城市工業大氣污染物排放總量統籌分配研究

陳佳璇,成潤禾,李 巍

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城市工業大氣污染物排放總量統籌分配研究

陳佳璇,成潤禾,李 巍*

(北京師范大學環境學院,環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室,北京 100875)

在持續推進環境空氣質量全面達標改善進程中,城市大氣污染的產業結構性特征愈發受到關注,但統籌空間和行業因子的大氣污染物總量分配和控制研究相對薄弱.對此,在篩選城市大氣污染主導行業和主控因子的基礎上,綜合考慮污染源空間分布和產業結構特征,通過構建指標體系并采用熵權法估算空間與行業總量分配系數,據此形成空間和行業統籌分配技術流程和方法,并應用于鄂爾多斯市.結果表明,該模式可以較好地適應大氣污染工業貢獻相對突出的城市,兼顧產業布局優化和行業規模調控,有助于完善總量分配體系和提高污染控制效果.

城市大氣污染；工業排放總量；統籌分配；空間分布；主導行業

污染物排放是影響城市大氣環境質量的主要人為因素[1],其中因工業生產活動造成的污染物濃度超標或過量排放成為大氣環境質量達標改善面臨的主要壓力[2].近年來相關研究表明,我國城市大氣環境污染兼具顯著的空間和結構特征.例如,福州、濟南、烏魯木齊等城市大氣污染的空間分布均與城市工業布局高度一致[3-5];上海與蘇浙兩省主要城市重點行業相似系數年均值高達0.93,由此產生重復建設與過度競爭增加了大氣環境污染負荷與治理難度[6];環渤海地區產業結構合理化指數分析也表明,城市產業發展與大氣污染間存在顯著的協同效應[7].總量控制作為重要減排手段,有助于協調城市發展與大氣環境保護[8].為此,國家《十三五生態環境保護規劃》[9]明確要求改革和完善總量控制制度,大力推行區域性、行業性總量控制.

總量限值的合理分配是確保管控措施與制度落實的關鍵環節.1993年《城市大氣污染物總量控制方法手冊》[10]較為系統地總結了城市大氣污染物總量分配的技術路線與方法,并通過在青島、泉州、大連等城市的試點實施[11],逐漸形成了基于城市各行政分區排污現狀進行負荷分配的模式[12].王勤耕[13]、許艷玲[14]等分別通過平權函數與績效核算的方法,從促進公平與提升效率兩方面提出了區域分配模式改進的建議;蔣洪強[15]、喻林超[16]等則將總量分配細化到城市的主體功能區與工業園區.已有研究主要關注空間和布局因素,大多以行政分區為基本單元進行空間分配,較少考慮產業結構與行業特征,綜合空間和行業因素的總量分配方法明顯欠缺.結合當前加快城市環境空氣質量達標改善、推動城市工業綠色轉型發展的實際需求,有必要兼顧污染源空間分布及污染物排放的產業結構特點,進一步研究完善城市大氣污染物排放總量分配模式與方法.

1 總量統籌分配技術流程

工業大氣污染物空間和行業的統籌分配,不僅要考慮大氣污染物排放空間差異,還需疊加工業行業排放特征,分配過程主要包括4個步驟:

(1)篩選主導行業和主控因子.首先,結合城市工業發展規劃與經濟統計數據,計算行業產值占城市GDP增長的比重,將占比超過15%的確定為主導行業;其次,將城市重點管控的常規大氣污染物與主導行業特征污染物共同作為統籌分配的主控因子.

(2)確定擬分配總量限值.根據下達的工業污染物排放總量控制指標或大氣環境容量核算成果確定污染物總量管控限值.為確保大氣環境質量能夠全面穩定達標,需根據實際情況并結合專家意見合理預留一定比例的總量指標作為安全余量,暫不參與分配.

(3)估算空間和行業統籌分配系數.綜合空間與行業兩個維度,從環境質量、產業發展及政策要求三方面梳理具體指標,構建統籌分配指標體系.通過指標數據處理與權重計算,得到空間與行業統籌分配系數.

(4)實施統籌分配.依次計算各類大氣污染物的可分配總量與空間及行業分配系數矩陣的乘積,將城市工業大氣污染物排放總量指標按系數比例分配至各空間單元與主導行業,并就分配結果進行討論.

2 總量統籌分配技術方法

2.1 構建統籌分配指標體系

采用“目標-準則-系統-指標”的框架構建統籌分配指標體系的四個層次,目標層(A)為城市大氣污染物總量的統籌分配,準則層(B)包括空間(B1)與行業(B2)兩個分配維度,系統層(C)主要指城市中能對空間或行業分配產生直接影響的環境(C1)、經濟(C2)與管理(C3)子系統,在每個系統下選擇具體指標構建指標體系.

