长沙县大气环境容量及总量控制研究

冯 畅，毛德华，朱 辉，王文松

（湖南师范大学 资源与环境科学学院，湖南 长沙 410081）

0 引 言

近年来长沙县的工业燃煤使用比例、民用汽车拥有量、房屋施工面积和工业废气排放量均呈现了逐年上升的趋势，这种增长趋势不仅对大气环境带来了一定的压力，也对环境污染的控制和治理带来了一定的挑战。虽然长沙县通过一系列环境整治工作逐步关闭或整改了一批重点污染企业，大气污染的排放得到了有效控制，空气环境质量也明显改善，但是由于工业园区的逐渐扩大，长沙市工业企业单位的逐步外迁，长沙县的大气环境问题依然不容忽视。

1 长沙县大气污染现状分析与评价

1.1 大气污染源状况

长沙县的大气环境污染物主要是SO2、NO2和PM10，整体上属于煤烟型和石油型并重的复合型污染，其中又以PM10的污染较为严重。统计资料显示，2010年长沙县大气污染物主要来自于以下几种方面：一是工业过程中使用燃煤所造成的煤烟型污染（SO2的重要排放源）。二是由于机动车保有量增加，汽车尾气污染逐渐上升（NOx的重要排放源）。三是在逐渐扩大的城市基本设施和房屋建设中，扬尘污染的增加（PM10的重要排放源）。

长沙县大气污染物的排放主要来自于工业源（占90%以上），其中又以非金属矿物制造、造纸及纸制品、交通运输设备制造和专用设备制造等行业的大气污染较为严重。而生活源的大气污染则相对较少（占10%以下），其来源主要是住宿业、居民服务业和独立燃烧设施的排放。

2010年统计资料显示，SO2排放量位列前三的是江背镇、黄花镇和跳马乡，其排放量占全县的72.16%；NOx排放量排名靠前的是黄花镇、江背镇和星沙，占全县的68.41%；TSP排放量相对较多的是江背镇、暮云镇和榔梨镇，占全县53.79%；PM10排放量居于前列的是江背镇、黄花镇和金井镇，占全县的52.97%。由此看来，大气环境污染物的区域分布相对不均匀，主要分布在江背镇、黄花镇和县城星沙等地区［1］。

1.2 大气环境的主要问题

（1）大气环境主要污染物存在超标现象：长沙县空气主要污染物（SO2、NO2、PM10和 TPS）的污染排放达标率相对较高，但是日均值最大浓度存在超标现象，尤其以可吸入颗粒物日均值的超标为甚。

（2）常规大气污染物的区域分布不平衡：全县的工业分布相对集中，乡镇的经济发展不平衡，还有一定程度上的地形、气象因素造成了大气污染物在区域分布上的不均衡。

中部：工业的迅速发展和扩张导致区域环境趋于恶化，城镇环境与经济发展水平不尽协调。

北部：无序的开发活动造成了区域生态功能的局部退化。但是工业规模较小，城镇发展规划和基础设施建设滞后，排污量小，故空气环境质量状况优于中部。

南部：工农业生产和农村生活对区域大气和水环境造成了一定污染，其中对区域内的溪、河、渠、塘等小流域水环境的破坏较之大气污染更为严重，所以对大气环境的破坏也不及中部。

（3）可吸入颗粒物污染较严重：现阶段长沙县最大的污染源主要是可吸入颗粒物，虽然近几年其污染有所改善，逐步达到了国家二级标准，但2010年的大气环境统计数据显示：全年有264天首要污染物为可吸入颗粒物［2］。

2 长沙县大气环境功能分区

2.1 大气环境功能区的划分标准

本研究参照国家《环境空气质量标准》（GB3095一2012）和《环境空气质量功能区划分原则与技术方法》（HJ14一1996）分析长沙县的环境和区域特点，将长沙县的大气环境功能区划分为三类：

一类大气环境功能区：虽然长沙县有着多个自然保护区、风景名胜区和森林公园，但这些区域的面积相对比较小，在规模上达不到设立一类大气环境功能区的要求，故长沙县不设一类大气环境功能区。

二类大气环境功能区：将长沙县的整体划为二类区。其中人口密集度相对较高的居民区、文教区、民众休闲景点以及一些零散的休闲旅游度假区、红色旅游区为重点保护区域。

三类大气环境功能区：综合分析了长沙市、湖南省乃至国家的大气环境污染治理趋势和长沙县的大气环境污染现状后，本研究认为长沙县暂不应考虑设立三类区。

2.2 缓冲区

在划分大气功能分区的同时还要建立缓冲带。虽然长沙县的整体划为了二类区，但是建议在重点保护区域的周边建立一条缓冲带，设置300－500m左右宽的缓冲区。缓冲区内的环境空气质量按内插法，并且向一类区倾斜来执行标准。

