干散貨碼頭PM2.5排放清單編制方法研究

羅小鳳，李廣濤

（交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所水路交通環(huán)境保護技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，天津300456）

干散貨碼頭PM2.5排放清單編制方法研究

羅小鳳，李廣濤

（交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所水路交通環(huán)境保護技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，天津300456）

根據(jù)我國港口環(huán)評工作實踐和相關(guān)文獻記載，識別出散貨堆場、道路和作業(yè)過程的粉塵擴散，港口機械設(shè)備和集疏運車輛的尾氣為干散貨碼頭的PM2.5排放源，并將其劃分為點源、線源和面源；總結(jié)了現(xiàn)有的排放量估算方法，并以排放系數(shù)法為基礎(chǔ)，建立了與污染源對應(yīng)的排放量估算體系，為干散貨碼頭PM2.5排放清單的編制提供了有效參考。

干散貨碼頭；PM2.5；排放清單

大氣細顆粒物（PM2.5）是我國城市空氣質(zhì)量的主要污染物，它不僅影響大氣能見度，還嚴重影響人體健康，大量流行病學(xué)和毒理學(xué)的研究［1-3］已經(jīng)證實細顆粒物污染與死亡率、呼吸系統(tǒng)及心血管發(fā)病率等顯著相關(guān)。因此，了解細顆粒物來源，建立細顆粒物排放清單具有十分重要的現(xiàn)實意義。20世紀80年代開始，我國逐漸有不少學(xué)者和研究機構(gòu)開始研究顆粒物排放清單，如：北京大學(xué)、清華大學(xué)等11個單位在“北京市大氣污染控制對策研究”項目中，通過評估和借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究，統(tǒng)計分析了北京城近郊區(qū)近十年的大氣污染源和氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)測量了各類污染源的排放特征，建立了北京市近郊區(qū)大氣污染物排放清單；香港環(huán)保署與廣東省政府合作展開了粵港區(qū)域空氣監(jiān)測工作，建立了與國際接軌的適用于珠江三角洲地區(qū)的空氣自動監(jiān)測質(zhì)量保證和質(zhì)量控制技術(shù)體系，編制了“珠江三角洲地區(qū)大氣污染物排放清單”；隨后我國部分沿海城市也先后開展了機動車污染排放模型研究、地區(qū)植被排放特征研究、長三角區(qū)域污染源特征研究等，為該地區(qū)排放清單的建立奠定了良好基礎(chǔ)。但這些研究大都集中于省、市等大范圍或工業(yè)、交通等大行業(yè)，對于部分具有典型污染特征的區(qū)域仍然罕有涉足。

隨著港口經(jīng)濟的不斷發(fā)展，港口已成為城市發(fā)展的重要資源［4］，港口發(fā)展對大氣環(huán)境的負面影響也日益凸顯。尤其是干散貨碼頭，其對港口區(qū)域細顆粒物污染有著極為突出的貢獻。為緩解城市發(fā)展與環(huán)境惡化之間的矛盾，開展干散貨碼頭顆粒物排放清單的研究工作十分必要。

1 干散貨碼頭PM2.5主要排放來源

大氣中顆粒物的成分復(fù)雜，來源眾多，對港口碼頭大氣顆粒物的來源進行識別是開展排放清單編制工作的第一要務(wù)。1967年，美國加州政府通過合并機動車污染管理委員會和空氣衛(wèi)生局，成立了空氣資源委員會（Air Resources Board，ARB），并開始采集空氣污染源的排放信息［5］。為改進排放清單編制工作，2009年，美國國家環(huán)保署（US Environmental Protection Agency，簡稱EPA）統(tǒng)計分析了美國23個港口的污染物排放清單，發(fā)現(xiàn)港內(nèi)深水船舶、工作船舶、裝卸機械、陸路運輸機械的顆粒物排放貢獻率分別為51%、14%、18%、和17%［6］。

