南充市大气PM10与PM2.5排放清单及特征

舒 丽，罗 彬，胡 健，夏 杰，张凌云，罗 斌，钟利健，张自全

1.南充市环境监测中心站，四川 南充 637000 2.四川省环境监测总站，四川 成都 610041

近年来，大气污染源清单建立成为研究热点，颗粒物PM10、PM2.5排放更是成为困扰国内大气污染的主要问题。文献表明，PM10、PM2.5组分中含有重金属和有机污染物有害物质，严重影响了城市大气环境质量和人体健康[1-3]。因南充市地处四川盆地属丘陵区，地势和气候条件极不利于大气污染物扩散，机动车尾气、道路扬尘、生物质燃烧、工业源等[4-7]人为因素致使污染物浓度增高，易产生雾霾天气。近几年,南充市城区春、秋、冬季PM10、PM2.5浓度出现超标现象，污染较为严重，成为四川省应对重污染天气的重点城市之一，在全省21个市(州)城市空气质量污染排名中靠前。为此，南充市迫切需要开展PM10、PM2.5污染控制研究，颗粒物排放清单又是控制污染的基础，四川省已将南充市设为颗粒物排放清单调查示范点。已有研究主要集中在一二线城市[8-10]，针对某一类污染源颗粒物排放清单[11]，污染源类别不全。针对三四线市，尤其是乡村道路扬尘源报道极少，有关南充市大气PM10、PM2.5的研究均从上至下，数据主要来源于年鉴统计。本文首次展开南充市大气颗粒物排放清单调查，主要参照环保部制定的污染物排放清单编制技术指南[12-19]排放因子法统计，采用实地调研、现场测试、相关部门数据获取并结合统计年鉴对数据进行核实和修正。本研究结果将成为南充市寻求有效可行的大气污染防控方法的技术支撑和科学依据，也为其他地区的相关研究提供参考。

1 区域概况

研究区域为南充市境内所辖县(市、区)，基准年为2014年。南充市地处盆北低山区和盆中丘陵区两大地貌的交接地带，位于嘉陵江中游，辖3区1市5县。辖区内地形以丘陵为主，分为浅丘带坝、中丘中谷、高丘低山，且各占辖区面积的三分之一；属中亚热带湿润季风气候，雨量充沛，年平均降水量1 025.2 mm，降水主要集中在5—9月。土地总面积124.8万km2，其中农用地面积104.3万km2，占比为83.6%；建设用地总面积13.5万km2，占比为10.8%；其他用地面积7.0万km2，占比为5.6%，农业为主。人口总数约759.6万人，其中农业人口约587.6万人，非农业人口约172.0万人，城镇化率为42.4%，县(市、区)城镇常住人口约268.74万人。南充市2014年企业数量为565家，综合能源消费量348.5万t标准煤，产值能耗0.18 t标准煤/万元。

2 研究方法

2.1 研究范围与估算方法

在大气颗粒物排放清单估算中，PM10、PM2.5来源为扬尘源、移动源、生物质燃烧源、化石燃料固定燃烧源、工艺过程源。其中，扬尘源采用实地测试和调研，以南充市各行政区域为单元划分，覆盖了城市区域和乡村区域。可查阅借鉴的文献资料中，大气颗粒物清单调查主要集中在城市区域，没有涉及乡村。本次颗粒物清单调查把土壤扬尘源中的荒地、裸地、滩涂和道路扬尘源中的公路、主干道、次干道、支路，以及施工和堆场扬尘源划入城市区域调查范围，将土壤扬尘源中农田、乡村道路划入乡村调查范围。移动源以本地实际调研的活动水平、排放因子与《道路机动车大气污染物排放清单编制技术指南(试行)》[12]和《非道路移动源大气污染物排放清单编制技术指南》[13]相结合，化石燃料固定燃烧源和工艺过程源采用现场调研和污染源普查数据相结合，生物质燃烧源采用调研与统计年鉴[20]相结合。

2.2 活动水平与排放因子

不同污染源采用的活动水平和排放因子有差异，为能获取更多的数据信息以便计算时采用更准确的公式，颗粒物排放清单调查各类源分类分级时均选择三级或四级，缺失的数据信息参考统计资料和文献[12-19]。

2.2.1 扬尘源

土壤扬尘源排放系数即土壤扬尘的起尘效率，包括土壤颗粒粒径分布、土壤机械组成、植被覆盖率、地面粗糙级别、区域内的屏蔽状况和气象因素影响。

道路扬尘量等于调查区域铺装道路与非铺装道路扬尘量总和。南充市境内有公路、乡村道路、城市道路，其中城市道路又分为主干道、次干道、支路。所有的公路、城市道路均为铺装道路，乡村道路分为铺装、未铺装2种路面。

