山东省垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放清单及其环境影响

汤 铃,郭 静,郭朋恒,李建晖,甘狄松,贾 敏,屈加豹,伯 鑫,7*

山东省垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放清单及其环境影响

汤 铃1,2,郭 静1,郭朋恒3,李建晖4,甘狄松5,贾 敏1,屈加豹6,伯 鑫5,7*

(1.北京航空航天大学经济管理学院,北京 100191；2.中国科学院大学经济管理学院,北京 100190；3.云南高科环境保护科技有限公司,云南 昆明 650032；4.北京化工大学化学工程学院,北京 100029；5.北京化工大学环境科学与工程系,北京 100029；6.生态环境部环境工程评估中心,北京 100012；7.北京化工大学北化中国工业碳中和研究院,北京 100029)

基于2018年现场实测数据,以山东省为典型案例研究,综合考虑现有生产技术、生产规模、炉型工艺及年垃圾焚烧量等因素,自下而上构建山东省垃圾焚烧发电厂PCDD/Fs排放清单,并采用空气质量模型CALPUFF定量评估现状及不同情景下垃圾焚烧PCDD/Fs排放及其环境影响.结果表明: PCDD/Fs排放因子范围为24.68～290.90ng TEQ/t,平均值为75.11ng TEQ/t,年排放量为1.07g TEQ,排放因子、排放量均低于已有研究.从炉型维度分析: 炉排炉排放因子低于循环流化床,表明其PCDD/Fs排放控制水平较好;从空间分布维度分析:潍坊市,济宁市和淄博市的垃圾焚烧量最大,其排放量与大气模拟浓度也相对较高;从情景对比维度分析: 标准加严、垃圾焚烧率提高的未来情景更符合山东省垃圾焚烧电厂的未来发展规划要求,同时也可达到降低PCDD/Fs排放及其环境影响的目标;相比2018年基准情景,该情景下的年排放量以及年均浓度贡献将分别下降22.73%,24.19%.

垃圾焚烧；PCDD/Fs排放；排放清单；环境影响；排放因子

根据国家统计局最新数据显示,截至2020年,我国生活垃圾焚烧产量达到2.35亿t,日处理垃圾达到96.35万t[1].垃圾焚烧处理方式因其具有节约土地、快速减少垃圾体量以及实现能源再生等优点而被广泛推崇[2-4].焚烧垃圾会产生二噁英(PCDD/Fs), 二噁英具有毒性高、稳定性好、持续性久、难降解、易致癌等特点[5-9].已有研究表明,城市生活垃圾焚烧炉作为PCDD/Fs的主要排放源[10-11],大气中约95%的PCDD/Fs来自城市生活垃圾的不完全燃烧[8].中国2014年修订了生活垃圾焚烧排放标准(GB18485-2014),进一步加严PCDD/Fs排放浓度限值到0.1ng TEQ/Nm3[12].山东省作为中国经济发达,人口众多的东部沿海省份,其2020年垃圾焚烧量达到1476.73万t,位居全国第三位,垃圾焚烧企业数量位居全国第一位[1].“十四五”规划将进一步提高垃圾焚烧处理率到85%[13].因此,评估山东省垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放及其环境影响具有十分重要的现实意义.

当前国内外开展关于垃圾焚烧行业大气污染物的研究,主要集中在排放清单编制及其环境影响评估等方面[8,14-17].在清单编制方面,Tian等[8]和Zhou等[15]采用文献调研的平均排放因子分别核算2003～2010年以及2015年中国垃圾焚烧行业二噁英排放水平;Fu等[16]同样基于文献调研的排放因子核算了2006～2017年的全国二噁英排放总量;陈露露等[18]基于2004年公布的二噁英总量推测了2016年各省的排放水平;杨艳艳等[19]基于现场实测法评估了2013年珠三角垃圾焚烧二噁英排放水平.相关研究普遍采用的排放因子大多数来源于2016年之前的文献调研,难以反映新排放标准全面实施以及垃圾焚烧电厂管理水平大幅度提升所带来的减排影响.此外,清单建立也是基于多种假设和间接参数(如理论设计处理规模、理论去除效率等)所计算的平均排放因子,难以反映排放个体的异质性,排放量核算结果存在较大不确定性[20-23].在环境影响评估方面, Zhou等[15]利用基于数值计算的高斯烟羽模型模拟2015年中国垃圾焚烧电厂二噁英排放的环境影响;王超[24]和李敏[25]分别采用AERMOD、CALPUFF模型模拟了危废焚烧厂PCDD/Fs排放的环境影响.相关垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放的大气扩散模拟研究相对较少,更别提探究新标准实施对生活垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放的环境影响.

