移动源排放（精选3篇）
移动源排放 篇1
目前以全球变暖为主要特征的气候变化已成为全球生态环境研究的热点,而温室气体浓度的逐年增加是引起全球变化的主要原因[1]。CH4作为重要的温室气体组成,在地球气候系统中起着重要的作用,其对于全球温室效应的贡献约为15%[2]。就目前来说,估计大气中70%的CH4来源于农业活动和土地利用方式的转换等过程[3]。据IPCC第四次评估报告,2004年农业源温室气体排放占全球人为源温室气体排放的13.5%,农业排放甲烷占由人类活动造成的甲烷排放总量的47%。因此,农业作为重要的甲烷排放源,其对温室效应的影响不容忽视。
已有研究表明,涉及整个农业源甲烷排放的研究多数局限在全国尺度;省域尺度的研究相对较少,而且多为单因素研究[4,5,6,7]。水稻和畜禽养殖甲烷排放研究相对较早,在二十世纪八、九十年代,就有相关研究资料;秸秆燃烧甲烷排放研究较少,在为数不多的省域尺度单因素研究中,最新研究为刘丽华等[7]利用实地调研和实验结合,测算了2006-2008年间江苏省农业残留物燃烧甲烷排放。鉴于此,本文针对江苏省农业生产的实际情况,以2009年数据为基础,采用IPCC推荐的排放因子法,对江苏省13个市的各类农业甲烷排放源进行分类识别,估算主要排放源的排放量,初步建立江苏省农业源甲烷排放清单,为农业生产的节能减排提供依据。
1 研究方法和数据来源
1.1 研究区域概况
江苏省位于我国大陆东部沿海中心,是长江三角洲地区重要的组成部分。全省气候温和,年均气温在13.5℃-16.0℃,全年日照时数为2000h-2600h,降水量在800mm-1200mm之间。该地区农业资源丰富,以种植业和养殖业为主,而良好的自然条件为农业发展提供有利条件。
1.2 计算方法
采用排放因子法对甲烷排放进行估算。排放因子的确定,参考IPCC指南和国内外研究资料,如果国内有甲烷排放因子的研究成果资料,则优先使用国内资料,反之参照IPCC缺省值或国外研究资料。甲烷农业排放源主要包括稻田种植、畜禽养殖、秸秆焚烧。农业源甲烷排放量计算公式如下:
式中,E为江苏省农业源甲烷排放总量,Gg/a;E稻田为稻田在无秸秆还田条件下年度CH4排放,Gg/a;E稻田s为秸秆还田甲烷排放因子修正后CH4排放量,Gg/a;E畜禽为畜禽CH4排放总量,Gg/a;E秸杆为秸秆燃烧CH4排放量,Gg/a。
(1)稻田生态系统甲烷排放量估算
本文仅从有机物添加量(有无秸秆还田)方面对甲烷的排放进行研究。江苏省水稻种植类型主要以中稻和单季晚稻为主,由于秸秆还田面积还不到水稻种植面积的1/3,旱地秸秆还田忽略不计。假设全生育期内水稻只施用化学氮肥,除秸秆外无其他有机物添加。参照IPCC推荐的计算方法[8],无秸秆还田稻田甲烷排放计算公式为:
式中,E稻田为稻田在无秸秆还田条件下种植中CH4排放,Gg/a;EF为在无秸秆还田条件下稻田的季节性排放因子,kg/hm2;Ai为无秸秆还田条件下水稻的种植面积,103hm2。
IPCC[9]还提出了稻田甲烷排放修正系数,用于修正秸秆还田后稻田甲烷排放因子,还田后甲烷排放可通过修正后因子计算:
式中,E稻田s为秸秆还田甲烷排放因子修正后CH4排放量,Gg/a;As为秸秆还田条件下水稻种植面积,103hm2。
稻田甲烷修正系数SF0计算:SF0=(1+ROA×CFOA)0.59(4)
式中,ROA为秸秆干物质还田量,即作物产量与谷草比和干物质含量的乘积(表1),t/hm2;CFOA为有机物转化为甲烷的系数,即水稻种植前施用秸秆的甲烷转化系数,IPCC缺省值为1,秸秆为全量还田。
公式(2)、(3)、(4)中的参数通过相关文献和资料获取,EF=216.3kgCH4/hm2[10],谷草比为1∶1.2,干物质含量0.85,秸秆还田面积、干物质还田量和SF0见表1。
注:秸秆还田面积来自中国农业机械化信息网。
(2)畜禽养殖甲烷排放量估算