施工扬尘源的调查范围为2014年报建的各类建设项目，主要包括商品房修建、房屋自建、道路的新建和翻修等类型，采用控尘措施包括地面铺装和洒水、安装尼龙塑胶网、采用硬质围挡等，部分乡村道路的建设项目和农村自建房屋行为没有采取控尘措施。

堆场扬尘源主要为建筑料堆，即沙石堆场。

以上几种扬尘排放系数均参考《扬尘源颗粒物排放清单编制技术指南》[14]。

2.2.2 移动源

道路移动源。因机动车由南充市集中管理，无法获得区县上的详细数据，只能获得南充市辖区内机动车总量数据，包括保有量、车型分类、燃油类型等。此次南充市2014年机动车数据调查重点为排放水平，包括机动车保有量、年均行驶里程、排放标准、燃油使用类型、车型分类等。

非道路移动源。南充市辖区非道路移动源颗粒物排放清单调查对象依据文献[13]中列出的排放源类别，把园林机械和保洁机械归于小型通用车型，调查源类别广泛覆盖。通过调查获取这些非道路移动车辆的保有量、平均功率、耗油量、工作周期等排放因子来计算污染物排放量。

2.2.3 生物质燃烧源

生物质燃烧源包括生物质炉具、生物质开放燃烧和生物质锅炉。相关计算方法和系数参考《生物质燃烧源大气污染物排放清单编制技术指南》[15]，结合南充实际情况，生物质炉具排放因子主要为玉米、小麦、水稻秸秆等以及薪柴、成型燃料，活动水平为生物质炉具燃料消耗量。生物质开放燃烧包括森林火灾、草原火灾、秸秆露天焚烧，研究只选择了秸秆露天焚烧。生物质锅炉只有几家，已经在化石燃料固定燃烧源中计算。

在计算燃料消耗量时，一定要考虑当地秸秆综合利用情况，从农牧业局的数据得知，南充市2014年秸秆综合利用率为72%，包括肥料化、饲料化、基料化利用。因此，剩余的28%视为生物质燃烧3类的燃料消耗量。综上，根据文献[15,21]建议，生物质开放燃烧比例选取20%，户用生物质炉具燃料量占比取74%。基础数据来源于实际调查，并结合区县统计年鉴修正获得。

2.2.4 化石燃料固定燃烧源

化石燃料固定燃烧源[16-19]包括如下行业：电力、热力、燃气生产和供应业，2014年南充市没有上述企业；南充市制造业规模较小，这次调查没有全部包括环境统计企业，调查数据主要来源于企业调查表，且均以点源统计，制造业锅炉活动水平为不同类型锅炉的年燃料消耗量，通过年燃料消耗量结合与采取的控制措施相对应的去除效率进行核算；民用源调查主要针对企业，民用气和民用耗煤量没有进行调查，对少量医院和宾馆的锅炉、加油站进行了调查，民用源主要针对医院、宾馆所使用锅炉排放的大气污染物。

2.2.5 工艺过程源

工艺过程源[16-17]估算所需的活动水平数据主要来自于调查表中产品产量、原辅料种类、消耗量。涉及化工及化学制品业、医药制造、涂料、油墨、颜料及类似产品制造、塑橡胶制品业等行业。

2.3 PM10、PM2.5排放量计算

颗粒物排放清单调查的几类污染源均采用排放系数法，不同类别的污染源PM10、PM2.5排放量计算公式和各污染源排放系数见文献[12-19]。

3 结果与讨论

3.1 大气PM10、PM2.5排放清单

2014年扬尘源、移动源、生物质燃烧源、化石燃料固定燃烧源、工艺过程源PM10、PM2.5排放情况，不同类型污染源分类、排放量见表1～表3。南充市辖区内大气PM10、PM2.5排放总量分别为102 073、27 514 t。其中，化石燃料固定燃烧源PM10、PM2.5排放量分别为2 416.5、914.0 t，工艺过程源PM10、PM2.5排放量分别为3 518.6、1 584.7 t，道路移动源PM10、PM2.5排放量分别为1 776.76、1 618.7 t，非道路移动源PM2.5排放量为252.9 t，扬尘源PM10、PM2.5排放量分别为85 187、16 093 t，生物质燃烧源PM10、PM2.5排放量分别为9 175、7 322 t。