2.3 控制单元的划分

为了更合理、精细地控制长沙县的大气污染源，参照乡镇的行政区划来对整个长沙县二类区进行子控制区的细分，将长沙县分为一个控制区和20个控制单元。将二类大气环境功能区（即整个长沙县）全部划入第Ⅰ控制区，并以乡镇区划做为参考，将二类区分为20个控制单元，见表2－1。

表2 －1 长沙县第二类大气环境功能区控制单元的划分

3 大气环境主要污染物趋势预测

3.1 二氧化硫排放量预测

依据近几年长沙县二氧化硫排放量数据及能源消费总量预测公式（E目标年份＝GDP目标年份×e2008×（1－λ））、煤炭消费量预测公式（M 目标年份＝M2008×E目标年份÷E2008）、二氧化硫新增量预测公式（E非典SO2＝M非电增×q2008非电SO2×（1－K 宏观）×10－3）对未来，能源、煤炭消费总量和二氧化硫排放总量进行预测（见表3－1）［3］。

表3 －1 能源、煤炭消费总量和二氧化硫排放总量预测值

3.2 氮氧化物排放量预测

长沙县的氮氧化物排放量预测按照水泥行业、交通运输行业和其它行业三部分计算，如下式：E目标年份NOx＝E水泥NOx＋E交通NOx＋E其他行业 NOx。预测结果见表4－2［3］。

表3 －2 水泥行业、交通运输业、其他行业排放增量预测和氮氧化物排放总量预测值

4 大气环境容量计算

4.1 大气环境容量计算的模型与方法

本研究采用国家标准《制定大气污染物排放标准的技术方法》（GBIT3840－91）提出的大气功能区排放总量限制计算方法A－P值法来进行计算。总量控制的A－P值法是基于箱模式导出的，将这个区域看作是一个箱体，箱底和箱顶分别为区域下垫面和大气混合层，箱子的范围由区的范围来确定。用单箱模型，并假设用相关大气污染物浓度的标准限值Cs，且Cb（由上风向进入该箱内的大气污染物本底浓度）近似于零时，则可以推导出：

式中 VE—通风量（m2／s）

Qs—允许排放污染物总量（104t／a）

S—城市面积（km2）R—年降水量（mm／a）

Cs—污染物年平均浓度的标准限值（mg／m3）

ud—干沉积速度（m／s）Wr—清洗比，取1.9×105

4.2 长沙县大气环境容量计算

4.2.1 二类控制区大气环境容量计算

大气容量计算结果可以为大气污染物的总量控制提供依据。以行政区划为二类控制子单元，采用A－P值法，计算出各控制单元的大气环境容量，并计算出点源及面源的排放限制，结果见表4－1（湖南地区的A值为3.64，长株潭地区规划的A值为0.6，本研究计算的A值均取平均值2.12）［4］。由表4－1可知，长沙县SO2、NOx、TSP和PM10的大气环境容量分别为56 850t／a、47 375t／a、189 522t／a及94 756t／a。

表4 －1 长沙县分区大气环境容量

续表

4.2.2 重点区域大气环境容量计算

星沙都市经济生态区包括县城星沙与长沙经济技术开发区的建成区、规划的星沙生态新城区、长沙经济技术开发区拓展区，总面积83.5km2。其工业集聚，人口密集度相对较高，大气污染物控制问题更为重要，故将其划为特殊区域，并计算其大气环境容量，计算结果如表4－2。星沙都市经济生态区在以后的污染控制过程中，建议以该区大气环境容量为参考，限制其排放量，确定其削减量，合理规划，逐步改善大气环境。

表4 －2 星沙都市经济生态区大气环境容量

4.2.3 主要大气污染物总量控制

长沙县主要大气污染的工业排放占到总排放的90%以上，基本代表了长沙县的大气污染情况，同时又由于工业源具有相对集中，便于规划管理、明晰责任的特点，所以主要对工业源的大气污染排放提出总量控制目标。本研究通过参考国家总量控制目标、湖南省环境保护规划、长沙市环境保护规划、《长沙市生态市建设规划》、《长沙市城市总体规划》、《长沙县生态县建设规划》，并分析长沙县空气质量状况和SO2、NO2、TSP及PM10的现状排放量后，建议长沙县主要大气污染物SO2、NO2、TSP和PM10的工业大气污染总量控制值分别设定为环境容量的12%、4%、3%、3%。如确实有发展需要，可以按上述理论增加值的10%～20%来限定增加的排放量［5］。

