非道路移動機械排放污染的控制和治理研究

項雅靜 陳佳昊 王東方

摘要：隨著城鄉基礎建設和產業發展，中國非道路移動機械的產量、保有量與使用量不斷增加。2020年非道路移動源顆粒物和氮氧化物排放量分別為機動車的3.5倍和0.75倍，相關防治策略研究亟待加強。中國非道路移動機械國四排放標準明顯受嚴顆粒物排放限值，但氮氧化物限值仍與歐美標準存在差距。為有效實現非道路移動機械減排，有必要在新生產機械結構升級，在用機械奎鏈條管理、遠程監控監管、油品質量管理和老舊機械升級改造等方面形成防治策略。

關鍵詞：非道路移動機械；排放標準；污染防治

中圖分類號：X32 文獻標志碼：A

1非道路移動機械概述與排放污染治理需求

非道路移動機械主要是指不在道路上行駛的自驅動移動式機械設備和可運輸工業設備，種類繁多，分布廣泛。包括但不限于推土機、挖掘機、裝載機等工程機械，拖拉機、收割機、農用運輸車等等農用機械，叉車、拖車等場（廠）內和港口作業機械以及工業鉆探設備、機場地勤設備等。多分布在國防建設、交通運輸和能源工業施工工地，物流園區和工礦企業生產經營區域，港口、碼頭、機場和鐵路貨場等區域。

非道路移動機械與船舶、鐵路內燃機車和飛機等移動式大氣污染源同屬于非道路移動源，非道路移動源與汽車、摩托車和三輪汽車等道路車輛同屬于移動污染源。非道路移動機械用發動機與道路車輛相比，具有使用功率范圍廣、作業環境差、隨機性強、油品質量低等特點，更容易產生大氣污染排放且更難監管。相關研究表明，非道路移動源排放的顆粒物（PM）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO2）、碳氫化合物（HC）等物質在移動源中占比達到12%-27%。根據《中國機動車環境管理年報（2021）》的統計，2020年中國非道路移動源SO2、HC、NO2和PM四項污染物排放總量分別為16.3萬噸、42.5萬噸、478.2萬噸、23.7萬噸，除SO2同比2019年升高2.52%外，HC、NO2和PM均同比略有下降，降幅分別為2.30%、3.06%和1.25%。在各類污染物中，非道路移動機械的NO：排放量與機動車的排放量相當（626.3萬噸），PM排放量明顯高于機動車的排放量（6.8萬噸），農業機械、工程機械和船舶為非道路移動機械NO2和PM的主要貢獻源（如圖1所示），NO2占比分別為34.9%、31.3%和29.9%，PM占比分別為38.8%、32.5%和25.7%。非道路移動源是大氣污染排放NO2和PM等污染物的關鍵來源，一方面對霧霾的形成起到重要作用，另一方面在長時間的光照作用下，產生大量的揮發性有機物（VOCs）和臭氧（O3）等二次污染物，將直接或間接威脅人類的身體健康，嚴重的可能會引起肺氣腫、支氣管炎等重大疾病。

目前，中國機動車已執行國六排放標準，且油品質量升級和黃標車淘汰等污染防治力度較大，排放控制成效明顯。但是在用非道路移動機械排放標準參差不齊，以嘉興市已編碼登記的非道路移動機械為例，在用非道路移動機械中達到國三排放標準、國二排放標準和國一排放標準的比例分別為40.2%、29.5%和16.3%，但仍另有14%的機械無法判定其排放標準，同時也無法判定機械的基本使用年限長，而技術的老舊狀況直接影響機械的劣化速度和排放貢獻。隨著2018年發布《非道路移動機械污染防治技術政策》，2020年發布《非道路柴油移動機械污染物排放控制技術要求》，中國非道路移動機械及其裝用的柴油機的更新換代進程加快，同時意味著中國非道路移動機械的管控重點將由增量管控向存量管控和在線監控轉變，也體現了國家減少非道路移動源污染排放的決心。在環境管理方面，為了進一步拓展移動源減排范圍，挖掘非道路移動機械污染防治潛力，有必要深入開展相關污染防治研究。

2國內外非道路移動機械減排管理現狀

全球氣候變化和城市空氣污染等問題正在對人類文明和生態可持續發展構成重要挑戰。在非道路移動機械污染排放控制方面，由于內燃機技術已日趨完善且短時間內不會有技術性變革，從發達國家制定和執行內燃機動設備等工程機械的排放法規經驗來看，通過提升排放標準倒逼機械結構和技術標準升級來減少NO2和HC等污染物的排放量，是控制排放和提升環境質量的最有效方法之一，環境收益顯著。