表1 南充市2014年大气PM10、PM2.5化石燃料固定燃烧源和工艺过程源排放清单Table 1 The emission inventories of atmosphere PM10 and PM2.5 from fossil fuel fixed combustion and process engineering source in Nanchong 2014 t

注：“—”表示未获得相应数据，无法计算排放量。

表2 2014年大气PM10、PM2.5移动源排放清单Table 2 The emission inventories of atmosphere PM10 and PM2.5 from moving source in 2014 t

注：“—”表示对于非道路移动源，文献[13]中污染物没有PM10；其他燃料类型主要包括：压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)等。

表3 2014年大气PM10、PM2.5扬尘源和生物质燃烧源排放清单Table 3 The emission inventories of atmosphere PM10 and PM2.5 from dust source and biomass combustion source in 2014 t

3.2 大气PM10、PM2.5排放特征

3.2.1 PM10、PM2.5行业排放特征及空间分布

由图1、表4中扬尘源结果可见，2014年南充市扬尘源排放总量PM10为85 186 t、PM2.5为16 081 t。其中，分担率趋势均为道路扬尘源>施工扬尘源>堆场扬尘源>土壤扬尘源，PM10排放量占比分别为97.4%、2.1%、0.52%、0.03%，PM2.5排放量占比分别为97.2%、2.38%、0.41%、0.004%。城市区域扬尘源PM10为16 844 t、PM2.5为4 717 t，分别占扬尘源排放总量的19.7%、29.3%。乡村扬尘源PM10为68 342 t、PM2.5为11 364 t，分别占扬尘源排放总量的80.2%、70.7%。结果表明，乡村扬尘源PM10、PM2.5排放量贡献最大。辖区污染物排放量空间分布也存在较大差异，南部县最高，其余依次为仪陇、阆中、嘉陵、营山、高坪、西充、蓬安、顺庆。其中，土壤扬尘源中只有农田有区县数据，荒地、裸地、滩涂只有南充市总量。调查结果还表明，不同扬尘类型排放量也存在显著差别。土壤扬尘源中荒地排放量最多，其次是滩涂、农田、裸地；道路扬尘源排放量趋势为乡村未铺装路>乡村铺装路>城市区域公路>城市区域主干道>乡村支路>城市区域次干道；堆场扬尘源风蚀阶段高于卸装阶段。可见，控制道路扬尘源污染是首要任务。乡村和城市区域分布分担率差异很大，乡村区域扬尘排放总量占绝对比重，这为今后污染防控扬尘源提供了科学依据和明确了方向，说明本次调查乡村扬尘源具有重要意义。

表4 不同类型扬尘源PM10、PM2.5排放量空间分布Table 4 The spatial distribution of PM10 and PM2.5emissions from different type of dust source in Nanchong t

道路移动源结果表明，南充市机动车保有量为877 197辆，摩托车542 456辆、载客汽车261 887辆、载货汽车72 854辆，分别占比61.8%、29.9%、8.3%。其中，轻、重型载货汽车(柴油)分别占载货汽车54.0%、25.2%，小型载客汽车(其他燃料)占载客汽车94.8%，普通摩托车占摩托车97.6%。不同车型的PM10、PM2.5排放量及分担率差异较大，PM10、PM2.5排放量和分担率趋势相同，载货汽车>载客汽车>摩托车，分担率分别为68.6%、28.6%，2.8%，不同车型的分担率与保有量占比趋势一致。PM10、PM2.5排放量主要与保有量、车重、货物重量、燃油、行驶里程和排放标准密切相关[22-23]。

非道路移动源，同一排放源类别中非道路移动机械的PM2.5排放量差异较大，非道路移动源各类型机械PM2.5排放量分担率也有不同。其中，农用运输车、挖掘机等重型类机械、洒水车、货运船舶排放量较大，园林机械、保洁机械、渔业机械PM2.5排放量较小，飞机可以忽略不计。其中，农业机械和工程机械PM2.5分担率较大，分别占50.2%、40.3%，其他非道路机械占比很低。如图2所示，非道路移动源PM2.5排放量空间分布差异不大，顺庆和高坪相对较高，原因是建筑施工的工程机械产生量比其他调查区高。而阆中、南部、西充的PM2.5排放量较大，这与农业机械保有量有关，这3个地区农业产业占比较重。

图2 南充市非道路移动源PM2.5排放量Fig.2 The PM2.5 emissions of non-road moving source in Nanchong

