城市工业大气污染物排放总量统筹分配研究

陈佳璇,成润禾,李 巍



城市工业大气污染物排放总量统筹分配研究

陈佳璇,成润禾,李 巍*

(北京师范大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京 100875)

在持续推进环境空气质量全面达标改善进程中,城市大气污染的产业结构性特征愈发受到关注,但统筹空间和行业因子的大气污染物总量分配和控制研究相对薄弱.对此,在筛选城市大气污染主导行业和主控因子的基础上,综合考虑污染源空间分布和产业结构特征,通过构建指标体系并采用熵权法估算空间与行业总量分配系数,据此形成空间和行业统筹分配技术流程和方法,并应用于鄂尔多斯市.结果表明,该模式可以较好地适应大气污染工业贡献相对突出的城市,兼顾产业布局优化和行业规模调控,有助于完善总量分配体系和提高污染控制效果.

城市大气污染；工业排放总量；统筹分配；空间分布；主导行业

污染物排放是影响城市大气环境质量的主要人为因素[1],其中因工业生产活动造成的污染物浓度超标或过量排放成为大气环境质量达标改善面临的主要压力[2].近年来相关研究表明,我国城市大气环境污染兼具显著的空间和结构特征.例如,福州、济南、乌鲁木齐等城市大气污染的空间分布均与城市工业布局高度一致[3-5];上海与苏浙两省主要城市重点行业相似系数年均值高达0.93,由此产生重复建设与过度竞争增加了大气环境污染负荷与治理难度[6];环渤海地区产业结构合理化指数分析也表明,城市产业发展与大气污染间存在显著的协同效应[7].总量控制作为重要减排手段,有助于协调城市发展与大气环境保护[8].为此,国家《十三五生态环境保护规划》[9]明确要求改革和完善总量控制制度,大力推行区域性、行业性总量控制.

总量限值的合理分配是确保管控措施与制度落实的关键环节.1993年《城市大气污染物总量控制方法手册》[10]较为系统地总结了城市大气污染物总量分配的技术路线与方法,并通过在青岛、泉州、大连等城市的试点实施[11],逐渐形成了基于城市各行政分区排污现状进行负荷分配的模式[12].王勤耕[13]、许艳玲[14]等分别通过平权函数与绩效核算的方法,从促进公平与提升效率两方面提出了区域分配模式改进的建议;蒋洪强[15]、喻林超[16]等则将总量分配细化到城市的主体功能区与工业园区.已有研究主要关注空间和布局因素,大多以行政分区为基本单元进行空间分配,较少考虑产业结构与行业特征,综合空间和行业因素的总量分配方法明显欠缺.结合当前加快城市环境空气质量达标改善、推动城市工业绿色转型发展的实际需求,有必要兼顾污染源空间分布及污染物排放的产业结构特点,进一步研究完善城市大气污染物排放总量分配模式与方法.

1 总量统筹分配技术流程

工业大气污染物空间和行业的统筹分配,不仅要考虑大气污染物排放空间差异,还需叠加工业行业排放特征,分配过程主要包括4个步骤:

(1)筛选主导行业和主控因子.首先,结合城市工业发展规划与经济统计数据,计算行业产值占城市GDP增长的比重,将占比超过15%的确定为主导行业;其次,将城市重点管控的常规大气污染物与主导行业特征污染物共同作为统筹分配的主控因子.

(2)确定拟分配总量限值.根据下达的工业污染物排放总量控制指标或大气环境容量核算成果确定污染物总量管控限值.为确保大气环境质量能够全面稳定达标,需根据实际情况并结合专家意见合理预留一定比例的总量指标作为安全余量,暂不参与分配.

(3)估算空间和行业统筹分配系数.综合空间与行业两个维度,从环境质量、产业发展及政策要求三方面梳理具体指标,构建统筹分配指标体系.通过指标数据处理与权重计算,得到空间与行业统筹分配系数.

(4)实施统筹分配.依次计算各类大气污染物的可分配总量与空间及行业分配系数矩阵的乘积,将城市工业大气污染物排放总量指标按系数比例分配至各空间单元与主导行业,并就分配结果进行讨论.

2 总量统筹分配技术方法

2.1 构建统筹分配指标体系

采用“目标-准则-系统-指标”的框架构建统筹分配指标体系的四个层次,目标层(A)为城市大气污染物总量的统筹分配,准则层(B)包括空间(B1)与行业(B2)两个分配维度,系统层(C)主要指城市中能对空间或行业分配产生直接影响的环境(C1)、经济(C2)与管理(C3)子系统,在每个系统下选择具体指标构建指标体系.