在畜禽养殖中,甲烷排放主要来自各畜种的肠胃,其中以反刍动物牛、羊等最多,非反刍动物中猪、兔的饲养数量较大,总的排放量也不容忽视;禽类胃肠发酵甲烷排放量极微,IPCC和FAO不予考虑,本研究也不进行考虑。畜禽废弃物存储或管理的同时也产生大量甲烷,排泄物通过无氧降解产生大量的甲烷[9,11]。动物肠道发酵及其粪便管理中甲烷排放量的估算,计算公式为:
式中,E畜禽为畜禽CH4排放总量,Gg/a;EFj,k为j排放源第k种牲畜种群排放因子(表2),kg/头或只·a;Nk为牲畜种类k的头数;j为动物肠道发酵或动物粪便管理;k为牲畜种类。
注:数据来源于2006 IPCC国家间温室气体排放指南第10章[11]。
(3)秸秆焚烧甲烷排放量的估算
农作物秸秆等农业废弃物是生物质能源最重要的组成部分[12]。2009年江苏省秸秆综合利用率达到59%,但还是40%的秸秆被废弃在田间地头,焚烧比例约占废弃量的50%。由农作物秸秆燃烧造成的甲烷排放可通过作物产量、秸秆产出系数、干物质含量、甲烷排放因子[7,13,14,15]和秸秆露天焚烧比例来估算(表3),计算公式如下:
式中,E秸杆为秸秆燃烧中CH4排放量,Gg;Cr为作物产量,t;Ra为秸秆产出系数;Cf为燃烧因子即干物质含量;Gef为排放因子,g/kg;MB燃烧比例。
注:(1)来源农业污染源普查技术资料[15]。(2)以《农作物秸秆资源调查与评价技术规范》中标准含量为基础。
1.3 数据来源
数据主要来源于《江苏省农村统计年鉴(2010)》、《江苏省统计年鉴(2010)》、江苏省畜牧业报表(2009)、中国农业机械化信息网。其中水稻种植面积、畜禽(除兔)年末存栏量等数据来自《江苏省农村统计年鉴(2010)》及《江苏省统计年鉴(2010)》,兔年末存栏量数据来自江苏省畜牧业报表。
2 结果与分析
2.1 甲烷排放基本参数
2009年江苏省耕地面积5429.96×103hm2,其中,水稻种植面积2242.55×103hm2,小麦种植面积2188.54×103hm2。江苏农作物秸秆主要包括水稻、小麦、玉米、大豆、油菜、棉花等。据估算,全省每年仅稻麦秸秆产量就达到了37.67Tg[16]。且随着农作物单产的提高,秸秆产量也将随之增加。按照表3中的草谷比计算,2009年秸秆总产量约为43.65Tg,各作物秸秆产量详细分布见表4。
(单位:Gg)
2009年,江苏省畜禽养殖年末牛存栏量为4.516×105头,其中,奶牛存栏量最大的为徐州市,占全省奶牛存栏量的29.47%,其次为苏州市和南京市,分别占13.43%和10.19%;羊存栏1.858×107头,徐州市和南通市存栏数所占份额最大,占总存栏量的65.69%;生猪存栏6.050×106只,主要集中在盐城市、南通市和徐州市,所占比例分别为18.67%、15.78%和13.4%;家禽存栏3.586×108万羽,份额最大是徐州市和盐城市;兔存栏量1.49×107只,93.72%分布在苏北5市,苏南和苏中总份额仅为6.28%。
2.2 江苏省农业源甲烷排放量
由公式(1)、(2)、(3)、(5)和(6)计算,2009年江苏省农业源甲烷排放量990.347Gg(表5)。13个城市中有5个城市农业源甲烷年总排放量超过了100Gg。淮安市甲烷排放量在全省居首位,排放量达136.135Gg,占全省总排放量的13.75%;另外4市依次为徐州市、盐城市、南通市和宿迁市,排放量分别为127.633 Gg、115.189 Gg、107.873 Gg和102.058Gg,占农业源甲烷总排放量的12.89%、11.63%、10.89%和10.31%;苏南4市的排放量都很小,总和还没达到徐州市的排放量,排放份额占全省12.92%。
2.3 源排放贡献及排放量分析
由图1可见,稻田甲烷排放对农业源甲烷排放的贡献最大,占全省农业源排放总量的83.77%;其次为畜禽甲烷排放,占14.54%,其中,包括畜禽肠道发酵和粪便管理,肠道发酵甲烷排放稍微高于粪便管理;秸秆燃烧排放贡献在4个排放源中排放贡献最小,仅为1.69%。