为了突破已有研究采用固定、过时、平均排放因子的局限,本研究采用2018年现场实测数据,计算基于企业维度的排放因子,并结合企业实际垃圾焚烧量,自下而上建立了山东省2018年生活垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放清单,以此评估新标准实施的有效性;同时,将山东省未来垃圾焚烧行业的管理政策、发展规划纳入到未来情景的排放预测之中,并利用CALPUFF大气扩散模型分别评估了现状情景及未来情景下山东省垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放的环境影响.

1 研究方法

1.1 研究对象

图1 2018年山东省垃圾焚烧厂空间分布

本研究基准年为2018年,山东省垃圾焚烧企业分布如图1所示.从企业分布来看,山东省垃圾焚烧企业数量为50家,居全国首位,主要分布在临沂市,潍坊市和烟台市,累计企业总数占到全省企业总数的34%.从垃圾焚烧规模来看,600～1200t/d的企业占比70%;从炉型技术来看,炉排炉占比为90%,其余为循环流化床;从活动水平来看,临沂市年垃圾焚烧量最高,其次是潍坊市,烟台市,青岛市,累计焚烧量占到全省年垃圾焚烧总量的45%.

本研究所有企业位置信息来源排污许可、污染源连续自动监测系统(continuous emissions monitoring systems, CEMS)、环境影响评价报告与环境影响评价验收监测报告等.为确保企业位置信息的准确性,本研究采用百度地图坐标拾取技术,结合卫星遥感数据、谷歌地球(Google Earth)位置识别以及人工目视检验,对企业经纬度信息进行逐个校核.

1.2 清单编制方法

生活垃圾焚烧排放标准(GB18485-2014)规定焚烧炉烟气中PCDD/Fs浓度监测应每年至少监测1次,其最终浓度为连续3次监测值的算术平均值[12].根据环境影响评价竣工验收报告,监督性监测(执法监测)报告、企业自主监测报告中现场实测的烟气PCDD/Fs浓度均值(该值可反映企业全年的PCDD/Fs排放水平),并结合环境统计中燃料类型,以及《第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册》中各燃料类型理论烟气量,按照式(1)计算PCDD/Fs排放因子;结合环境统计中的实际垃圾焚烧量以及自行调研的活动水平数据,自下而上计算每个企业的PCDD/Fs年排放量,如公式(2).

1.3 数据质控方法

本文结合传统统计学方法,并借鉴Tang等[20-22]和Bo等[23]数据质控方法,对所收集的数据进行质控分析,具体方法如下:

(1) 形成时间序列监测数据;对来源于竣工验收、监督性监测或执法监测以及企业委托第三方监测的同一焚烧炉PCDD/Fs浓度数据,按照实地采样监测时间,整理形成PCDD/Fs监测时间序列数据;

(2) 剔除疑似异常数据;根据统计学中平均值±2倍标准差方法,剔除不在此范围内的PCDD/Fs浓度数据;

(3) 数据来源选用标准;优先使用监督性监测或执法监测数据的平均值作为清单核算的主要来源,其次采用企业竣工验收监测数据;在监督性监测或执法监测数据、竣工验收数据缺失时,采用企业委托第三方监测数据.

1.4 未来情景设置

结合生活垃圾焚烧行业“十四五”规划以及部分省市(如海南[26],深圳[27])发布的最新排放标准,以2018年为基准情景,组合设置三种情景.情景1保持2018年活动水平不变,并加严排放限值到全省平均;情景2保持现状排放水平不变,焚烧率提高到85%;情景3排放限值加严到全省平均,焚烧率提高到85%.