进行空间分配时,各空间单元的大气环境质量与容量、经济发展水平都会影响空间分配系数的取值,因此需要选择相应指标,体现空间单元的环境质量现状、污染物扩散条件以及工业发展情况;行业分配除考虑主导行业经济与污染贡献对分配的影响外,还需综合各类产业发展与节能减排政策规划对行业分配份额的限定与调控作用,并设计具体指标进行描述.

2.2 估算统筹分配系数

基于构建的统筹分配指标体系,通过熵权法确定指数权重[17-19].首先建立初始决策矩阵如式(1):

将城市工业大气污染物排放总量指标按系数比例分配至各空间单元与主导行业,见式(4):

3 鄂尔多斯市大气污染物排放总量统筹分配

鄂尔多斯市位于内蒙古自治区西南部,总面积8.7万km2,煤炭资源富集,已探明储量1930亿吨,约占全国的1/6,是我国重要的能源化工基地.全市经济发展结构性特征显著,煤炭开采与煤基产业经济贡献较为突出,其产值占比多年来保持在80%以上. 2016年,鄂尔多斯市环境空气质量优良率为90.67%,主要大气污染物SO2、NO2及PM2.5年均浓度均低于国家二级标准.工业源是目前鄂尔多斯市大气污染物排放的主要来源,工业排放SO2与NO占总排放量比例均高于85%.伴随重化工业的大规模发展,城市环境空气质量稳定达标面临较大的污染减排压力,特别是煤化工产业发展带来的VOCs等特征污染物排放亟需加强控制.

3.1 大气污染物控制总量及利用现状

鄂尔多斯市《节能降耗和主要污染物减排工作方案》[20]中设定了2016年市域内各旗区常规污染物SO2与NO的控制量,结合当年环境统计数据,分析得到全市各旗区总量控制任务完成情况和大气环境承载状况(表1).

鄂尔多斯全市目前已在空间层面进行了两种大气污染物总量限值的分配,但执行效果不如预期,除鄂托克前旗、杭锦旗、乌审旗外,其他旗区均存在现状排放超过总量目标的现象;达拉特旗、东胜区、准格尔等旗区均存在容量过载的风险.因此在大气污染物总量分配时须加强分配限值与环境容量及质量的关联;在进一步整合各旗区空间信息的基础上充分结合污染物排放的结构性特点,实施空间和行业的统筹分配,提高总量目标的可达性,确保城市大气环境质量稳定达标与持续改善.

3.2 主导行业及主控因子确定

收集2016年鄂尔多斯工业统计数据,计算

表1 鄂尔多斯各旗区大气环境承载指数

各工业行业产值占GDP增长比重,发现主要行业包括煤炭、电力、化工、金属冶炼及制造业对GDP增长的贡献率分别为32.84%、26.29%、24.63%、9.65%和3.30%.因此,将工业产值占GDP比重超过15%的煤炭、电力及化工行业确定为统筹分配的主导行业.根据鄂尔多斯2016年统计年鉴及环统数据,除SO2与NO外,鄂尔多斯工业烟尘与挥发性有机物(VOCs)排放占总排放量比重较大,分别为77.42%与72.93%,且主导行业中化学原料与制品生产及加工业是工业VOCs排放的主要来源,据此可确定鄂尔多斯市进行空间与行业统筹分配的主控因子为常污染物SO2、NO、烟尘及特征污染物VOCs.

3.3 污染物排放总量统筹分配结果

表2 鄂尔多斯市工业大气污染物排放总量统筹分配指标体系

注:(1)技术减排情景下,煤炭矿区锅炉及生产井电机改造;煤电行业超低排放限值取代特别排放限值;化工行业达到国际先进能耗水平;(2)政策规划主要依据《鄂尔多斯市煤炭产业战略规划(2010-2020)》《内蒙古鄂尔多斯煤电基地开发规划》《鄂尔多斯市现代煤化工生产示范基地规划》[27-29].

根据《鄂尔多斯煤电基地规划环境影响评价》成果,全市“十三五”期间可用于工业分配的SO2、NO、烟尘及VOCs总量分别为42万t/a,25万t/a,10万t/a与17万t/a,预留总量指标的20%作为安全余量不用于分配.大气污染物排放总量的空间分配以各旗区为基本分配单元,行业分配的以三大主导行业及其他行业为基本分配单元.