由于顆粒物污染對沿海港口城市空氣質(zhì)量的影響日益嚴重，國內(nèi)一些學(xué)者也開始關(guān)注顆粒物排放源清單的編制工作。譚華［7］將港口空氣質(zhì)量問題來源歸納為兩類：船舶尾氣排放和碼頭作業(yè)排放。楊柳［8］將我國港口一次顆粒物污染源分為堆場風(fēng)蝕揚塵、裝卸揚塵和道路行駛揚塵、船舶尾氣排放（包括深海船舶和港內(nèi)工作船舶）、港作機械尾氣排放以及集疏運車輛尾氣排放等。李若玲［9］針對河北省煤炭和礦石港口碼頭作業(yè)區(qū)的顆粒物來源展開了研究，并將其分為三類：一是煤炭和礦石等干散貨在裝卸、運輸和存取料過程中由于干擾震蕩產(chǎn)生的揚塵；二是車輛行駛時掀起的路面揚塵；三是露天堆場的風(fēng)蝕揚塵。

除了上述研究提到的污染源外，碼頭生活輔助區(qū)的鍋爐燃燒也是PM2.5的重要來源之一。因此，干散貨碼頭PM2.5一次排放源可歸納為點源、線源和面源三大類。其中點源主要包括固定港作機械（如轉(zhuǎn)接塔）、生活鍋爐等；線源主要包括集疏運車輛和運輸船舶的尾氣排放；面源主要是一定范圍內(nèi)無規(guī)律無組織排放的污染源，包括堆場風(fēng)蝕揚塵，散貨物料在裝卸、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)上由于干擾震蕩產(chǎn)生的揚塵，道路揚塵，可移動港作機械（如吊車）排放的廢氣等。

2 排放清單編制方法研究

編制PM2.5排放清單時，除了要清楚排放源的構(gòu)成，還需建立排放量估算方法體系，確定清單編制過程中的活動水平數(shù)據(jù)和排放因子。因此，本文從以上幾方面入手，對干散貨碼頭PM2.5排放清單的編制方法進行討論。

2.1 排放量估算方法

所謂排放量估算，是指針對各類污染源可能會排放至空氣中的污染量進行估算，為空氣污染防制及相關(guān)法規(guī)政策的擬定提供基礎(chǔ)資料。

空氣污染物排放量的估算可分為下列幾種方法：

第一種為直接估算方法：由測量排放污染物的濃度配合測量的體積流量估算而得，最常應(yīng)用于工廠煙囪及排放口的排放量估算。

第二種為質(zhì)量平衡法：根據(jù)物質(zhì)不滅定理，由物質(zhì)輸入與輸出間的平衡關(guān)系進行估算。

第三種為工程計算方法：利用物質(zhì)成份特性及理論公式進行估算。

第四種為排放系數(shù)估算法：即利用具代表性的排放系數(shù)（排放因子）配合活動強度進行估算。

空氣污染物排放量的估算方法中直接測定較為可靠，但成本較高，故僅對重點位置或特殊情況才進行實地測量，一般則采用間接計算方法進行排放量的估算，其中最常采用的是排放系數(shù)法。排放系數(shù)法的通用公式是

2.2 排放因子

排放因子又稱排放系數(shù)、產(chǎn)排污系數(shù)，是指在典型生產(chǎn)條件下，生產(chǎn)單位產(chǎn)品（使用單位原料）所產(chǎn)生并排放的污染物量。美國于20世紀60年代末最早展開產(chǎn)排污系數(shù)研究，并用于估算空氣污染物排放量。1972年，美國環(huán)保署發(fā)表了《空氣污染物排放因子匯編》，俗稱AP-42，并陸續(xù)更新至2001年的第五版［10］。針對歐洲大氣污染物排放特征歐盟環(huán)境署（EEA）也編制開發(fā)了《EMEP/CORINAIR空氣污染物排放清單指南》［11］。