南充市2014年秸秆总量为407.8万t，其中水稻秸秆占比最多，其次是小麦、玉米和其他类秸秆。辖区内秸秆量存在较大差异，南部县最多占比为17.0%，顺庆区最少。辖区生物质燃烧秸秆量分布情况与秸秆总量相同。图3结果显示，南充市户用生物质炉具PM10、PM2.5排放量总量分别为6 372.8、5 926.4 t。各区县户用生物质炉具PM10、PM2.5排放量存在差异，分布特征与秸秆消耗量一致，南部县PM10、PM2.5排放量最高，分别为1 120.7、1 042.2 t。南充市生物质开放燃烧秸秆总量为22.8万t，各区县燃烧秸秆量分布趋势与户用生物质炉具一致，南充市生物质开放燃烧PM10、PM2.5排放量总量分别为2 802.2、2 745.6 t，嘉陵区排放量最高，分别为1 531、1 500 t。生物质燃烧源PM10、PM2.5排放量与该地区耕地面积、农业产业情况、城镇化率相关。

图3 南充市生物质燃烧源PM10、PM2.5排放量Fig.3 The PM10 and PM2.5 emissions of biomass combustion source in Nanchong

本次调查企业数量共294家，其中非金属矿物制品业(黏土砖瓦及建筑砌块制造、水泥制品制造)企业数量占45%，酒、饮料和精制茶制造业、农副食品加工业各占15.6%、14.9%，纺织业、食品制造业各占4.1%、3.4%，其他行业约占18%。南充市各区县企业数量存在差异，仪陇、蓬安、阆中所占数量排在前三，最低为顺庆区。南充市化石燃料固定燃烧源燃料种类有煤、焦炭、天然气、燃油、生物质燃料。其中，煤年消耗量为318 855 t，焦炭为11 519 t，天然气为5 647万m3，燃油为120 t，生物质燃料为75 100 t。非金属矿物制品业用煤量占总煤消耗量的72.4%，非金属矿采选与化学原料和化学制品制造业各占13.6%、9.9%，酒、饮料和精制茶制造业与农副食品加工业各占2%、1.1%，其余行业约占1%。南充是农业大市，生物质燃料在木材加工、竹、藤、棕、草制品业、食品制造业、家具制造业和农副食品加工业等多种行业得到应用，木材加工、竹、藤、棕、草制品业与食品制造业生物质燃料消耗量分别占57%、42.6%。通过表1的调查结果计算获得PM10、PM2.5排放量和化石燃料固定燃烧源与工艺过程源中非金属矿物制品业PM10、PM2.5排放量分别占95.0%、94.4%和83.4%、67.9%。

3.2.2 调查区域总体排放特征

通过上述清单调查结果综合分析，大气PM10排放总量趋势为扬尘源>生物质燃烧源>工艺过程源>化石燃料固定燃烧源>移动源，排放总量分别为85 186.6、9 175.0、3 518.6、2 416.5、1 777 t；PM2.5排放总量趋势为扬尘源>生物质燃烧源>移动源>工艺过程源>化石燃料固定燃烧源，排放总量分别为16 093.2、7 322.0、1 618.7、1 584.7、914.0 t。

从图4中PM10、PM2.5排放分担率可见，扬尘源分担较重，分别为83.5%、58.4%。其中，道路扬尘远高于其他扬尘源，占比分别为66.5%、46.3%。移动源PM10、PM2.5分担率分别为1.7%、5.9%，道路移动源贡献占绝对比重，非道路移动源分担较低。本次全市移动源PM10、PM2.5分担率较低，与其他参考文献得出的结果差异较大，主要原因是本次调查区域包含辖区内所有城市和乡村，尤其是乡村扬尘源和生物质燃烧源占比重，从而分摊了移动源的分担率。移动源PM2.5排放对大气污染物排放的影响不容忽视。生物质燃烧源PM10、PM2.5分担率分别为9.0%、26.6%，其中生物质炉灶占绝对比重，生物质开放燃烧源占比低，这与南充市是农业大市密切相关。化石燃料固定燃烧源和工艺过程源的PM10、PM2.5排放分担率不是很高，占比分别为2.4%、3.3%、3.4%、5.8%，这主要与南充市辖区的农业、第三产业比重较高以及能源结构调整和产能优化密切相关。

图4 2014年南充市大气PM10、PM2.5分担率Fig.4 The contributions of atmosphere PM10 and PM2.5 in Nanchong 2014

