干散货码头PM2.5排放清单编制方法研究

罗小凤，李广涛

（交通运输部天津水运工程科学研究所水路交通环境保护技术交通行业重点实验室，天津300456）

干散货码头PM2.5排放清单编制方法研究

罗小凤，李广涛

（交通运输部天津水运工程科学研究所水路交通环境保护技术交通行业重点实验室，天津300456）

根据我国港口环评工作实践和相关文献记载，识别出散货堆场、道路和作业过程的粉尘扩散，港口机械设备和集疏运车辆的尾气为干散货码头的PM2.5排放源，并将其划分为点源、线源和面源；总结了现有的排放量估算方法，并以排放系数法为基础，建立了与污染源对应的排放量估算体系，为干散货码头PM2.5排放清单的编制提供了有效参考。

干散货码头；PM2.5；排放清单

大气细颗粒物（PM2.5）是我国城市空气质量的主要污染物，它不仅影响大气能见度，还严重影响人体健康，大量流行病学和毒理学的研究［1-3］已经证实细颗粒物污染与死亡率、呼吸系统及心血管发病率等显著相关。因此，了解细颗粒物来源，建立细颗粒物排放清单具有十分重要的现实意义。20世纪80年代开始，我国逐渐有不少学者和研究机构开始研究颗粒物排放清单，如：北京大学、清华大学等11个单位在“北京市大气污染控制对策研究”项目中，通过评估和借鉴国内外相关研究，统计分析了北京城近郊区近十年的大气污染源和气象监测数据，系统测量了各类污染源的排放特征，建立了北京市近郊区大气污染物排放清单；香港环保署与广东省政府合作展开了粤港区域空气监测工作，建立了与国际接轨的适用于珠江三角洲地区的空气自动监测质量保证和质量控制技术体系，编制了“珠江三角洲地区大气污染物排放清单”；随后我国部分沿海城市也先后开展了机动车污染排放模型研究、地区植被排放特征研究、长三角区域污染源特征研究等，为该地区排放清单的建立奠定了良好基础。但这些研究大都集中于省、市等大范围或工业、交通等大行业，对于部分具有典型污染特征的区域仍然罕有涉足。

随着港口经济的不断发展，港口已成为城市发展的重要资源［4］，港口发展对大气环境的负面影响也日益凸显。尤其是干散货码头，其对港口区域细颗粒物污染有着极为突出的贡献。为缓解城市发展与环境恶化之间的矛盾，开展干散货码头颗粒物排放清单的研究工作十分必要。

1 干散货码头PM2.5主要排放来源

大气中颗粒物的成分复杂，来源众多，对港口码头大气颗粒物的来源进行识别是开展排放清单编制工作的第一要务。1967年，美国加州政府通过合并机动车污染管理委员会和空气卫生局，成立了空气资源委员会（Air Resources Board，ARB），并开始采集空气污染源的排放信息［5］。为改进排放清单编制工作，2009年，美国国家环保署（US Environmental Protection Agency，简称EPA）统计分析了美国23个港口的污染物排放清单，发现港内深水船舶、工作船舶、装卸机械、陆路运输机械的颗粒物排放贡献率分别为51%、14%、18%、和17%［6］。

由于颗粒物污染对沿海港口城市空气质量的影响日益严重，国内一些学者也开始关注颗粒物排放源清单的编制工作。谭华［7］将港口空气质量问题来源归纳为两类：船舶尾气排放和码头作业排放。杨柳［8］将我国港口一次颗粒物污染源分为堆场风蚀扬尘、装卸扬尘和道路行驶扬尘、船舶尾气排放（包括深海船舶和港内工作船舶）、港作机械尾气排放以及集疏运车辆尾气排放等。李若玲［9］针对河北省煤炭和矿石港口码头作业区的颗粒物来源展开了研究，并将其分为三类：一是煤炭和矿石等干散货在装卸、运输和存取料过程中由于干扰震荡产生的扬尘；二是车辆行驶时掀起的路面扬尘；三是露天堆场的风蚀扬尘。

除了上述研究提到的污染源外，码头生活辅助区的锅炉燃烧也是PM2.5的重要来源之一。因此，干散货码头PM2.5一次排放源可归纳为点源、线源和面源三大类。其中点源主要包括固定港作机械（如转接塔）、生活锅炉等；线源主要包括集疏运车辆和运输船舶的尾气排放；面源主要是一定范围内无规律无组织排放的污染源，包括堆场风蚀扬尘，散货物料在装卸、运输等环节上由于干扰震荡产生的扬尘，道路扬尘，可移动港作机械（如吊车）排放的废气等。