隨后也有許多學(xué)者紛紛展開了不同污染物與污染區(qū)域的排放因子研究，為系統(tǒng)的排放因子手冊提供了有效補充。其中針對散料堆場的活動進行顆粒物排放因子研究也有不少，如：1974年，美國的Cowherd.Jr.C等人［12］對散貨堆場在風(fēng)蝕和作業(yè)條件下顆粒物排放因子進行研究。1978年，Cowherd.C和Dale.Gillette等人［13］考慮了土壤成分和植被覆蓋等因素后，提出土壤風(fēng)蝕起塵量的排放因子計算方法。日本的白倉藏生［14］等人研究了煤堆起塵量與風(fēng)速、含水率、顆粒大小之間的關(guān)系后，提出了煤塵顆粒物的排放因子。

我國最早的、較為系統(tǒng)的排放因子手冊是由國家環(huán)境保護局科技標準司于1996年出版的《工業(yè)污染物產(chǎn)生和排放系數(shù)手冊》。隨著經(jīng)濟發(fā)展，原有排放因子手冊已經(jīng)嚴重失真，加之缺少連續(xù)性的數(shù)據(jù)更新和管理機制，且開發(fā)維系成本較高，目前我國多采用國外的排放系數(shù)資料。在國外資料中，美國環(huán)保署的AP-42對于排放系數(shù)背景記載較為詳細且涵蓋污染源類別較多，所以我國在應(yīng)用上若無本地資料可用，則優(yōu)先參考美國AP-42系數(shù)。

2.3 活動水平

活動水平是指在一定時間范圍內(nèi)以及在界定地區(qū)里，與某項大氣污染物（PM2.5）排放相關(guān)的生產(chǎn)或消費活動的量，如燃料消費量、產(chǎn)品生產(chǎn)量、機動車行駛里程等［15］。對于干散貨碼頭，主要需獲取港作機械、集疏運車輛和港內(nèi)作業(yè)船舶的活動水平，以及散裝貨物在港口裝卸、轉(zhuǎn)運和運輸?shù)念l率。

活動水平數(shù)據(jù)主要依靠實地調(diào)查獲得［16］，無法開展活動水平調(diào)查時，可采用環(huán)境統(tǒng)計和污染源普查等歷史資料中的相應(yīng)信息。

2.3.1 港作機械、集疏運車輛和港內(nèi)作業(yè)船舶活動水平數(shù)據(jù)

不同的排放量估算方法對應(yīng)不同的活動水平數(shù)據(jù)。采用功率法估算時，需獲取的活動水平數(shù)據(jù)包括各類設(shè)備的數(shù)量，各類設(shè)備對應(yīng)的發(fā)動機功率，以及各類設(shè)備的運轉(zhuǎn)時間；采用燃油消耗法估算時，需獲取的活動水平數(shù)據(jù)包括各類設(shè)備的數(shù)量以及各類設(shè)備燃油消耗情況；采用行駛里程法估算時，需獲取的活動水平數(shù)據(jù)包括不同的機動車類型以及其行駛里程。

2.3.2 散貨裝卸、轉(zhuǎn)運和運輸?shù)幕顒铀綌?shù)據(jù)

進行散貨裝卸、轉(zhuǎn)運和運輸?shù)炔僮鲿r，需獲取的活動水平數(shù)據(jù)主要是堆場物質(zhì)的裝卸頻率、裝卸高度、轉(zhuǎn)運和運輸?shù)姆绞?、每次操作移動的物質(zhì)總量等。

2.4 主要排放源的排放量估算

不同排放源的特征差異較大，本文根據(jù)最常用的排放系數(shù)法，參考國內(nèi)外文獻記載，總結(jié)了主要排放源對應(yīng)的排放量估算公式。