3.2.3 城市区域PM10、PM2.5排放特征

鉴于本次调查污染源和调查区域广泛深入，在此针对2014年南充市城市区域PM10、PM2.5排放特征进行分析。为能更加准确掌握南充市城区大气PM10、PM2.5的排放情况，为南充大气污染治理和防控提供技术支撑。其中，只统计城区扬尘源和城市周边生物质燃烧源，其他3类源总量不变，分析结果见图5。

图5 2014年南充市城市区域污染源PM10、PM2.5分担率Fig.5 The contributions of urban atmosphere PM10 and PM2.5 in Nanchong 2014

由图5可知，城市区域PM10排放量依次为城区扬尘>工艺过程源>城市周边生物质燃烧源>化石燃料固定燃烧源>移动源，分别为16 844、3 519、3 058、2 417、1 777 t，分担率分别为60.0%、12.5%、12.5%、8.6%、6.3%；PM2.5排放量依次为城区扬尘>城市周边生物质燃烧源>移动源>工艺过程源>化石燃料固定燃烧源，分别为4 718、2 441、1 619、1 585、914 t，分担率分别为41.8%、21.6%、14.4%、14.1%、8.1%。由此看出，扬尘源和城市周边生物质燃烧源依然对城市区域大气PM10、PM2.5排放量贡献率最大，移动源对城区PM2.5排放量的影响较大，贡献排在第三。该结果与文献研究差异和趋势基本吻合[8，10]。可见，城市建设、人口密度、机动车数量、秸秆燃烧等对城市区域PM10、PM2.5排放量影响很大。

3.3 排放清单的不确定性分析

1)关键数据缺失。缺乏反映本地排放特征的排放因子和排放水平数据。

2)数据代表性不好。使用的排放因子和其他参数不能合理代表估算对象的排放特征，或者使用的数据来源缺乏代表性。

3)缺乏经验基础或知识。对排放因子选取缺乏认识，导致在经验系数选取或排放因子确定时带来估算的不确定性。

4)数据来源不规范。在清单编制过程中，数据搜集缺乏统一的标准规范，造成数据使用不一致、替代数据选择不尽合理等。数据来源质量问题，可能导致清单结果不确定性。

可见，在大气污染物排放清单编制过程中，多种不确定因素影响清单估算结果的不确定性。

4 结论

1)南充市2014年辖区扬尘源、移动源、生物质燃烧源、化石燃料固定燃烧源和工艺过程源PM10排放量分别为85 187、1 777、91 757、24 167、3 519 t，PM2.5分别为16 093、1 619、7 322、914、1 585 t。这5类污染源对PM10贡献率分别为83.5%、1.7%、9.0%、2.4%、3.4%，对PM2.5贡献率分别为58.4%、5.9%、26.6%、3.3%、5.8%。说明扬尘源是大气中PM10、PM2.5重要排放源，道路扬尘占比最重，尤其是乡村扬尘源PM10为68 342 t、PM2.5为11 364 t，PM10、PM2.5分别占扬尘源排放总量80.2%、70.7%；生物质燃烧源也是重要污染源；道路移动源也需引起高度重视，非道路移动源中农业机械占比相对较高，也不可忽视；非金属矿物制品业在化石燃料固定燃烧源和工艺过程源排放量中占比高。

2)城市区域扬尘源和城市周边生物质燃烧源排放量PM10、PM2.5分别为16 844、3 058，4 718、2 441 t，移动源、化石燃料固定燃烧源和工艺过程源总量不变，这5类污染源对PM10贡献率分别为60.0%、12.5%、6.3%、8.6%、12.5%，对PM2.5贡献率分别为41.8%、21.6%、14.4%、8.1%、14.1%。

3)从各辖区大气PM10、PM2.5排放量分布情况看，仪陇、南部、阆中扬尘源贡献率高于其他区县，PM10排放量分别为13 681、13 244、10 981 t，PM2.5排放量分别为2 683、2 726、2 019 t。嘉陵、南部、仪陇生物质燃烧源贡献率高于其他调查区县，PM10排放量分别为2 224、1 363、1 177 t，PM2.5排放量分别为2 145、1 280、1 106 t，户用生物质炉具占绝对比重。仪陇、蓬安、阆中非金属矿物制品业燃煤消耗量较高，化石燃料固定燃烧源和工艺过程源PM10、PM2.5贡献率也就相应较高。总体而言，大气PM10、PM2.5排放量空间分布差异主要与农业产值、经济产值、土地利用面积和人口数量等因素密切相关。

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