基于情景分析的城市大氣污染物減排潛力研究

吉木色

(北京清華同衡規劃設計研究院有限公司，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

(北京清華同衡規劃設計研究院有限公司，北京100085)

【摘要】針對烏魯木齊總量控制與環境質量改善具有較好一致性，減排潛力仍然較大，排污總量與環境容量差距也較大的特點，基于情景分析法，通過設置基準情景和不同控制措施情景，預測主要大氣污染物(SO2、NOx、煙粉塵)在目標年2015年和2020年不同情景下的排放量，分析與基準情景相比較下的控制措施減排貢獻，以定量化評估各項大氣污染防治措施對其污染物減排效果。結果表明，火電行業對污染物的減排貢獻最大，對SO2、NOx、煙粉塵的減排貢獻分別達到23%、39%和24%；石化、冶金行業對SO2和NOx的減排貢獻占比較高，建材和采掘行業對煙粉塵的減排具有較高貢獻。同時指出調整能源結構、提高集中供熱比例和實施機動車污染控制對烏魯木齊大氣污染防治同樣具有重要意義。

【關鍵詞】大氣環境；情景分析；減排；烏魯木齊

中圖分類號：X21

文獻標識碼：碼：A

文章編號：號：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

作者簡介：史學峰，副研究員，主要從事環境影響評價

1引言

目前，我國城市大氣污染防治正處于污染治理攻堅期，在傳統污染物新增量下降，污染排放高位趨緩的同時，面臨著污染治理措施邊際效益減小的挑戰。我國總量控制制度從“九五”期間的提出，到“十二五”時期進入快速、全面的發展階段，主要通過對跨區域酸雨污染、重點工業、低矮源實施SO2和NOx總量控制，取得了一定成效[1-2]。相關研究認為，未來在發展方式沒有取得全局性突破、資源能源消費總量下降和工業化完全實現之前，污染物總量控制作為改善環境質量的重要手段，仍需堅持、完善與加強[3]。烏魯木齊等煤煙型污染嚴重地區，區域總量控制與環境質量改善具有較好一致性，減排潛力仍然較大，排污總量與環境容量差距也較大，總量控制制度仍將作為一種必須的手段承擔污染物控制與削減的任務。同時，我國的大氣污染防治正在逐步形成以總量控制倒逼經濟轉型的聯合驅動機制[3]。單純由環保部門負責的廢氣治理已不是控制空氣污染的核心，由多部門聯合行動、各司其職，綜合考慮環境、經濟、社會、人口等復合系統是大氣治理的方向。因此，結合環境污染防治本身，強化污染源頭管控，多部門聯合防控成為關鍵。此時，有效評估各項措施的實施效果成為措施實施的重點。針對排放源的減排效果目前已有相關研究[4-6]，但是對源頭管控-能源消費-污染源排放一體化的綜合評估仍顯不足。

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

2烏魯木齊市大氣環境現狀

烏魯木齊市地處天山北坡，三面環山，冬季靜風頻率高，加上以煤為主的能源結構以及工業生產工藝相對落后的現狀，烏魯木齊市成為西部地區重污染城市，2014年中重度污染日數占全年的5.7%，輕度污染日數占全年的20.9%[7]，采暖期污染嚴重。從1998年開始，烏魯木齊市大力實施“藍天工程”，強化污染綜合治理[8]。近年，烏魯木齊市傳統污染物中，除SO2濃度逐年下降并達標之外，PM10和NO2仍然超標，PM10濃度在小范圍內有所波動，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的排放量整體呈現上升趨勢，煙粉塵排放量有所下降。污染物排放主要來自電力及工業生產，其中電力、冶金、石化、建材、化工、采掘等是污染排放的重點行業。烏魯木齊市75%的工業SO2排放來源于電力、化工、冶金、石化四個行業，電力對工業NOx的排放貢獻超過一半，電力、建材、冶金、采掘對工業煙粉塵的排放貢獻總計超過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