從上世紀60年代美國就率先提出了控制車輛尾氣排放的凈化空氣法案，以加州為代表開始限制新生產的民用車尾氣排放，同時限制非道路發動機PM總排放量控制，嚴格管控各類工程機械尾氣排放以及發動機排放，并在1970年通過了“凈化尾氣法”，同年12月成立了美國國家環保局（EPA），屬于直屬聯邦政府的獨立機構。歐洲和日本也在70年代相繼制定出臺了相應的排放控制標準，開始實施較為嚴格的排放限值。從上世紀90年代開始，世界各國先后制定了不同的非道路移動機械技術指南和排放標準。美國非道路移動機械排放標準的第一部法規Tierl于1994年提出，1996年-2000年逐步實施。2000年-2008年Tier2和Tier3逐步生效。2004年EPA簽署引入Tier4排放標準，并于2008年-2015年期間生效，即美國現行的非道路移動機械排放標準。1997年，歐盟發布關于非道路移動機械的第一部法規（Directive97/68/EC），該法規分為StageI和StageⅡ（以下簡稱歐I和歐Ⅱ）兩個階段。歐I于1999年實施，歐Ⅱ于2001年- 2004年在歐盟各成員國相繼實施。2004年通過歐Ⅲ和歐Ⅳ排放標準（Directive2004/26/EC），又于2005年2月21日發布了針對農用和林業機械的排放標準修訂版。歐Ⅲ被分為ⅢA和ⅢB兩個階段，于2006年-2013年逐步實施。更加嚴格的歐Ⅳ和歐V排放標準分別在2014和2019年實施。各國通過不斷更新實施更加嚴格的技術指標，逐步降低了排放限值，有效減少了污染物的排放。

由于非道路移動機械用發動機相較于道路車輛更難監管，中國上世紀對各類工程機械的污染排放的監管相對較為松散。進入21世紀，隨著房地產業的進一步興起和基礎設施的大規模建設，工程機械的保有量大幅增加，對環境的影響日趨顯著，也對居民的健康造成極大隱患。中國以減污降碳協同增效推動綠色節能發展，環境污染減排防控戰略地位日益突出，車用發動機國一標準于2001年7月全面實施，而非道路移動機械排放標準實施日期同比相對滯后，行業環保要求逐漸收緊，國一、國二、國三及國四標準分別從2007年10月、2009年10月、2016年1月、2022年12月開始實施，北京地區提早于2021年12月實施國四標準。相比國三標準，國四標準最大的不同是37-560 kW功率段的發動機都要求加裝廢氣后處理設備，與國外相關標準相比，中國非道路移動機械尾氣的NO2排放限值仍相對寬松，PM排放限值則已與歐美標準相當（如圖2所示）。據北京市生態環境局細顆粒物源解析結果顯示，本地排放中移動源貢獻占45%（非道路移動機械占移動源的14%），通過提前實施《非道路機械國四標準》限制新增非道路移動機械排放，單臺機械減排效益可達20%左右，將有效促進空氣質量改善。

3非道路移動機械排放控制措施及治理對策

3.1新生產機械結構升級

針對中國非道路移動機械應用范圍廣，保有量大等特征，相關環保部門應考慮城鄉差異，結合國內各個地區的生產、道路、擴散條件等實際情況，做好機械油耗的控制，制定因地制宜的非道路移動機械動力技術指標和排放標準，淘汰落后產能，做好小型機械的環保升級，降低單機排放量。國內的相關生產企業也應提高自主研發能力，加大技術儲備，同時積極引進國外先進工業設備制造公司的新技術，結合新型材料，生產和推廣以天然氣發動機和柴油一電力驅動為代表的環境友好型非道路工業機械，提高企業自身在國內外更高環保標準下的競爭力。