1.5 空气质量模型

CALPUFF空气质量模型为三维非稳态拉格朗日扩散模式,可模拟从几十米到几百公里中等尺度范围[28-30].目前已广泛应用于研究城市乃至区域尺度上污染物的扩散规律[31-37].

明代的缠枝纹包含了几乎所有的缠枝纹饰，其中以无花果的枝叶作为表现主题，多以吉祥寓意为主。而这些缠枝技法都会根据花卉的名称来命名，例如牡丹的缠枝纹叫作“缠枝牡丹纹”，有以莲花、菊花等做的花头称作“缠枝四季花纹”，而有以人物或者走兽飞禽组成的称作“人物鸟兽缠枝纹”。

本研究山东省2018年气象数据为中尺度数据大气模式WRF模拟提供的三维气象场数据;区域地形资料来自美国地质勘探局,地形数据精度为90m,土地利用类型数据精度为30m[38].本研究建模考虑各垃圾焚烧炉的经纬度及烟囱高度、出口温度、烟气流速、PCDD/Fs年排放量等信息,网格分辨率300m,东西向100个格点,南北向100个格点.本研究参考史梦雪等[39]采用PM10污染物代替PCDD/Fs进行模拟.由于PCDD/Fs是一种持久性有机污染物,化学性质稳定[36],模拟暂不考虑PCDD/Fs的衰变与化学转化机制[36].

1.6 不确定性分析

本研究使用蒙特卡罗模拟方法来计算排放清单计算的不确定性.蒙特卡罗模拟方法是通过产生随机数,表征相关运算参数(例如,活动水平和排放因子)的概率分布,并求解不同参数取值下对应的排放量,获取排放量的分布,从而确定其不确定性区间[40-42].目前,蒙特卡罗方法已成功被应用于火电行业、钢铁行业以及水泥行业排放量不确定性分析中[20-22].本研究参考Tang等[20]和Bo等[23]所提出的方法,引入蒙特卡罗模拟进行不确定性分析,验证排放清单的可靠性.首先,活动水平数据作为模型的重要输入,在不确定性分析中需要考虑.因此,假设单位特定生产的概率服从正态分布,变异系数(CV)为5%[21,43].其次,采用统一排放系数的焚烧炉技术、垃圾组分、运行条件和设备运行参数也会产生不确定性.为保证PCDD/Fs检测仪器的稳定性,环境空气和废气二噁英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法(HJ77.2-2008)标准规定仪器的稳定性应在±35%范围内[44].根据PCDD/Fs排放浓度和活动水平的各自分布生成随机值,进行10,000次模拟,以2倍标准差估计排放量的不确定性范围.

2 结果与讨论

2.1 垃圾处理现状

山东省生活垃圾的清运量从2002年的835.90万t迅速增加到 2020年的1,673.94万t,年增长率为3.93%(图2).从增长趋势来看,2005年到2014年,增速放缓(年增长率为0.02%),但从2014年以后呈现快速增长态势(9.74%),2019～2020年呈略微下降,一方面可能是由于新冠疫情影响,导致消费减少,影响生活垃圾清运量.另一方面,可能是由于《关于进一步推进生活垃圾分类工作的实施意见》要求济南、青岛、泰安等重点城市在2021年末基本建成生活垃圾分类处理系统[45],加大了垃圾回收的力度,导致生活垃圾清运量减少.此外,垃圾无害化处理量增长趋势同清运量高度一致(=0.97,<0.01),从2002年的665.18万t迅速增加到 2020年的1,673.94万t,年增长率为5.26%(图2).相应地,垃圾无害化处理率从2002年79.58%增长到2020年100%,实现《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》所规定的“到2020年底全国各省市垃圾无害化处理率达到100%”目标要求[46].