从表5和图1可以看出,稻田甲烷排放是江苏省最大的甲烷排放源,总排放量(808.577Gg)明显高于徐新华等[17]1996年研究结果(675Gg),这主要是由江苏省轮作模式、秸秆还田率和水稻种植面积决定的。淮安市和徐州市,稻田甲烷总排放量较大,分别达到了123.842Gg和91.786Gg,占稻田甲烷总排放量的17.70%和14.79%,占全省排放总量的12.5%和9.27%。淮安市和徐州市主要是稻麦轮作,2009年两市水稻种植面积分别为286.76×103hm2和185.76×103hm2,小麦秸秆全量还田面积达到了133.33×103hm2和111.60×103hm2。
(单位:Gg/a)
注:肠道发酵其他动物中不包括禽类。
源自畜禽养殖的甲烷排放是仅次于水稻种植甲烷排放贡献另一重要排放源,排放量为144.059Gg,其中,粪便管理系统中甲烷的排放稍稍高于动物肠道发酵产生的量,分别为67.785Gg和76.274Gg。主要集中在徐州市、盐城市和南通市,排放总量分别为33.874 Gg、23.350 Gg和23.265Gg,占源排放总量的23.51%、16.21%和16.15%。
秸秆燃烧排放量较小,排放总量为16.711Gg,低于曹国良等[18]对江苏省甲烷排放的估算结果(18.8Gg),造成这一结果的主要原因是近几年政府提出的禁烧政策及对秸秆还田技术的推广。水稻和小麦秸秆燃烧是最主要因素,其甲烷排放总量占秸秆燃烧排放总量的74.96%,其他4种作物排放较小,约为秸秆燃烧甲烷排放总量的1/4。
2.4 甲烷排放强度及空间分布
排放强度广义是指特定活动中特定污染物相对某一源的平均排放率,结合该地区的排放总量,综合考虑该区域的污染负荷状况。
2009年江苏省甲烷排放强度和空间分布如图2和图3。由图2可知,江苏省甲烷排放强度最大的4个城市分别是扬州、淮安、南通市和泰州市,排放强度最大的是扬州市为13.88t/km2·a,淮安市和南通市排放强度相差不大,分别为13.52t/km2·a和13.48t/km2·a,泰州市排放强度为12.29t/km2·a,以上4个城市甲烷排放强度明显高于江苏省平均排放强度9.63t/km2·a,排放强度最小的是无锡市仅为4.33t/km2·a。由空间分布图(图3)明显看出农业源甲烷主要分布在苏北,这与排放强度明显不同,决定这一现象的主要因素是各城市土地面积和农业结构差异。
3 结论与讨论
2009年江苏省农业源甲烷排放量为990.347Gg。各城市中农业源甲烷排放存在较大差异,甲烷排放量最大的5个城市为淮安市、徐州市、盐城市、南通市和宿迁市,排放量分别为136.135Gg,127.633 Gg,115.189 Gg,107.873 Gg和102.058Gg,这5个城市甲烷排放总量占江苏省全年甲烷排放总量的59.46%。水稻种植对江苏省农业源甲烷的排放贡献最大,占全省农业源排放总量的83.77%;其次为畜禽甲烷排放,占14.54%,其中,畜禽肠道发酵和粪便管理甲烷排放贡献分别为7.70%和6.84%;秸秆燃烧排放贡献最小,仅为1.69%。江苏省农业源甲烷排放平均强度为9.63t/km2·a,甲烷排放强度最大的4个城市分别是扬州、淮安、南通市和泰州市,排放强度分别为13.88 t/km2·a、13.52 t/km2·a、13.48 t/km2·a和12.29t/km2·a。
本研究从四个方面估算了农业源甲烷排放,初步建立了江苏省农业源甲烷排放清单,为有针对性地制定排放控制政策和对策措施,降低农业源CH4排放量,改善区域环境空气质量提供基础资料;进而为制定合理的基于全国层面的农业源CH4排放减排对策提供参考。但是在清单估算中仍存在一定的不确定性,主要原因包括两个方面:首先是活动数据的不确定性,个别活动数据分类过于简略,未进行详细划分,或者活动数据缺失;其次,影响排放因子的因素比较复杂,选取IPCC推荐系数或我国研究资料均值,用以计算特定省份的甲烷排放量会存在一定偏差。要减少这些因素的影响,应全面检测本区域各排放源的甲烷排放系数。同时,本文仅对农业源甲烷排放进行估算,为了全面评价江苏省农业源温室气体排放情况及空间分布,在今后的研究中可以把重点放在氧化亚氮和二氧化碳排放源研究方面,并结合GIS技术从空间差异性方面对农业源温室气体排放进一步开展研究。