（1）對于港作機械、集疏運車輛和港內(nèi)作業(yè)船舶的PM2.5排放量，常用的估算方法主要有功率法、燃油消耗法［17］和行駛里程法［8］。

①功率法是以發(fā)動機功率為依據(jù)，排放量計算公式如下［18］

式中：Q為PM2.5排放量；Pop為計算區(qū)域保有機械量；Power為發(fā)動機功率，kW；LF為發(fā)動機實際功率與額定功率的比值；A為年活動水平，h；EF為排放系數(shù)，g/kw·h。

②燃油消耗法是以設(shè)備的燃油消耗量為基礎(chǔ)，排放量計算公式如下

式中：Q為排放量，t/year；CF為修正因子；EF為排放因子，g/L；C為燃油消耗量，L/year。

③針對集疏運車輛，根據(jù)其年行駛里程及單位里程排放因子，可得到計算公式如下

式中：Q為排放量；M為集疏運車輛年行駛里程，km；EF為單位行駛里程的PM2.5排放因子，g/km。

（2）對于堆場風(fēng)蝕揚塵PM2.5的排放量估算，常用的方法主要有表面積法和統(tǒng)計分析法。

①所謂堆場風(fēng)蝕揚塵，其實是料堆表面遭受風(fēng)擾動后引起的顆粒物排放［19］，因此堆場PM2.5起塵量可按下式估算

式中：E為堆場的風(fēng)蝕PM2.5揚塵量，g；EF為堆場風(fēng)蝕揚塵的PM2.5排放因子，g/m2；S為堆場的表面積，m2；k為粒徑大小因子，取0.2；N為堆料每年受擾動的次數(shù)；Pi為第i次擾動中觀察的最大風(fēng)速的風(fēng)蝕潛勢，g/m2。

②統(tǒng)計分析法是天津水運工程科學(xué)研究院［20］根據(jù)多年監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，提出的計算公式

式中：E為堆場起塵量，kg/a；a為起塵的物料調(diào)節(jié)系數(shù)（取值范圍0.6～1.6）；S為堆表面積，m2；Ux為風(fēng)速，m/s，是最大作業(yè)風(fēng)速的89%；U0為混合粒徑顆粒的起動風(fēng)速，m/s；w為含水率，%；A為煤炭堆存靜態(tài)起塵PM2.5/ TSP修正系數(shù)，取0.2。

（3）針對裝卸、運輸?shù)茸鳂I(yè)環(huán)節(jié)，常用的估算方法有美國AP-42推薦公式和天科院公式。

①根據(jù)美國AP-42［10］推薦公式，常采用貨物流通總量及排放因子對PM2.5排放量進行計算，公式［21］如下

式中：E為作業(yè)過程的PM2.5排放量，g；EF為作業(yè)過程對應(yīng)的PM2.5排放因子，g/m2；A為堆場流通的物質(zhì)總量，t；S為堆場面積，m2；D為堆放密度，t/m2；N為作業(yè)頻率。

②天科院［20］根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，提出煤炭裝卸動態(tài)起塵量計算公式

式中：E為作業(yè)起塵量，kg；U為堆場內(nèi)平均風(fēng)速，m/s，取堆場外風(fēng)速的0.89；Y為作業(yè)量，t；H為作業(yè)高度，m；w為含水率，%；α為散貨類型調(diào)節(jié)系數(shù)；β為作業(yè)方式系數(shù)，取β=1；ω2為水分作用系數(shù)，取0.45；w0為水分作用效果的臨界值，取6%；v2為作業(yè)起塵量達到最大起塵量一半的風(fēng)速，一般散貨取16 m/s；B為煤炭裝卸動態(tài)起塵PM2.5/TSP修正系數(shù)，取0.4。

（4）對于道路揚塵，PM2.5起塵量主要與道路長度、運輸車輛數(shù)有關(guān)，可按下式估算［21］

式中：E為道路揚塵PM2.5排放量，g；EF為道路揚塵PM2.5排放因子，g/VKT；A為行車公里數(shù)，VKT；F為車流量，輛/年；L為道路長度，km；T為時間長度（取1 a）。