年份

图3 山东省无害化处理时空演变趋势(其中2006年部分数据缺失)

垃圾无害化处理方式主要包括填埋,焚烧和堆肥[47-49].从无害化处理能力来看,日无害化处理量从2002年的21241t增加到2020年的67636t,年增长率为6.65%(图3).其中,填埋,焚烧以及堆肥年增长率分别为-0.85%,0.30%和26.20%.特别地,2020年垃圾焚烧无害化处理能力占比达到73.11%,填埋处理能力达到22.10%,堆肥处理能力仅达到4.79%.从无害化处理总量来看,无害化处理量从2002年的665.18 万t增加到2020年的1673.94 万t,年增长率为5.26%(图3).其中,焚烧总量增长速度最快,年增长率达到30.90%,而填埋,堆肥处理量则有所下降,年增长率分别为-7.76%,-0.37%.从2013年开始,垃圾焚烧处理方式作为山东省主要的垃圾无害化处理方式,焚烧处理占比从2013年的43.47%增长到2020年的88.22%.其中,2018年焚烧量占比达到65.64%,已提前完成了《关于进一步加强城市生活垃圾焚烧处理工作的意见》所提到的“在2020年末山东省城市(含县城)生活垃圾焚烧处理率要达到60%以上”目标要求[50].同时,该意见也要求全省新上城市生活垃圾处理项目,一律选择焚烧(发电)处理技术.垃圾焚烧处理方式是山东省未来垃圾无害化处理方式的主流技术选择.

2.2 排放因子分析

2018年山东省垃圾焚烧PCDD/Fs排放因子为24.68～290.90ng TEQ/t,5%～95%分位数为29.10～ 290.90ng TEQ/t,平均值为75.11ng TEQ/t(图4).从炉型技术分析,炉排炉排放因子为51.13ng TEQ/t,低于循环流化床82.42%,该研究结果与已有研究发现是一致的[16].

本研究基于实测浓度计算的PCDD/Fs排放因子与现有文献对比发现,其排放因子基本上低于现有研究结果,具体如表1所示.由于2001～2014年垃圾焚烧PCDD/Fs排放标准不断加严以及垃圾焚烧发电厂烟气净化技术规范政策的出台,目前山东省垃圾焚烧电厂烟气净化系统基本均已安装“脱酸(干法/半干法)+脱硝(SNCR/SCR)+活性炭喷射＋布袋除尘”等烟气净化设备,其中活性炭喷射以及布袋除尘去除二噁英效率高达99%以上[55].其次,在垃圾焚烧炉运行工况方面,生态环境部加强了对焚烧炉温的监管,特别是《生活垃圾焚烧监控(监测)联网传输技术要求(施行)》、《生活垃圾焚烧发电厂自动监测数据应用管理规定》等政策规定的出台,这些规定明确提出严格控制焚烧炉炉膛内热电偶测量温度的5分钟均值达到850℃以上,烟气停留时间2s以上.根据美国EPA相关研究结果显示,PCDD/Fs在850℃以上的高温下停留超过2s以上,即可分解99.99%.因此,高效的烟气净化措施并结合对焚烧炉运行工况的实时监管,有利于垃圾焚烧电厂PCDD/Fs的稳定达标排放.

表1 排放因子对比分析(ng TEQ/t)

此外,垃圾焚烧发电企业间PCDD/Fs排放水平的异质性与垃圾焚烧技术、垃圾焚烧过程操作与控制等多种因素有关[56].首先,在焚烧技术方面,炉排炉和循环流化床是两种主要的焚烧技术.根据生活垃圾焚烧发电厂自动监测数据公开平台最新数据显示,绝大多数企业选择炉排炉技术.通常,炉排炉采用层状燃烧技术,该种技术可将不经分拣的垃圾直接通过进料斗进入倾斜向下的炉排(分为干燥区、燃烧区、燃尽区),经干燥区的垃圾含水率大幅减少,垃圾热值显著提高,有效提高焚烧炉温度到850℃以上,再通过高效烟气净化措施(例如: 活性炭+布袋除尘),可保证烟气中PCDD/Fs的稳定达标排放.其次,焚烧操作过程与控制过程也会影响PCDD/Fs排放水平的差异,这些因素主要包括启停工况、炉膛内焚烧温度、烟气停留时间、烟气湍流强度、过量空气,一次风与二次风的分配、炉内添加剂(例如含硫煤或脱氯剂)以及活性炭+布袋除尘设备等[57-58].具体地,对于焚烧操作过程中的启停炉操作,启停炉阶段的炉温较低,燃尽效果相对较差,有利于PCDD/Fs生成;启停炉时的焚烧炉温将经历高低温间的转换,200～ 500℃温度区间是PCDD/Fs的最佳形成区.Guo等发现在启停炉阶段,烟气中PCDD/Fs浓度达到最高,特别是启炉完成后的烟气PCDD/Fs浓度是正常工况下的近3倍[59].