2 排放清单编制方法研究

编制PM2.5排放清单时，除了要清楚排放源的构成，还需建立排放量估算方法体系，确定清单编制过程中的活动水平数据和排放因子。因此，本文从以上几方面入手，对干散货码头PM2.5排放清单的编制方法进行讨论。

2.1 排放量估算方法

所谓排放量估算，是指针对各类污染源可能会排放至空气中的污染量进行估算，为空气污染防制及相关法规政策的拟定提供基础资料。

空气污染物排放量的估算可分为下列几种方法：

第一种为直接估算方法：由测量排放污染物的浓度配合测量的体积流量估算而得，最常应用于工厂烟囱及排放口的排放量估算。

第二种为质量平衡法：根据物质不灭定理，由物质输入与输出间的平衡关系进行估算。

第三种为工程计算方法：利用物质成份特性及理论公式进行估算。

第四种为排放系数估算法：即利用具代表性的排放系数（排放因子）配合活动强度进行估算。

空气污染物排放量的估算方法中直接测定较为可靠，但成本较高，故仅对重点位置或特殊情况才进行实地测量，一般则采用间接计算方法进行排放量的估算，其中最常采用的是排放系数法。排放系数法的通用公式是

2.2 排放因子

排放因子又称排放系数、产排污系数，是指在典型生产条件下，生产单位产品（使用单位原料）所产生并排放的污染物量。美国于20世纪60年代末最早展开产排污系数研究，并用于估算空气污染物排放量。1972年，美国环保署发表了《空气污染物排放因子汇编》，俗称AP-42，并陆续更新至2001年的第五版［10］。针对欧洲大气污染物排放特征欧盟环境署（EEA）也编制开发了《EMEP/CORINAIR空气污染物排放清单指南》［11］。

随后也有许多学者纷纷展开了不同污染物与污染区域的排放因子研究，为系统的排放因子手册提供了有效补充。其中针对散料堆场的活动进行颗粒物排放因子研究也有不少，如：1974年，美国的Cowherd.Jr.C等人［12］对散货堆场在风蚀和作业条件下颗粒物排放因子进行研究。1978年，Cowherd.C和Dale.Gillette等人［13］考虑了土壤成分和植被覆盖等因素后，提出土壤风蚀起尘量的排放因子计算方法。日本的白仓藏生［14］等人研究了煤堆起尘量与风速、含水率、颗粒大小之间的关系后，提出了煤尘颗粒物的排放因子。

我国最早的、较为系统的排放因子手册是由国家环境保护局科技标准司于1996年出版的《工业污染物产生和排放系数手册》。随着经济发展，原有排放因子手册已经严重失真，加之缺少连续性的数据更新和管理机制，且开发维系成本较高，目前我国多采用国外的排放系数资料。在国外资料中，美国环保署的AP-42对于排放系数背景记载较为详细且涵盖污染源类别较多，所以我国在应用上若无本地资料可用，则优先参考美国AP-42系数。

2.3 活动水平

活动水平是指在一定时间范围内以及在界定地区里，与某项大气污染物（PM2.5）排放相关的生产或消费活动的量，如燃料消费量、产品生产量、机动车行驶里程等［15］。对于干散货码头，主要需获取港作机械、集疏运车辆和港内作业船舶的活动水平，以及散装货物在港口装卸、转运和运输的频率。

活动水平数据主要依靠实地调查获得［16］，无法开展活动水平调查时，可采用环境统计和污染源普查等历史资料中的相应信息。

2.3.1 港作机械、集疏运车辆和港内作业船舶活动水平数据

不同的排放量估算方法对应不同的活动水平数据。采用功率法估算时，需获取的活动水平数据包括各类设备的数量，各类设备对应的发动机功率，以及各类设备的运转时间；采用燃油消耗法估算时，需获取的活动水平数据包括各类设备的数量以及各类设备燃油消耗情况；采用行驶里程法估算时，需获取的活动水平数据包括不同的机动车类型以及其行驶里程。

2.3.2 散货装卸、转运和运输的活动水平数据

进行散货装卸、转运和运输等操作时，需获取的活动水平数据主要是堆场物质的装卸频率、装卸高度、转运和运输的方式、每次操作移动的物质总量等。

2.4 主要排放源的排放量估算

不同排放源的特征差异较大，本文根据最常用的排放系数法，参考国内外文献记载，总结了主要排放源对应的排放量估算公式。

（1）对于港作机械、集疏运车辆和港内作业船舶的PM2.5排放量，常用的估算方法主要有功率法、燃油消耗法［17］和行驶里程法［8］。

①功率法是以发动机功率为依据，排放量计算公式如下［18］

式中：Q为PM2.5排放量；Pop为计算区域保有机械量；Power为发动机功率，kW；LF为发动机实际功率与额定功率的比值；A为年活动水平，h；EF为排放系数，g/kw·h。

