我國船舶尾氣污染物排放現狀與對策

盧志剛 洪文俊 鄭靜珍

摘要：指出了隨著社會對空氣污染的關注，如何控制船舶尾氣污染物排放已經成為當下研究的重點。從分析船舶尾氣排放主要污染物的成因及危害入手，闡述了船舶尾氣排放的現有標準，并就如何減少污染物排放提出了嚴格執行現行標準、提升燃油品質、鼓勵發展清潔能源、推廣使用岸電和完善優惠政策等5個對策，以期為我國對船舶尾氣污染的防治提供參考。

關鍵詞：船舶尾氣;危害;標準;對策

中圖分類號：X736.3;X701

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）2-0053-02

1 引言

水上運輸的繁榮發展是推動我國經濟發展的強大動力，但是與此同時，伴隨而生的船舶大氣污染排放給區域空氣質量帶來的壓力和挑戰也不容小覷。船舶引擎以柴油機為主，在航行和停泊過程中會持續排放硫氧化合物、氮氧化合物和含碳顆粒物等大氣污染物。當這些污染物質隨大氣向內陸進行遷移，可能加重城市的空氣污染狀況，對人體健康和生態環境造成危害[1]。

2 船舶尾氣主要污染物種類及危害

船舶尾氣主要污染物種類包括二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、大氣顆粒物和碳氫化合物等。

2.1 二氧化硫

船舶尾氣排放的二氧化硫（S02）主要來源于燃料油中硫的氧化，其濃度水平和排放量除了與燃料油中硫含量有直接關系之外，船舶發動機供氣量也會影響其濃度變化。有研究表明，全球每年遠洋船舶排放的S02總量約為4.7～6.5 Tg，占到人為源排放的8%[2]。

大氣中的S02濃度過高會引起支氣管炎、肺氣腫、眼角膜炎癥等多種炎癥的發生;由于S02污染產生的酸雨，會對植物生長引起損傷，對建筑物造成損害;在光和氧化劑的作用下，S02會反發生二次反應生成硫酸鹽氣溶膠，進而加劇“霧霾”現象的發生。

2.2 氮氧化物

船舶尾氣排放的氮氧化物（NO_x）包括NO、NO2、N03、N2O、N203、N204、N205等，其中NO和NO2所占的比例較高，約為90%～95%。NO_x是國際海事組織（IMO）重點控制的船舶尾氣排放污染物之一。有研究表明，全球每年船舶尾氣排放NO_x約5～6.9 Tg，占全球NO_x排放總量的15%[2]，在歐洲海岸，船舶排放的NO_x對環境空氣的功率約為7%～24%[3]。對于船舶柴油機而言，尾氣中NO_x的來源主要有兩個方面：一方面與空氣中N、O元素有關;另一方面與燃料中存在的微量氮化物有關。前者是由空氣中的N、O元素進行反應而生產的NO_x，被稱為“熱氮氧化物”（ThermalNO_x），后者則被稱之為“燃料氮氧化物”（Fuel NO_x）。NO_x生成速率主要受3個因素的影響：高溫、富氧以及N與O在高溫下的停留時間。

NO_x是形成光化學煙霧和酸雨的重要原因，長期暴露于NO_x含量較高的環境中會增加呼吸系統疾病的發生率。NO_x是臭氧（03）等二次大氣污染物的重要前提物之一，03對人體健康的危害包括增加呼吸系統疾病、降低肺功能等。此外，03在大氣中可以傳輸數百公里，從而影響內陸地區的空氣質量[4]。

2.3 一氧化碳

船舶尾氣排放的一氧化碳（CO）主要是燃料燃燒過程中的中間產物和未完全燃燒產生的。在柴油機的燃燒室內，CO主要生成于富油區、稀熄火焰和火焰淬熄區。在富油區部位，由于缺氧致使CO不能充分燃燒成C02后排出，其排放速率取決于空燃比和混合氣形成的不均勻度。在稀熄火焰和火焰淬熄區，由于化學反應不穩定，使生成的CO不能連續燃燒而中斷。此外，活塞內氣流運動過強，以至吹熄火焰致使燃燒中斷的過程，也會增加CO的排放增加。