对于整个焚烧控制过程而言,在垃圾焚烧前阶段,需加入煤或者其他助燃剂,而煤中的硫元素对PCDD/Fs生成具有抑制作用,这是由于硫与金属、前驱物反应,降低金属催化活性以及PCDD/Fs生成概率[60].在焚烧过程中,垃圾炉膛温度、烟气停留时间是否控制在850℃以上以及烟气是否停留超过2s以上,将直接影响PCDD/Fs排放浓度水平[61];焚烧锅炉的炉体设计中一次风与二次风的分配比例,将会影响烟气的湍流度,进而影响PCDD/Fs生成速率[61];炉膛空气供给量可保证垃圾的完全燃烧,但是过多的O2会促使HCl转化为Cl2,催化PCDD/Fs的生成,一般适量的O2质量分数控制在7%～9%[61].在燃烧后,烟气急冷技术的使用(如喷洒石灰乳)将会降低PCDD/Fs的生成.一般而言,经过燃烧后的高温PCDD/Fs烟气在低温区(250～450℃)可迅速再次合成,需通过烟气急冷技术将烟气温度迅速冷却至250℃以下,快速越过易产生PCDD/Fs的低温区,从而抑制PCDD/Fs再次合成[62].在烟气净化处理阶段,活性炭孔径大小、吸附能力、用量以及布袋除尘器的种类、材质也会影响烟气PCDD/Fs的去除效率[63].

图4 山东省垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放因子

2.3 排放量分析

2018年山东省生活垃圾焚烧PCDD/Fs排放量为1.07g TEQ,如图5所示.其中,PCDD/Fs排放量最大的区域是潍坊市,济宁市和淄博市,其总量分别为0.18、0.14和0.11g TEQ.PCDD/Fs排放量最小的区域是莱芜市,德州市和日照市,排放量均低于0.01g TEQ.PCDD/Fs空间分布特征与垃圾焚烧量(=0.53,<0.01)、排放因子(=0.60,<0.01)的分布密切相关,见式(2).此外,排放量与所在地区的人口数量呈显著正相关(=0.52,<0.01),表明区域人口数量与垃圾焚烧电厂污染物排放之间存在一定的内在关系.

本研究基于实测浓度核算的山东省生活垃圾焚烧PCDD/Fs年排放量低于已有采用固定、总体、平均排放因子的现有研究,如Zhou等[15],Fu等[16]分别核算2015,2017年山东省垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放量(8.2g TEQ、2.1g TEQ).然而,本研究核算的排放量略高于Tian等[8](2010年为0.8g TEQ),主要是由于2010～2018年垃圾焚烧量增长(约31%),但排放因子下降了54.55%～96.07%,表明对生活垃圾焚烧电厂持续不断的管控以及技术性进步、排放标准加严等因素可能是排放因子水平下降的主要原因.

2.4 不同情景排放分析

三种未来情景下,山东省生活垃圾焚烧PCDD/ Fs排放量分别为0.64,1.38,0.83g TEQ,如图6所示.其中,情景1(图3a),情景3(图3c)较现状年排放分别下降40.19%,22.73%,而情景2(图3b)相较于现状排放量增长28.88%,主要是由于情景1治理措施升级导致排放因子下降(37.07%),情景2垃圾焚烧率提高导致活动水平上升(29.23%),情景3在排放因子的下降(37.07%)和活动水平的上升(29.23%)共同作用下导致总排放量下降,该情景更符合山东省未来垃圾焚烧行业发展规划.山东省“十四五”规划提出到2025年垃圾焚烧率将提高到85%;垃圾焚烧量提高的同时,需进一步升级污染治理设施,加强运行工况的监管,方可达到PCDD/Fs减排的目标.从处理规模角度分析,更符合未来预期的情景3,其处理规模>2000t/d以及150～600t/d的垃圾焚烧厂PCDD/Fs排放量相比较于现状情景仅增长15.39%,27.38%,可能是由于垃圾焚烧厂污染控制设备升级空间有限,减排潜力有限,垃圾焚烧量增长导致其排放增长.而600～1200t/d以及1200～2000t/d的垃圾焚烧厂PCDD/Fs排放量较现状情景分别下降51.72%, 18.50%,尽管在垃圾焚烧量大幅提高的前提下,排放因子下降是其主要的驱动因素.从空间分布角度分析,淄博市、滨州市、济宁市、枣庄市和潍坊市的减排潜力较大,分别减少PCDD/Fs排放量74.55%, 64.52%,64.52%,60.81%和41.28%.因此,为进一步控制垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放水平,减排措施应根据不同区域、不同处理规模企业的排放现状差异进行分类、有针对性的实施,同时应进一步促进垃圾焚烧污染治理设施的改造升级和污染减排重点的战略调整.