②燃油消耗法是以设备的燃油消耗量为基础，排放量计算公式如下

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

③针对集疏运车辆，根据其年行驶里程及单位里程排放因子，可得到计算公式如下

式中：Q为排放量；M为集疏运车辆年行驶里程，km；EF为单位行驶里程的PM2.5排放因子，g/km。

（2）对于堆场风蚀扬尘PM2.5的排放量估算，常用的方法主要有表面积法和统计分析法。

①所谓堆场风蚀扬尘，其实是料堆表面遭受风扰动后引起的颗粒物排放［19］，因此堆场PM2.5起尘量可按下式估算

式中：E为堆场的风蚀PM2.5扬尘量，g；EF为堆场风蚀扬尘的PM2.5排放因子，g/m2；S为堆场的表面积，m2；k为粒径大小因子，取0.2；N为堆料每年受扰动的次数；Pi为第i次扰动中观察的最大风速的风蚀潜势，g/m2。

②统计分析法是天津水运工程科学研究院［20］根据多年监测数据统计，提出的计算公式

式中：E为堆场起尘量，kg/a；a为起尘的物料调节系数（取值范围0.6～1.6）；S为堆表面积，m2；Ux为风速，m/s，是最大作业风速的89%；U0为混合粒径颗粒的起动风速，m/s；w为含水率，%；A为煤炭堆存静态起尘PM2.5/ TSP修正系数，取0.2。

（3）针对装卸、运输等作业环节，常用的估算方法有美国AP-42推荐公式和天科院公式。

①根据美国AP-42［10］推荐公式，常采用货物流通总量及排放因子对PM2.5排放量进行计算，公式［21］如下

式中：E为作业过程的PM2.5排放量，g；EF为作业过程对应的PM2.5排放因子，g/m2；A为堆场流通的物质总量，t；S为堆场面积，m2；D为堆放密度，t/m2；N为作业频率。

②天科院［20］根据数据统计分析，提出煤炭装卸动态起尘量计算公式

式中：E为作业起尘量，kg；U为堆场内平均风速，m/s，取堆场外风速的0.89；Y为作业量，t；H为作业高度，m；w为含水率，%；α为散货类型调节系数；β为作业方式系数，取β=1；ω2为水分作用系数，取0.45；w0为水分作用效果的临界值，取6%；v2为作业起尘量达到最大起尘量一半的风速，一般散货取16 m/s；B为煤炭装卸动态起尘PM2.5/TSP修正系数，取0.4。

（4）对于道路扬尘，PM2.5起尘量主要与道路长度、运输车辆数有关，可按下式估算［21］

式中：E为道路扬尘PM2.5排放量，g；EF为道路扬尘PM2.5排放因子，g/VKT；A为行车公里数，VKT；F为车流量，辆/年；L为道路长度，km；T为时间长度（取1 a）。

3 小结

目前干散货码头PM2.5污染已经给港口城市的空气质量带了了较为恶劣的影响，展开干散货码头PM2.5排放清单的编制工作势在必行。本文通过对国内外文献和相关资料的分析，为排放清单的编制工作总结了以下几个要点：

（1）干散货码头PM2.5的一次排放源包括散货堆场扬尘、装卸过程扬尘、道路扬尘、港作机械尾气和集疏运车辆尾气等。其中，点源有固定港作机械（如转接塔）、生活锅炉等；线源有集疏运车辆和运输船舶的尾气排放等；面源主要是一定范围内无规律无组织排放的污染源，包括堆场风蚀扬尘、装卸过程扬尘、道路扬尘、可移动港作机械（如吊车）排放的废气等。

（2）本文在参考国内外文献和技术资料的基础上，对排放清单的估算方法进行了总结概述，指出排放系数法是最常用的估算方法，其通用公式是：排放量=排放系数×活动水平。

（3）文章以排放系数法为基础，以不同污染源为分类依据，建立了排放量估算体系，并给出了计算参数（活动水平数据和排放因子）的主要来源。

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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

交通运输部天津水运工程科学研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（TKS150104）

罗小凤（1986-），女，湖南衡阳人，助理工程师，主要从事交通工程环保研究。

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