CO經呼吸作用進入人體后，極易與血紅蛋白結合，形成碳氧血紅蛋白，使血紅蛋白喪失攜氧的能力和作用，造成組織窒息。CO對全身的組織細胞均有毒性作用，尤其對大腦皮層的影響最為嚴重。CO中毒的癥狀主要包括頭痛、無力、眩暈、流淚、呼吸困難等，嚴重時會發生昏迷甚至死亡。

2.4 大氣顆粒物

船舶尾氣中的顆粒物（PM）主要是由燃油中含有的碳產生，其生成的基本條件是高溫和缺氧[5]。燃油中的有機烴分子在高溫和缺氧條件下發生部分氧化和熱裂解，生成以碳為主的碳煙晶體。各種氣相的烴分子以及其他物質在晶體表面凝聚，晶核相互碰撞發生聚集，促使碳煙粒子不斷增大生成鏈狀或團絮狀的局聚集物，最終生成PM。

在船舶排放大氣顆粒物組成方面，約有98%為可吸入顆粒物（ PM10），94%為細顆粒物（PM2.5），92%為超細顆粒物（ PMl）;在化學組成方面，顆粒物均含有大量的黑碳、硫酸鹽、亞硫酸鹽、重金屬（如鎳、釩、鋅、鉻、鉛）等。其中，各類重金屬元素由于在環境介質中難以被降解，具有一定的生物放大和積累效應，其對人體健康造成的影響較大。

大氣顆粒物是船舶尾氣中對人體健康和空氣質量影響最為嚴重的污染物之一。在重要港口、航道、海峽等船舶流量大的地區，船舶尾氣會顯著改變局部地區的空氣質量，給當地居民的生活和健康造成影響。船舶尾氣可導致呼吸系統疾病和心血管疾病在內的過早死亡以及其他嚴重的健康問題。在全球范圍內，與船舶相關的PM排放每年導致約60000例心血管疾病和肺癌死亡[2]。

2.5 碳氫化合物

船舶尾氣中的碳氫化合物（HC）的生成機理較為復雜，主要包括燃料油未完全燃燒的烴類、裂解反應和再化合反應的產物等。此外，在碳氫化合物排放中還含有一定比例的潤滑油，因而船用柴油機潤滑油的品質也會對HC的排放種類和濃度產生一定的影響。柴油機內局部或瞬時的溫度或壓力變化，以及混合氣體的濃度變化是HC的生成的主要因素。

部分HC具有致癌、致畸、致突變等生物毒性，會對人體的肝、腎等臟器官和內分泌系統、神經系統以及生殖系統等造成急性或者慢性損傷。一些HC揮發性較低，容易富集在PM中，從而在大氣中停留時間較久，并能隨著PM進人人體肺泡和支氣管末端等結構和組織中[6]。此外，HC是產生光化學煙霧的重要成分，它與NO_x在紫外光線的照射下，會發生一系列光化學反應，形成光化學煙霧，從而對人體健康產生危害。

3 船舶尾氣排放標準

3.1 國際排放標準

由IMO制定《防止船舶污染國際公約》（MARPOL），其附件VI規定了船舶排放的相關標準，旨在控制船舶尾氣中S02、NO_x和臭氧層破壞物質的排放限值，并對油輪的VOC排放限值也做了規定[7]。對于S02的排放控制，主要通過控制船用燃料油的硫含量來實現。目前硫含量的限定值為3.5% m/m，這一限值會隨著控制減排變得進一步嚴格，例如到2020年將降至0.5% m/m。此外，一些國家和地區也制定了各自的船舶燃料油硫含量標準。針對NO_x，MARPOL附件VI也制定了相關的排放標準，詳見表1。