3 小結(jié)

目前干散貨碼頭PM2.5污染已經(jīng)給港口城市的空氣質(zhì)量帶了了較為惡劣的影響，展開干散貨碼頭PM2.5排放清單的編制工作勢在必行。本文通過對國內(nèi)外文獻和相關(guān)資料的分析，為排放清單的編制工作總結(jié)了以下幾個要點：

（1）干散貨碼頭PM2.5的一次排放源包括散貨堆場揚塵、裝卸過程揚塵、道路揚塵、港作機械尾氣和集疏運車輛尾氣等。其中，點源有固定港作機械（如轉(zhuǎn)接塔）、生活鍋爐等；線源有集疏運車輛和運輸船舶的尾氣排放等；面源主要是一定范圍內(nèi)無規(guī)律無組織排放的污染源，包括堆場風(fēng)蝕揚塵、裝卸過程揚塵、道路揚塵、可移動港作機械（如吊車）排放的廢氣等。

（2）本文在參考國內(nèi)外文獻和技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，對排放清單的估算方法進行了總結(jié)概述，指出排放系數(shù)法是最常用的估算方法，其通用公式是：排放量=排放系數(shù)×活動水平。

（3）文章以排放系數(shù)法為基礎(chǔ)，以不同污染源為分類依據(jù)，建立了排放量估算體系，并給出了計算參數(shù)（活動水平數(shù)據(jù)和排放因子）的主要來源。

［1］Dominici F，Peng R D，Bell M L，et al.Fine Particulate Air Pollution and Hospital Admission for Cardiovascular and Respiratory Diseases［J］.The Journal of the American Medical Association，2006，295（10）：1 127-1 134.

［2］Valavanidis A，F(xiàn)iotakis K，Vlachogianni T.Airborne Particulate Matter and Human Health：Toxicological Assessment and Importance of Size and Composition of Particles for Oxidative Damage and Carcinogenic Mechanisms［J］.Journal of Environmental Science and Health Part C，2008，26（4）：339-362.

［3］Peng R D，Bell M L，Geyh A S，et al.Emergency admissions for cardiovascular and respiratory diseases and the chemical composition of fine particle air pollution［J］.Environment Health Perspectives，2009，117（6）：957-963.

［4］殷紅.我國港口發(fā)展的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.中國港口，1999（5）：5-6.

［5］加利福尼亞的環(huán)境空氣資源委員會（ARB）網(wǎng)站［EB/OL］.http：//www.arb.ca.gov/html/databases.htm.

［6］U.S.Environmental Protection Agency.Current Methodologies in Preparing Mobile Source Port-Related Emission Inventories［EB/ OL］.http：//www.epa.gov/cleandiesel/documents/ports-emission-inv-april09.pdf，2009.

［7］譚華，劉娟，沈寅，等.碼頭港作機械大氣污染物排放清單研究［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2013，38（6）：82-87. TAN H，LIU J，SHEN Y，et al.Emission Inventory of Air Pollutants from Cargo Handling Equipments［J］.Environmental Science and Management，2013，38（6）：82-87.

［8］楊柳，徐洪磊.港口營運期PM2.5環(huán)境影響評價方法研究［J］.安全與環(huán)境工程，2014，21（4）：85-90. YANG L，XU H L.Study on the Environmental Impact Assessment of PM2.5 Emission during Port Operation［J］.Safety and Environmental Engineering，2014，21（4）：85-90.

［9］李若玲，柳領(lǐng)君，任愛玲，等.河北省煤炭和礦石港口碼頭粉塵排放影響因素及防治措施研究［C］//中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會.2013中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2013.

［10］U.S.Environmental Protection Agency.Emissions Factors&AP 42，Compilation of Air Pollutant Emission Factors［EB/OL］.http：// www.epa.gov/ttn/chief/ap42/index.html.