3.2在用機械全鏈條管理

政府牽頭出臺完善統一的非道路移動機械從生產、銷售、租賃、使用、淘汰全鏈條的管理制度，各個市、區管理部門對記錄在冊的非道路機械施行定期的運行記錄收集和排放檢測，增強政府各部門在非道路機械上的監管力度和職責劃分。各級管理部門在非道路機械的注冊、人員登記以及環保審核，執行國家階段性排放標準和排放限值。在工程施工方面，從源頭上提高非道路機械準人標準，特別是重點市政工程和民生工程，嚴格限制排放不達標工程機械的使用。制定非道路移動機械的尾氣排放檢驗技術指南，參照機動車實施年檢制度管理，建立非道路移動源環保檢驗信息監管平臺，定期對非道路移動機械進行檢驗，并將檢驗數據實時上傳管理部門。探索非道路移動機械的檢測與維護（I/M）制度，將檢驗不合格的機械納入尾氣排放治理閉環管理，杜絕尾氣治理弄虛作假。通過宣傳教育提高居民的環保意識，積極反饋明顯的偷排、超排。加大監管部門的執法力度和監管機械出租公司和個體使用者的違規行為。

3.3在用機械遠程監控監管

根據2021年中國統計年鑒，中國建筑施工機械保有量達到816.64萬臺，農用機械擁有量達到477.27萬臺，還有3.72億的機動車，但目前監管隊伍僅幾千人，為了有效監管移動源，有必要采用大數據遠程監控的方式。各地環境部門、車管所等通過定期檢查監測、加裝傳感器、監控抓拍、衛星監測、氣體熱成像等方式，對非道路機械進行全方位的監測管理。通過加裝傳感器，管理部門可以實時匯總非道路機械的運行軌跡和排放情況，依據機械的實時信息，綜合判斷整個地區所有機械的實際排放狀況、各項排放控制策略是否有效運行和排放相關故障是否及時維修等信息。在非道路移動機械出廠檢查和定期年檢時，可以利用固定式或車載式尾氣監測設備對車載終端進行檢查和校準，確保每臺機械終端檢測的有效性，提高統一監測管理平臺的準確性。

3.4加強油品質量管理

加速制訂各類油品的硬性標準，保證機械所用油品達標。從2019年1月1日起，全國自2011年實行的普通柴油標準被取消，將原車用柴油、普通柴油、部分船舶用油的標準合并，并全面供應現國六標準的車用汽柴油。需要在全國范圍內供應符合國六標準的車用柴油，同時加強油品生產、銷售、儲存和使用環節的執法監管，禁售不符合標準的柴油，尤其是對于重點區域。

3.5老舊機械升級改造

由于非道路移動機械的使用壽命較長，依據舊排放標準生產的機械保有量較大，零件存量較多，價格較貴，強制報廢老舊非道路移動機械，企業的經濟負擔極大，也會延誤現有工程項目。因此有必要根據老舊產品的排放水平，采用企業負擔相對較小的排放治理措施。根據目前的減排工藝和排放標準，以下三種治理措施較為可行：

（1）對噴油泵進行參數調整或整體更換：經濟實惠但實際減排效果上限較低。

（2）加裝如EGR、SCR等降NO2系統、DOC等催化轉化器或DPF等顆粒物捕集器。市面現有的的機械尾氣后處理產品主要分主動式與被動式。主動式治理的費用較高，主要應用于產值較高且具備安裝空間的道路車輛。被動式治理，則是依據柴油機機械特性，人為劃分不同功率段，不同的機械依據功率大小，采用不同的減排技術和裝置，盡量壓縮成本，如37 kW以下功率段的柴油機，在未改變原有技術工藝的情況下，只需要優化進氣系統和燃油混合系統，就能達到相對顯著的排放控制效果，而其額外的生產成本幾乎為零。

（3）更換同功率段的燃氣發動機或符合國家排放標準的柴油發動機。更換先進的柴油機價格較昂貴，而采用柴改氣產品可有效降低煙度，且價格較為合適。（見表1）

4結語

綜上所述，隨著中國城市基建、鄉村改造的大力推進，第三產業機械化的巨大需求，近年來中國非道路移動機械產量、保有量與使用量不斷增加，非道路移動機械的社會使用范圍和數量還會進一步擴大，亟需正視和逐步解決其造成的環境問題。對比中國與歐美工程機械的污染排放標準，中國的PM排放限值已與歐美標準相當，但NO2仍存在一定差距，有必要結合發展實際逐步提升新生產機械排放限值。通過增強個體經營者的環保意識，進一步升級企業技術，改造老舊產品，提升綜合競爭力。環境保護主管部門實施在用機械生產、銷售、租賃、使用和淘汰的污染防治全鏈條管理，保證機械所用油品達標，并同時推動在用機械的在線監控、診斷和遠程監控技術的運用和推廣。