進行空間分配時,各空間單元的大氣環境質量與容量、經濟發展水平都會影響空間分配系數的取值,因此需要選擇相應指標,體現空間單元的環境質量現狀、污染物擴散條件以及工業發展情況;行業分配除考慮主導行業經濟與污染貢獻對分配的影響外,還需綜合各類產業發展與節能減排政策規劃對行業分配份額的限定與調控作用,并設計具體指標進行描述.

2.2 估算統籌分配系數

基于構建的統籌分配指標體系,通過熵權法確定指數權重[17-19].首先建立初始決策矩陣如式(1):

將城市工業大氣污染物排放總量指標按系數比例分配至各空間單元與主導行業,見式(4):

3 鄂爾多斯市大氣污染物排放總量統籌分配

鄂爾多斯市位于內蒙古自治區西南部,總面積8.7萬km2,煤炭資源富集,已探明儲量1930億噸,約占全國的1/6,是我國重要的能源化工基地.全市經濟發展結構性特征顯著,煤炭開采與煤基產業經濟貢獻較為突出,其產值占比多年來保持在80%以上. 2016年,鄂爾多斯市環境空氣質量優良率為90.67%,主要大氣污染物SO2、NO2及PM2.5年均濃度均低于國家二級標準.工業源是目前鄂爾多斯市大氣污染物排放的主要來源,工業排放SO2與NO占總排放量比例均高于85%.伴隨重化工業的大規模發展,城市環境空氣質量穩定達標面臨較大的污染減排壓力,特別是煤化工產業發展帶來的VOCs等特征污染物排放亟需加強控制.

3.1 大氣污染物控制總量及利用現狀

鄂爾多斯市《節能降耗和主要污染物減排工作方案》[20]中設定了2016年市域內各旗區常規污染物SO2與NO的控制量,結合當年環境統計數據,分析得到全市各旗區總量控制任務完成情況和大氣環境承載狀況(表1).

鄂爾多斯全市目前已在空間層面進行了兩種大氣污染物總量限值的分配,但執行效果不如預期,除鄂托克前旗、杭錦旗、烏審旗外,其他旗區均存在現狀排放超過總量目標的現象;達拉特旗、東勝區、準格爾等旗區均存在容量過載的風險.因此在大氣污染物總量分配時須加強分配限值與環境容量及質量的關聯;在進一步整合各旗區空間信息的基礎上充分結合污染物排放的結構性特點,實施空間和行業的統籌分配,提高總量目標的可達性,確保城市大氣環境質量穩定達標與持續改善.

3.2 主導行業及主控因子確定

收集2016年鄂爾多斯工業統計數據,計算

表1 鄂爾多斯各旗區大氣環境承載指數

各工業行業產值占GDP增長比重,發現主要行業包括煤炭、電力、化工、金屬冶煉及制造業對GDP增長的貢獻率分別為32.84%、26.29%、24.63%、9.65%和3.30%.因此,將工業產值占GDP比重超過15%的煤炭、電力及化工行業確定為統籌分配的主導行業.根據鄂爾多斯2016年統計年鑒及環統數據,除SO2與NO外,鄂爾多斯工業煙塵與揮發性有機物(VOCs)排放占總排放量比重較大,分別為77.42%與72.93%,且主導行業中化學原料與制品生產及加工業是工業VOCs排放的主要來源,據此可確定鄂爾多斯市進行空間與行業統籌分配的主控因子為常污染物SO2、NO、煙塵及特征污染物VOCs.

3.3 污染物排放總量統籌分配結果

表2 鄂爾多斯市工業大氣污染物排放總量統籌分配指標體系

注:(1)技術減排情景下,煤炭礦區鍋爐及生產井電機改造;煤電行業超低排放限值取代特別排放限值;化工行業達到國際先進能耗水平;(2)政策規劃主要依據《鄂爾多斯市煤炭產業戰略規劃(2010-2020)》《內蒙古鄂爾多斯煤電基地開發規劃》《鄂爾多斯市現代煤化工生產示范基地規劃》[27-29].

根據《鄂爾多斯煤電基地規劃環境影響評價》成果,全市“十三五”期間可用于工業分配的SO2、NO、煙塵及VOCs總量分別為42萬t/a,25萬t/a,10萬t/a與17萬t/a,預留總量指標的20%作為安全余量不用于分配.大氣污染物排放總量的空間分配以各旗區為基本分配單元,行業分配的以三大主導行業及其他行業為基本分配單元.