图5 山东省垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放量

g TEQ; 注: 情景1(a);情景2(b);情景3(c)

2.5 环境影响评估

图7为现状情景以及未来情景下山东省垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放年均浓度贡献分布情况.总体上,现状情景下垃圾焚烧电厂大气污染物排放年均浓度贡献与2018年排放清单分布(图7a)较为一致,高值浓度主要集中在潍坊市、临沂市、济宁市、滨州市和淄博市.

与现状情景相比(年均浓度1.05×10-11ng TEQ/m3),情景1(图7b)对各市年均浓度呈总体下降趋势,其年均浓度6.49×10-12ng TEQ/m3,年均贡献下降38.19%;情景2(图7c)对各市年均贡献浓度比例总体呈上升趋势,其年均浓度1.31×10-11ng TEQ/m3,年均贡献上升24.76%;情景3(图7d)对各市年均贡献比例平均值总体呈下降趋势,其年均浓度7.96×10-12ng TEQ/m3,年均贡献下降24.19%,表明了尽管未来垃圾焚烧量提高,但可通过升级污染控制设备、加强垃圾焚烧排放监管等措施来进一步降低垃圾焚烧电厂大气污染排放的环境影响.

表2为各情景下PCDD/Fs排放对各城市的浓度贡献.现状情景下,垃圾焚烧企业对各城市的年均浓度贡献比例为1.35%.与2018年现状情景相比,情景1平均污染贡献有所下降(38.01%),说明排放标准加严,污染控制设备升级,垃圾焚烧电厂大气污染控制力度加强,污染物排放水平下降;情景2平均污染贡献上升(24.70%),说明在保持2018年排放现状的前提下,提高垃圾焚烧率将导致活动水平、排放量的升高;情景3年均贡献占比下降(24.03%),说明在标准加严、垃圾焚烧率提高的情景下,未来年均排放贡献下降,可能是由于污染控制设备升级导致的排放因子下降抵消了垃圾焚烧率提高所导致的排放总量升高.

图7 不同情景下的PCDD/Fs大气浓度

2018年现状情景(a),情景1(b);情景2(c);情景3(d)

2.6 不确定性分析

本文通过采用蒙特卡罗方法对现场实测PCDD/Fs浓度,依照各自的概率分布,随机生成数值,并进行10,000次模拟,本研究核算的山东省垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放清单结果是相对稳定的,其2倍标准差不确定性范围为±7.6%,低于已有排放清单的不确定性范围±24%[8].结果表明基于企业实测、自下而上的清单核算方法,大幅降低了生活垃圾焚烧PCDD/Fs排放清单的不确定性.

此外,本清单排放量核算的不确定性也有可能来源于垃圾类型[64]、焚烧技术[65]、焚烧工况[66]、运行条件[67]、烟气净化处理规范[68]以及焚烧设施操作管理[69]等微观异质因素,但由于数据的可获得性,难以开展相关分析.未来将继续丰富此类微观基础数据,扩展PCDD/Fs排放基础数据库,并开展垃圾焚烧发电企业PCDD/Fs排放水平影响因素研究.