表3 鄂尔多斯工业大气污染物排放总量统筹分配系数

基于统筹分配指标体系的框架设计,结合城市发展现状,逐项细化指标,建立鄂尔多斯市大气污染物统筹分配指标体系(表2).收集指标数据,计算行业与空间分配系数(表3).

将城市四类污染物总量指标按系数比例分配至各空间单元与主导行业,完成鄂尔多斯工业大气污染物排放总量的空间和行业统筹分配,并计算在统筹分配情况下,单位产能污染物排放相较于现状的变化率(表4).

根据表4可知,综合空间和行业的鄂尔多斯工业大气污染物排放总量统筹分配在原有空间分配的基础上将各类大气污染物的总量限值进一步细化到主导行业层面,使各旗区在工业发展过程中获得更明确的排放要求.在统筹分配时,基于环境质量、污染扩散、行业减排等方面分别选择相应指标求解分配系数.因此在有效执行统筹分配结果的前提下,可保证各旗区大气环境容量不过载,环境质量稳定达标.分析各行业单位产能污染物排放变化情况,煤炭行业污染物排放量增高,主要由“十三五”期间行业规划产能削减导致.其他行业污染物排放均呈下降趋势,其中电力行业NO与化工行业VOCs单位产能排放量分别降低52%与31.8%,减排效果显著.由此可见,在规划产能增长的前提下,电力行业应开展落后产能的置换和淘汰,加快机组的超低排放改造;化工行业则需通过推广清洁生产技术,延伸产业链条,促进传统煤化工的升级改造,共同保证总量目标的实现.

表4 鄂尔多斯市工业大气污染物排放总量统筹分配结果(万t/a)

4 结论

4.1 我国城市环境空气质量正在进入全面达标和改善阶段,结合产业结构调整和升级的污染物减排工作已成为深化大气污染物总量控制的重要手段.以空间分配和管控为主的模式已不能满足实际需求,特别是在工业对经济发展和大气污染贡献均比较突出的城市中,仅将总量指标分配至空间层面,欠缺对城市产业发展结构及行业排放特征的考虑,极易导致工业污染物排放超出总量分配限值,行业特征污染物浓度超出质量标准,造成局域性、结构性大气环境污染.因此,统筹空间和行业因子开展大气污染总量控制已成为推进城市环境空气质量稳定达标和持续改善的一项重要政策选择.

4.2 在充分总结大气污染物总量空间分配研究和应用成果的基础上,考虑城市常规及特征大气污染物达标需求,综合空间单元和主导行业减排要求,从产业发展、环境保护、减排管理等方面选择指标,计算空间和行业的统筹分配系数.将工业污染物控制总量管控限值分配给主要县旗区和重点行业,可以实现空间和行业一体化的城市工业大气污染物排放总量统筹分配.从而完善区域性、行业性大气污染总量控制制度,并通过总量管控促进行业发展升级,倒逼城市产业结构转型与优化.

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Method and application on overall allocation of space and industry for urban industrial total atmospheric pollutant emission.

CHEN Jia-xuan, CHENG Run-he, LI Wei*

(State Key Laboratory of Water Environment Simulation, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)., 2018,38(12)：4737~4741

In the process of improving air quality, the industrial structural characteristics of urban air pollution are increasingly attracting public attention. However, research on the overall planning of total air pollutant allocation giving consideration to both spatial and industrial factors is relatively weak. To address this issue, the present study synthetically considers spatial distribution of pollution resources and industrial structure characteristics based on the screening of leading industries and main-control factors first. Then an indicator system is constructed to enable the estimation of the overall spatial and industrial allocation coefficients with the entropy weight method. Hereby, the overall allocation method and process were established and applied to Ordos City. The result showed that this method can be well adapted to cities where there the industrial contribution to air pollution is prominent. With the consideration of optimization for industrial layout and scale, it will also help to improve the total pollutant allocation system and improve the effect of pollution control.

urban air pollution；total industrial emission；overall allocation；spatial distribution；leading industries

X823,X50.2

A

1000-6923(2018)12-4737-05

陈佳璇(1994-),女,山东日照人,硕士,主要从事战略环境影响评价方面研究.发表论文2篇.

2018-05-16

环保公益项目“流域综合规划环境影响评价关键技术研究”(2013467042)

* 责任作者, 教授, weili@bnu.edu.cn