［11］EEA.EMEP/CORINAIR emission inventory guidebook［EB/OL］.http：//reports.eea.europa.eu.html.

［12］Cowherd Jr C，AxetellJr K，Guenther C，et al.Development of Emission Factors for Fugitive Dust Sources，Midwest Research Institute report to the EPA［R］.Washington D.C.：U.S.Environmental Protection Agency，1974.

［13］Cowherd C C T，Gillette D A.Development of emission factors for wind erosion of aggregate storage piles［M］.Carolina：Air Pollution Control Association，1979.

［14］程健敏.國外散料裝卸作業(yè)場所懸浮顆粒物排放因子研究概況［J］.交通環(huán)保，1989（5）：32-37.

［15］中華人民共和國環(huán)境保護部.大氣細顆粒物一次源排放清單編制技術(shù)指南（試行）［R］.北京：中華人民共和國環(huán)境保護部，2014.

［16］周靜，劉松華，譚譯，等.蘇州市大氣細顆粒物（PM2.5）工業(yè)源排放清單［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，31（9）：1 858-1 871. ZHOU J，LIU S H，TAN Y，et al.The emission inventory of atmospheric fine particles（PM2.5）from industrial sources in Suzhou city［J］.Acta Scientiae Circumstantiae，2011，31（9）：1 858-1 871.

［17］賈旭，封學(xué)軍，蔣柳鵬.港口作業(yè)機械大氣污染物排放研究［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報，2014，31（3）：12-17. JIA X，F(xiàn)ENG X J，JIANG L P.Research of Air Pollutants from Cargo Handling Equipments［J］.Journal of East China Jiaotong University，2014，31（3）：12-17.

［18］U.S.Environmental Protection Agency.Median life，annual activity，and load factor values for nonroad engine emission modeling，EPA-420-R-10-016［R］.Washington D.C.：U.S.Environmental Protection Agency，2010.

［19］謝紹東，齊麗.料堆風(fēng)蝕揚塵排放量的一個估算方法［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2004，24（1）：49-52. XIE S D，QI L.An estimation method for wind erosion dust emissions from storage piles［J］.China Environmental Science，2004，24（1）：49-52.

［20］林宇，楊瑩，李美玲，等.港口煤炭作業(yè)細顆粒物（PM2.5）排放特征研究［J］.水道港口，2015，36（6）：578-582. LIN Y，YANG Y，LI M L，et al.Study on emission characteristics of fine particulate matter（PM2.5）in coal port［J］.Journal of Waterway and Harbor，2015，36（6）：578-582.

［21］黃嫣旻.城市地面揚塵的估算與分布特征研究［D］.上海：華東師范大學(xué)，2006.

Research on establishment method of PM2.5emission inventory in dry bulk cargo terminal

LUO Xiao-feng,LI Guang-tao
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Environmental Protection Technology on Water Transport Engineering,Ministry of Transport,Tianjin300456,China）

According to the working practice and related literatures of port environmental impact assessment, the PM2.5emission source in dry bulk cargo terminal was identified,including the dust diffusion of bulk yard,roads and operation process,the offgas of port machinery and transportation vehicles.In addition,the pollution source was divided into point source,linear source and non-point source.The existing emissions estimation method was summarized,and the corresponding emissions sources estimating system was set up based on the emission factor method. The results of this paper have a certain reference value for the establishment of PM2.5emissions inventory of dry bulk cargo terminal.

dry bulk cargo terminal;PM2.5;emission inventory

X 52

A

1005-8443（2017）01-0089-05

2016-10-11；

2016-10-31

交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資金項目（TKS150104）

羅小鳳（1986-），女，湖南衡陽人，助理工程師，主要從事交通工程環(huán)保研究。

Biography：LUO Xiao-feng（1986-），female，assistant engineer.