表2 垃圾焚烧厂PCDD/Fs排放对各城市的浓度贡献(ng TEQ/m3)

从空间维度分析,现状情景下山东省垃圾焚烧电厂污染浓度贡献影响最高的城市是滨海市,济宁市和东营市,年均贡献占比分别达到2.85%,2.54%和1.52%,年均贡献最小的城市是威海市,菏泽市和日照市,年均贡献占比分别为0.84%,0.95%和0.94%.不同情景下,年均贡献最高的城市是滨州市,济宁市,临沂市和东营市,年均浓度贡献最小的城市依旧是威海市,菏泽市和日照市.

3 结论

3.1 2018年山东省生活垃圾焚烧电厂排放PCDD/ Fs排放因子为24.68～290.90ng TEQ/t,5%～95%分位数为29.10～290.90ng TEQ/t,平均值为75.11ng TEQ/t,低于现有研究,表明近年来山东省垃圾焚烧电厂大气污染控制效果显著.

3.2 基于现场实测浓度核算的年排放量为1.07g TEQ,远低于已有研究.排放分布在空间上具有异质性,高排放量区域主要集中在潍坊市,济宁市和淄博市,其总量分别为0.18、0.14和0.11g TEQ,占全省总排放的68.22%,因此建议下一步重点管控,优化产业布局,加大搬迁或改造升级力度.

3.3 2018年山东省垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放影响区域主要集中在潍坊市、临沂市、济宁市、滨州市和淄博市,主要由于垃圾焚烧企业较为集中, PCDD/Fs排放量相对较大.情景3(标准加严、垃圾焚烧率提高)更符合山东省垃圾焚烧电厂未来发展规划要求,同时也可达到降低垃圾焚烧电厂PCDD/Fs排放及其环境影响的目标,其年排放量、年均浓度将分别下降22.73%,24.19%.

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PCDD/Fs emission inventory and environmental impact of municipal solid waste incineration plants in Shandong Province.

TANG Ling1,2, GUO Jing1, GUO Peng-heng3, LI Jian-hui4, GAN Di-song5, JIA Min1, QU Jia-bao6, BO Xin5,7*

(1.School of Economics and Management, Beihang University, Beijing 100191, China；2.School of Economics and Management, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China；3.Yunnan Hi-Tech Environmental Protection Co., Ltd, Kunming 650032, China；4.College of Chemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China；5.Department of Environmental Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China；6.Appraisal Center for Environment and Engineering, Ministry of Ecology and Environment, Beijing 100012, China；7.BUCT Institute for Carbon-neutrality of Chinese Industries, Beijing 100029, China)., 2023,43(2)：735～747

Based on the field measured data in 2018, this study takes Shandong Province as a typical case study and comprehensively considers the production technology, production capacity, incinerator type and annual MSW incineration amount, to establish PCDD/Fs emission inventory of municipal solid waste (MSW) incineration power plants in Shandong Province using the bottom-up approach and introduce CALPUFF model to quantitatively evaluate environmental impacts caused by PCDD/Fs emissions under current and different scenarios. The results show that the range of PCDD/Fs emission factors was 24.68～290.90ng TEQ/t, with an average value of 75.11ng TEQ/t. The total emission was 1.07g TEQ in 2018. The estimated emission factors and total emissions were lower than existing studies. In terms of incinerator type, the emission factor of grate firing incinerators was lower than that of fluidized bed incinerators, indicating that it has a good control effect on PCDD/Fs emissions. In terms of spatial distribution, the largest MSW incineration amount was mainly concentrated in Weifang, Jining and Zibo city, and total emissions and atmospheric simulated concentrations were also relatively high. In terms of scenario comparison, the future scenario with stricter standards and improved MSW incineration rate was more in line with the requirements of the future development planning of the MSW incineration industry in Shandong Province, and can also achieve the goal of reducing the PCDD/Fs emissions and environmental impacts. Compared with the baseline scenario, the average annual concentration contribution in this scenario will be reduced by 22.73% and 24.19%, respectively.

municipal solid waste incineration；PCDD/Fs emissions；emission inventory；environmental impacts；emission factors

X705

A

1000-6923(2023)02-0735-13

汤 铃(1983-),女,广西桂林人,教授,博士,主要研究领域为能源经济与管理.发表论文80余篇.

2022-07-18

国家自然科学基金资助项目(72174125);中央高校基本科研业务费资助(buctrc202133)

*责任作者, 教授, boxin@buct.edu.cn