3.2 國內排放標準

我國目前針對船舶大氣污染物排放的標準較少，目前僅有2016年頒布的《船舶發動機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第一、二階段）（發布稿）》（GB15097- 2016），適用于內河船、沿海船、江海直達船、海峽渡船、各類漁船等船舶推進用和輔助發電用發動機的環境管理。GB15097 - 2016標準分為兩個階段實施：第一階段相當于汽車發動機和非道路發動機的第Ⅱ階段（2009年10月1日實施）排放控制水平;第二階段相當于汽車發動機和非道路發動機排放的第Ⅲ階段（2014年10月1日實施）控制水平。與發達國家相比較，第一階段的排放標準與當前歐盟實施的排放標準相當，而第二階段排放標準則與美國第三階段實施的排放標準相當。此外，中國船級社還制定了一系列綠色船舶規范和技術標準，例如《船舶能效管理認證規范》、《綠色船舶規范》和《內河綠色船舶規范》等。但這些計劃主要是針對節能和溫室氣體減排制定的。

4 船舶尾氣控制對策與建議

（1）新建船舶嚴格執行GB15097 - 2016船舶尾氣排放標準，參照機動車環保檢驗及合格標志管理的經驗，逐步開展船舶環保檢驗及合格標志管理體系，建立環保檢驗信息監管平臺，加強在用船舶排放控制。

（2）提升燃油品質，加強油品監管。改變燃料的組成成分可以有效減少污染物的排放，例如使用低硫油即可使尾氣中S02含量顯著降低。加強油品質量管理，制定相應的船用燃料油國家標準，確保燃油品質。

（3）鼓勵船舶使用液化天然氣（LNG）作為燃油的替代品。目前已開發的利用LNG和燃油混合動力的技術日趨成熟，與傳統使用燃油相比，可降低90%的NO_x排放，且S02和PM的排放可以忽略不計。

（4）推廣靠港船舶使用岸電技術。船舶在靠港期間利用岸上的電源替代船上的柴油發動機為船舶用電終端進行供電，可以將船舶大氣污染物排放量降為零，從而可以較為顯著的改善港區附近的空氣質量。

（5）完善相關優惠政策。財政稅收政策是國家調節經濟運行和推動社會事業發展的重要經濟杠桿，運用綜合運用財政稅收等經濟手段，逐步建立防治船舶大氣污染的約束和激勵機制。通過稅率費率設置、財政收入減免、財政資金投入等，支持和引導控制船舶尾氣的排放工作。國外一些發達國家和地區在船舶尾氣排放控制的稅收政策制定和實施方面已經積累了較多的經驗，在充分考慮我國現狀的基礎上，借鑒國外成熟的經驗將有助于加快我國相關體系的建立與完善。

5 結語

船舶尾氣污染是各港口城市和江河沿岸城市政府面臨的一個迫切需要解決的問題。因此，在吸收國內外先進經驗的基礎上，完善排放標準，出臺可行性的政策和減排機制，以達到長期有效的治理效果。

參考文獻：

[l]Corbett JJ， Fischbeck PS. Emissions from Waterborne CommerceVessels in United States Continental and Inland Waterways[J].Environmental Science and Technology， 2000， 34 （15）： 3254 ～3260.

[2]Corbett JJ， Winebrake JJ， Green EH， et al.Mortality from ShipEmissions：A Global Assessment[J]. Environmental Science andTechnology， 2007， 41（24）： 8512～8518.

[3]Vinan W， Hammingh P， Colette A， et al. Impact of maritimetransport emissions on coastal air quality in Europe[J]. Atmospheric Environment， 2014， 90（90） ：96～105.

[4] Eyring V， Isaksen I S A， Berntsen T， et al. Transport impacts onatmosphere and climate： ShippingJl. Atmospheric Environ-ment， 2010， 44 （37）： 4735～4771.

[5]于偉崢，楊挺然，柴油機排放物的生成機理及降低排放的技術措施[J].交通節能與環保，2007（3）：17～19.

[6]Walgraeve C， Demeestere K， Dewulf J，et al. Oxygenated polycy-clic aromatic hydrocarbons in atmospheric particulate matter： Molecular characterization and occurrence[J]. Atmospheric Environ-ment， 2010， 44（15）：1831～1846.

[7]盛偉群，鄧麗娟，劉麗紅.國內外船舶防污染規范標準現狀分析及我國對策研究[J].船舶標準化工程師，2016， 49（1）：6～11.