根據烏魯木齊市經濟社會發展、能源利用現狀及未來發展水平，結合重大建設項目、污染物治理項目中大氣污染物排放控制技術水平的分析，預測未來污染物排放強度水平，按照工業源、生活源和機動車源三部分，計算各控制措施情景下的污染物減排貢獻，從而分析各類控制措施的減排效果。

3.1　排放量的預測

(1)工業源大氣污染物排放量預測：工業源大氣污染排放根據排放因子法進行計算。根據污染物排放量與工業產值以及排放強度之間的關系，在未來污染物去除效率逐步提高的條件下，各行業污染物排放強度也隨之降低，進而得到未來各行業污染物的排放趨勢。

圖3　烏魯木齊市2011年各行業工業污染物排放貢獻

(1)

其中，Qi為工業污染物排放量(萬噸)；C為各行業產值(萬元)；E為各行業污染物排放強度(噸/萬元)；n代表重點行業，主要包括火電、建材、化工、石化、冶金、采掘和其他工業。

(2)生活源大氣污染物排放量預測：為了重點考量集中供熱調整帶來的污染減排，本次生活源污染物排放量計算只考慮城鎮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計算，生活源污染物排放量計算公式為：

(2)

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

(3)機動車大氣污染物排放量預測：機動車污染物排放量由機動車保有量、機動車行駛里程、排放因子計算得到，機動車污染物排放量計算公式為：

(3)

式中，Qm為機動車污染物排放量(萬噸)；Pi為第i車型機動車保有量(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　情景設置

為了研究在經濟持續發展情況下，各種控制措施的實施對污染物排放量的影響，就未來可能在能源結構調整、工業源、機動車源、生活源污染排放控制等方面采取的措施設定相應情景，并與基準情景(即不實施額外措施，保持各污染源現有排放水平不變)進行比較，進而判斷減排空間。其中，重點控制工業源按照現狀污染排放情況(圖2)及未來潛力，選取火電、建材、化工、石化、冶金、采掘等行業。

(1)調整能源結構情景：參考《烏魯木齊市能源發展與節能規劃(2008-2015年)》、《烏魯木齊市“十二五”生態建設和環境保護規劃及2020年長期規劃》、《烏魯木齊區域大氣污染防治“十二五”規劃》中關于烏魯木齊未來能源消費結構的規劃要求，預測2015年、2020年的煤炭消費占一次能源比例由目前的73%分別降低到60%和50%。

(2)工業源減排情景：按照2011年烏魯木齊市工業污染物排放情況分析，各行業污染物去除效率普遍偏低(表1)。根據國家和區域規劃要求，未來烏魯木齊電力行業10萬千瓦以上現役燃煤機組要全部實現脫硫和完成低氮燃燒技術改造，綜合脫硫效率達到90%以上，綜合脫硝效率達到70%以上；新建燃煤發電機組全部配套建設脫硫、脫硝設施，脫硫、脫硝效率分別達到95%和80%以上；現有電力企業綜合除塵效率為98%，要求在2015年，逐步提高除塵效率到99%；其他重點行業，包括石化、建材、鋼鐵等都將實施污染物治理與削減工程。至規劃遠期2020年，污染物去除效率在2015年的基礎上繼續得到提高，詳細參數設置見表1。

表1　工業減排情景下各行業分情景污染物綜合去除效率

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

(4)機動車減排情景：“十二五”期間，對現有黃標車全部進行淘汰，在“十三五”期間再對污染物排放量較大的老舊車進行淘汰；按照國家要求逐步實施更加嚴格的機動車新車排放標準。

4情景分析

依據現有污染物排放控制水平，未來隨著人口增長和經濟的發展，基準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

工業減排情景下，加強烏魯木齊工業生產裝置和燃煤鍋爐的脫硫設施建設，提高脫硫效率，2020年減排貢獻占比(單個措施減排貢獻占所有措施減排貢獻的占比)達到67%。其中，火電行業減排貢獻最大，對SO2的減排貢獻占比為23%。石化行業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SO2的減排貢獻占比能夠達到19%。冶金行業也是減排重點行業，其對SO2的減排貢獻占比達到11%。另外，調整能源結構和加大集中供熱比例對SO2的減排貢獻占比分別為32%和2%。

