(wú)污染的窯爐、鍋爐。根據(jù)長(zhǎng)沙市的總體規(guī)劃目標(biāo)，長(zhǎng)沙縣必須禁止使用含硫＞1%，灰分＞20%的燃煤。第二、規(guī)模在35噸以上、SO2排放超標(biāo)，同時(shí)又未能達(dá)到以上標(biāo)準(zhǔn)的，必須安裝脫硫設(shè)施，其綜合脫硫效率一般可以達(dá)到70%。

5.4 控制氮氧化物排放

5.4.1 固定源氮氧化物污染控制：對(duì)于小鍋爐氮氧化物的控制，可以采用燃燒方式解決；對(duì)于大型燃煤鍋爐，則需改燒天然氣和采用先進(jìn)的再燃技術(shù)。

5.4.2 移動(dòng)源氮氧化物污染控制。第一、提高機(jī)動(dòng)車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)：要嚴(yán)格執(zhí)行2010年7月1日起正式實(shí)施的《長(zhǎng)沙市機(jī)動(dòng)車(chē)排氣污染防治條例》。實(shí)施嚴(yán)格的機(jī)動(dòng)車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)是目前機(jī)動(dòng)車(chē)NO2排放控制費(fèi)效性最高、實(shí)現(xiàn)削減潛力最大的控制措施。第二、舊車(chē)淘汰和在用車(chē)改造：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為2006年國(guó)家頒布的《機(jī)動(dòng)車(chē)強(qiáng)制報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》。由于長(zhǎng)沙縣小汽車(chē)除運(yùn)營(yíng)外，基本為單位和個(gè)人所有，在執(zhí)行10年淘汰政策時(shí)，結(jié)合里程因素，淘汰期限可延長(zhǎng)至12年，而出租車(chē)、公交車(chē)、貨車(chē)則應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家規(guī)定。舊車(chē)淘汰和在用車(chē)改造總體上屬于昂貴的控制措施，而且能實(shí)現(xiàn)的減排量有限，故要和居民的承受力相適應(yīng)，避免操之過(guò)急。

5.5 全面控制可吸入顆粒物

5.5.1 綜合防治水泥行業(yè)粉塵污染：不再擴(kuò)建和新建工藝落后、粉塵污染嚴(yán)重的水泥企業(yè)。對(duì)重點(diǎn)企業(yè)嚴(yán)格管理并要求安裝高級(jí)除塵裝置，使其粉塵排放達(dá)到50毫克／立方米以下。

5.5.2 工業(yè)鍋爐安裝煙塵凈化裝置：對(duì)于必須使用燃煤及重油的鍋爐建議采用先進(jìn)的袋式除塵器，對(duì)于部分小鍋爐最佳方案是更換燃料。

5.5.3 控制揚(yáng)塵污染：近年來(lái)長(zhǎng)沙縣縣城的可吸入污染顆粒物的污染分擔(dān)率一度高達(dá)45%以上。所以應(yīng)該重視對(duì)城市二次揚(yáng)塵的控制，要對(duì)施工工地實(shí)行圍擋、道路硬化和覆蓋，將四堆（煤堆、渣堆、料堆、灰堆）揚(yáng)塵量控制削減到最低限度。另外增加綠化面積、改善道路質(zhì)量，裸露地面機(jī)器清掃率不低于50%，積極控制揚(yáng)塵污染。

［1］長(zhǎng)沙縣環(huán)境保護(hù)局.長(zhǎng)沙縣污染源普查技術(shù)報(bào)告［R］.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙縣環(huán)境保護(hù)局，2010

［2］長(zhǎng)沙縣環(huán)境保護(hù)局.長(zhǎng)沙縣環(huán)境質(zhì)量公報(bào)（2004—2010）［R］.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙縣環(huán)境保護(hù)局，2010.

［3］長(zhǎng)沙市統(tǒng)計(jì)局.長(zhǎng)沙市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)資料（2004—2010）［M］.北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2010.

［4］長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院.長(zhǎng)沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)報(bào)告書(shū)［R］.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙市人民政府，2008.

［5］毛德華，馮暢，賀云，等.長(zhǎng)沙縣環(huán)境綜合治理保護(hù)發(fā)展規(guī)劃環(huán)境保護(hù)分項(xiàng)規(guī)劃（2010—2030年）［R］.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙縣環(huán)境保護(hù)局，2010.

［6］毛德華，馮暢，賀云，等.長(zhǎng)沙縣環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃［R］.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙縣環(huán)境保護(hù)局，2010.