移动源排放 篇2
北京市无组织排放源颗粒物的粒度分布
摘要：采用真密度测定和巴柯型离心式粉尘分级仪的.筛分.确定北京市无组织排放源排放颗粒物粒径的质量百分比.从而得出粒径在0～100微米之间颗粒物的粒度分布.城市扬尘可吸入颗粒物的质量百分比最大(16.46%),中位径D50最小(34μm),细小颗粒物含量最多.土壤尘中的山体土、河滩土和农田土的性质相似.道路扬尘中高速路和环路细小颗粒物较主路和非主路高.作 者：王铮 华蕾 胡月琪 刘卫红 孙悦凤 陈玉龙 黄延 作者单位：北京市环境监测中心,北京,100044 期 刊：中国环境监测 ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL MONITORING IN CHINA 年，卷(期)：2007, 23(2) 分类号：X823 关键词：粒度分布 颗粒物 无组织排放源移动源排放 篇3
1 挥发性有机物的定义
美国ASTM D3960-98标准将挥发性有机物(VOC)定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物。美国联邦环保署(EPA)的定义:挥发性有机化合物是除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外,任何参加大气光化学反应的碳化合物。世界卫生组织(WHO,1989)对总挥发性有机化合物(TVOC)的定义为,熔点低于室温而沸点在50~260℃之间的挥发性有机化合物的总称。
综合各国对VOC定义,可将定义分为两类。一类是普通意义上的VOC定义,只说明什么是挥发性有机物,或者是在什么条件下是挥发性有机物;另一类是环保意义上的定义,也就是说,是活泼的那一类挥发性有机物,即会产生危害的那一类挥发性有机物。从环保意义上说,挥发和参加大气光化学反应这两点是十分重要的。不挥发或不参加大气光化学反应就不构成危害。这也就是欧洲将溶剂按光化臭氧产生潜力来分类的原因。
2 石化企业挥发性有机物排放源[1]
据悉,目前我国环保部门也在制定VOC泄漏和逸散排放的相关测定标准。VOC的排放源主要分为泄漏排放源和逸散排放源两大类。泄漏排放源是指各种内部含有VOC料且可能有泄漏排放的装置和设备,包括:阀门、法兰及其它管道连接设备、泵、压缩机及压缩机密封系统放气管、卸压装置、开口阀门、搅拌器密封口、通道门密封、储蓄槽通风管等。逸散排放源指含有VOC生产物料的收集、储存设备的敞开液面及生产工艺废水、废液的收集和储存以及净化处理装置的敞开液面的逸散排放。
石油化工企业的VOC具有污染物种类多、排放点分布广、量化难度高等特点。目前国内对石化企业VOC的研究正在起步阶段,虽然各石化企业的工艺过程以及设施状况不同,但分析其VOC的排放源主要来自储罐、装置泄漏、废水处理、火炬、燃烧过程、工艺加热、工艺单元、装卸以及冷却塔。在美国环保局(EPA)2003年的一份调查报告中,给出了某石油公司VOC排放总量的情况(见图1)。由于各国统计、设备、管理水平各不相同,因此各种排放源的VOC所占比例可能有所差别,但主要污染源基本为上述几种。
3 石化企业挥发性有机物排放量的估算
3.1 储罐[2]
为保证生产正常进行和满足市场调节的需求,石化企业拥有大量的原料储罐、中间储罐和成品储罐。在石油炼制过程中,储存物主要为不同蒸气压的烃混合物,如原油、汽油、柴油等;在石油化工生产中,主要为挥发性有机气体及液体,如芳烃类。各类储罐的呼吸损失是石化企业VOC最重要的排放来源。
储罐排放量的估算方法主要有:《散装液态石油产品损耗》、《石油库节能设计导则》中的推荐方法、无组织排放现场监测反算法、排放系数法(CONCAWE系数、EPA系数、加拿大和英国)和美国EPA推荐的TANK软件法等。