4.2　氮氧化物排放

目前，烏魯木齊市工業對NOx 基本沒有進行有效控制，通過脫氮脫硝綜合治理，2020年減排貢獻占比達到75%。其中，火電行業是烏魯木齊市NOx的重點減排行業，減排貢獻占比可占到39%。建材、石化、冶金行業的NOx綜合治理工程使其減排貢獻占比分別達到8%、11%、10%。機動車尾氣是烏魯木齊NOx的重要排放來源，在機動車減排情景下，2020年對NOx的減排貢獻占比達到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和機動車尾氣的排放。提高建材、電力和冶金、煤炭行業的除塵效率使煙粉塵減排貢獻占比分別達到37%、24%、8%、10%。另外，實施機動車尾氣污染治理2020年對煙粉塵減排貢獻占比達到7%。

5結論

工業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，火電行業污染控制對污染物的減排效果最為顯著，對SO2、NOx和煙粉塵而言，單個措施減排貢獻占所有措施減排貢獻的占比分別達到67%、39%和24%。其次，石化行業對SO2和NOx的減排貢獻占比也分別達到19%和11%；冶金行業對SO2、NOx和煙粉塵的減排貢獻占比分別達到11%、10%和8%；建材和煤炭行業對煙粉塵的減排貢獻占比較大，分別達到37%和10%。另外，調整能源結構和提高集中供熱比例分別對二氧化硫的減排貢獻達到32%和2%，而實施機動車污染防控對NOx和煙粉塵而言，減排貢獻占比分別達到24%和7%。因此，根據各項措施的減排貢獻，應盡可能的采取多種措施綜合治理烏魯木齊大氣污染，使污染物減排達到最大化。

參考文獻：

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Based on the Scenario Analysis of Atmospheric Pollutants Emission

Reduction Potential Research

JI Muse

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

《環境與可持續發展》簡介

環境保護部主管和環境保護部環境與經濟政策研究中心主辦的《環境與可持續發展》(原《環境科學動態》，CCSCI來源期刊，全國中文核心期刊)于1976年創刊，現已加入“中國學術期刊(光盤版)全文收錄期刊”、“中國期刊全文數據庫(CJFD)全文收錄期刊”、“萬方數據-數字化期刊群全文收錄期刊”、“中國學術期刊綜合評價數據庫(CAJCED)統計源期刊”、“中文科技期刊數據庫(全文版)收錄期刊”。

2011年6月第三期本刊改版并定位為“國家級政策指導性學術期刊”，依據從環境保護的視角報道可持續發展理論與實踐辦刊宗旨，創新設置“理論戰略探索”、“政策專題研究”、“法律法規研討”、“典型案例解析”、“研究動態瞭望”、“研究成果報道”、“生態文明之窗”等欄目。本刊底蘊深厚尤其自2011年改版以來一直發揮集中選題的宣傳優勢，提前發布選題，開展征稿組稿，期刊學術質量顯著提高。據知網《中國學術期刊影響因子年報(自然科學與工程技術(2014版)》，我刊學術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，為1.971，名列環境保護部主管期刊第一名。在全國收錄環境科學類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國第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務院《關于加快推進生態文明建設的意見》要求，以全面建成小康社會、全面深化改革、全面依法治國、全面從嚴治黨的戰略布局為統領，重點以深化生態文明體制改革和加快建立生態文明制度體系，建設美麗中國為議題，策劃選題。2015年擬重點選題：生態文明制度體系、大氣環境質量管理、機動車污染防治、水污染防治、土壤污染與修復、環境外交、環境與健康、農村環境保護、環境風險防范與應急管理、固體廢棄物環境管理、環境產業、污染減排重點以及環境與貧困等。請各界人士能予以關注并不吝賜稿，同時歡迎相關單位及課題組協辦專欄或者專刊。

引用文獻格式：史學峰等.UASB+CASS工藝在處理乳業廢水中的應用[J].環境與可持續發展，2015，40(5)：106-109.