表3 鄂爾多斯工業大氣污染物排放總量統籌分配系數

基于統籌分配指標體系的框架設計,結合城市發展現狀,逐項細化指標,建立鄂爾多斯市大氣污染物統籌分配指標體系(表2).收集指標數據,計算行業與空間分配系數(表3).

將城市四類污染物總量指標按系數比例分配至各空間單元與主導行業,完成鄂爾多斯工業大氣污染物排放總量的空間和行業統籌分配,并計算在統籌分配情況下,單位產能污染物排放相較于現狀的變化率(表4).

根據表4可知,綜合空間和行業的鄂爾多斯工業大氣污染物排放總量統籌分配在原有空間分配的基礎上將各類大氣污染物的總量限值進一步細化到主導行業層面,使各旗區在工業發展過程中獲得更明確的排放要求.在統籌分配時,基于環境質量、污染擴散、行業減排等方面分別選擇相應指標求解分配系數.因此在有效執行統籌分配結果的前提下,可保證各旗區大氣環境容量不過載,環境質量穩定達標.分析各行業單位產能污染物排放變化情況,煤炭行業污染物排放量增高,主要由“十三五”期間行業規劃產能削減導致.其他行業污染物排放均呈下降趨勢,其中電力行業NO與化工行業VOCs單位產能排放量分別降低52%與31.8%,減排效果顯著.由此可見,在規劃產能增長的前提下,電力行業應開展落后產能的置換和淘汰,加快機組的超低排放改造;化工行業則需通過推廣清潔生產技術,延伸產業鏈條,促進傳統煤化工的升級改造,共同保證總量目標的實現.

表4 鄂爾多斯市工業大氣污染物排放總量統籌分配結果(萬t/a)

4 結論

4.1 我國城市環境空氣質量正在進入全面達標和改善階段,結合產業結構調整和升級的污染物減排工作已成為深化大氣污染物總量控制的重要手段.以空間分配和管控為主的模式已不能滿足實際需求,特別是在工業對經濟發展和大氣污染貢獻均比較突出的城市中,僅將總量指標分配至空間層面,欠缺對城市產業發展結構及行業排放特征的考慮,極易導致工業污染物排放超出總量分配限值,行業特征污染物濃度超出質量標準,造成局域性、結構性大氣環境污染.因此,統籌空間和行業因子開展大氣污染總量控制已成為推進城市環境空氣質量穩定達標和持續改善的一項重要政策選擇.

4.2 在充分總結大氣污染物總量空間分配研究和應用成果的基礎上,考慮城市常規及特征大氣污染物達標需求,綜合空間單元和主導行業減排要求,從產業發展、環境保護、減排管理等方面選擇指標,計算空間和行業的統籌分配系數.將工業污染物控制總量管控限值分配給主要縣旗區和重點行業,可以實現空間和行業一體化的城市工業大氣污染物排放總量統籌分配.從而完善區域性、行業性大氣污染總量控制制度,并通過總量管控促進行業發展升級,倒逼城市產業結構轉型與優化.

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Method and application on overall allocation of space and industry for urban industrial total atmospheric pollutant emission.

CHEN Jia-xuan, CHENG Run-he, LI Wei*

(State Key Laboratory of Water Environment Simulation, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)., 2018,38(12)：4737~4741

In the process of improving air quality, the industrial structural characteristics of urban air pollution are increasingly attracting public attention. However, research on the overall planning of total air pollutant allocation giving consideration to both spatial and industrial factors is relatively weak. To address this issue, the present study synthetically considers spatial distribution of pollution resources and industrial structure characteristics based on the screening of leading industries and main-control factors first. Then an indicator system is constructed to enable the estimation of the overall spatial and industrial allocation coefficients with the entropy weight method. Hereby, the overall allocation method and process were established and applied to Ordos City. The result showed that this method can be well adapted to cities where there the industrial contribution to air pollution is prominent. With the consideration of optimization for industrial layout and scale, it will also help to improve the total pollutant allocation system and improve the effect of pollution control.

urban air pollution；total industrial emission；overall allocation；spatial distribution；leading industries

X823,X50.2

A

1000-6923(2018)12-4737-05

陳佳璇(1994-),女,山東日照人,碩士,主要從事戰略環境影響評價方面研究.發表論文2篇.

2018-05-16

環保公益項目“流域綜合規劃環境影響評價關鍵技術研究”(2013467042)

* 責任作者, 教授, weili@bnu.edu.cn