5 结论与建议

5.1 主要大气污染物总量控制

以总量控制为核心，采用目标责任制度，建议参照本研究估计的长沙县大气环境容量总量控制值来进行区域大气污染排放的限定和分配，有利于将大气污染控制目标分配到各乡镇部门，有利于明确责任和管理范围。在有可能的情况下，还要对县内的重点排污企业进行全面监控。

5.2 调整产业结构

停和淘汰一部分能耗高、大气污染严重的工企业单位。第一，关停造纸厂、砖厂。长沙县粘土砖制造行业万元产值能耗最高，在规划的星沙新城300km2范围内的所有砖厂全部退出，其他区域年产小于1 000万块砖的砖厂全部关停。第二，关停水泥厂。水泥制造业的万元产值能耗在长沙县排名第二，除两个规模最大的水泥厂外，其他水泥厂全部关停。第四，关闭或搬迁北部乡镇内污染严重的工企业单位。长沙县北部整体定位为生态保护区，所以一些北部的重污染单位建议直接关闭或退出北部搬迁到长沙县中、南部［6］。

5.3 削减二氧化硫排放

控制工业窑炉、锅炉二氧化硫排放：第一、分期，分批淘汰高能耗、重污染的各类工业窑炉、锅炉，积极发展低能耗、轻污染或无污染的窑炉、锅炉。根据长沙市的总体规划目标，长沙县必须禁止使用含硫＞1%，灰分＞20%的燃煤。第二、规模在35吨以上、SO2排放超标，同时又未能达到以上标准的，必须安装脱硫设施，其综合脱硫效率一般可以达到70%。

5.4 控制氮氧化物排放

5.4.1 固定源氮氧化物污染控制：对于小锅炉氮氧化物的控制，可以采用燃烧方式解决；对于大型燃煤锅炉，则需改烧天然气和采用先进的再燃技术。

5.4.2 移动源氮氧化物污染控制。第一、提高机动车排放标准：要严格执行2010年7月1日起正式实施的《长沙市机动车排气污染防治条例》。实施严格的机动车排放标准是目前机动车NO2排放控制费效性最高、实现削减潜力最大的控制措施。第二、旧车淘汰和在用车改造：依据标准为2006年国家颁布的《机动车强制报废标准规定》。由于长沙县小汽车除运营外，基本为单位和个人所有，在执行10年淘汰政策时，结合里程因素，淘汰期限可延长至12年，而出租车、公交车、货车则应严格执行国家规定。旧车淘汰和在用车改造总体上属于昂贵的控制措施，而且能实现的减排量有限，故要和居民的承受力相适应，避免操之过急。

5.5 全面控制可吸入颗粒物

5.5.1 综合防治水泥行业粉尘污染：不再扩建和新建工艺落后、粉尘污染严重的水泥企业。对重点企业严格管理并要求安装高级除尘装置，使其粉尘排放达到50毫克／立方米以下。

5.5.2 工业锅炉安装烟尘净化装置：对于必须使用燃煤及重油的锅炉建议采用先进的袋式除尘器，对于部分小锅炉最佳方案是更换燃料。

5.5.3 控制扬尘污染：近年来长沙县县城的可吸入污染颗粒物的污染分担率一度高达45%以上。所以应该重视对城市二次扬尘的控制，要对施工工地实行围挡、道路硬化和覆盖，将四堆（煤堆、渣堆、料堆、灰堆）扬尘量控制削减到最低限度。另外增加绿化面积、改善道路质量，裸露地面机器清扫率不低于50%，积极控制扬尘污染。

［1］长沙县环境保护局.长沙县污染源普查技术报告［R］.长沙：长沙县环境保护局，2010

［2］长沙县环境保护局.长沙县环境质量公报（2004—2010）［R］.长沙：长沙县环境保护局，2010.

［3］长沙市统计局.长沙市国民经济和社会发展统计资料（2004—2010）［M］.北京：中国统计出版社，2010.

［4］长沙有色冶金设计研究院.长沙经济技术开发区报告书［R］.长沙：长沙市人民政府，2008.

［5］毛德华，冯畅，贺云，等.长沙县环境综合治理保护发展规划环境保护分项规划（2010—2030年）［R］.长沙：长沙县环境保护局，2010.

［6］毛德华，冯畅，贺云，等.长沙县环境保护“十二五”规划［R］.长沙：长沙县环境保护局，2010.