目前,国际上得到广泛认可的定量方法是EPA推荐方法及其对应软件TANK4。美国EPA建议其国内各级管理部门、咨询公司和企业采用该软件估算储罐无组织VOC的排放量,体现了该方法的权威性。欧盟广泛使用TANK软件进行排放量的精确计算。澳大利亚在建立本地气象模型的基础上,利用TANK软件计算澳大利亚排放清单(NPI)列出的有机污染物质。
这里主要介绍采用TANK软件方法对石化企业VOC进行排放量估算。TANK软件要求用户输入的计算信息包括储罐(尺寸、结构、外观等)、液体信息(化学组分与温度)和储罐的地理位置(所处城市,环境温度等)等。生成的排放报告内容包括月、年的估算量,或者是特定年份排放储存的各种化学组分及其混合物的排放量。基本运行过程可概括为信息输入———运算———报告生成等。采用TANK软件对某石化企业储罐VOC排放进行计算,结果如表1所示。
3.2 装置泄漏
装置泄漏主要指石化生产中设备密封连接件的泄漏。这部分泄漏不仅给企业自身生产造成损失,而且也是一个主要的无组织大气污染物排放源,其泄漏的大多数原料、产品和中间产物均属于挥发性有机物。目前我国还缺少气体泄漏量估算方面的基础工作数据,估算方法主要采用系数法。
系数法可借鉴各国及行业相关设备泄漏系数进行估算。美国EPA Protocol for Equipment Leak Emission Estmates(EPA-453/R-95-017)中的平均系数如表2、表3所示。该估算法将工艺系统中管道系统易出现泄漏的部件分为阀门、接口头(除焊接外的所有形式,包括法兰连接)、开口阀管、采样接头、泵和空压机等类型。每个部件不分所处理的介质按类型统一赋值估算排放量。同时界定的估算介质对象包括有机物气体、液体。其中液体又根据其挥发性不同分为轻组分和重组分。液体中蒸气压大于300 Pa(20℃)的所有组分的质量之和超过液体总质量的20%时为轻组分液体,质量之和小于总质量20%时为重组分液体。
鉴于国内外设备情况差距较大,实际估算过程中可借鉴系数法的同时,实测具有代表性的企业运行设备的VOC泄漏情况,然后进行系数修正。
3.3 废水处理
石化企业产生的大量废水中含有高浓度的有机物,大部分的VOC不溶于水,在废水与空气接触的表面排放入大气中。废水收集和净化设施的挥发排放是石化企业又一个重要的无组织排放源。国内外环境管理部门和石化行业对污水挥发排放有越来越严格的控制要求,对该排放源的定量作为管理基础也有相应的规范和方法。
WATER9软件是美国EPA推荐方法的对应计算软件,该软件要求用户输入的计算信息包括污水处理设施情况(结构、尺寸、数量、是否加盖等)、进水水流情况(流量、水温、污染物种类、浓度等)等。生成的排放报告内容包括单位时间和年的估算量,或者是特定构筑物的排放量及单种有机物的排放量。基本运行过程可概括为,搭建污水处理流程——修改构筑物尺寸——输入进水水流情况——运算——生成报告等。
3.4 火炬排放
火炬作为主要的污染治理设施,经其处理过后仍会产生污染物的排放。火炬燃烧排放有两种状态:一是火炬正常燃烧时的排放;二是非正常排放,即火炬气排放损失,包括:在装置开停车或生产异常时的事故排放,大量的放空燃气瞬时进入火炬,无法完全燃烧,导致大量有机气体的直接排放。石化行业火炬正常燃烧时排放的VOC较少,可以采用美国AP-42表13.5-1的排放系数,计算正常燃烧情况下火炬气燃烧所排放污染物的排放量,燃烧物料以丙烷的热值计算,排放系数为0.002 96,即1 000 t燃料排放VOC2.96 t。火炬非正常排放产生污染物量较大,主要根据非正常运行时间及工况进行计算。
3.5 装卸
原辅材料及产品在装卸、转运过程中的挥发排放也是石化企业VOC无组织排放的主要污染源之一。装卸过程主要还是采用系数法进行估算。采用美国AP-42的排放系数计算石油和主要成品油通过非管道传输方式在码头一次装卸的排放量。另外,对各装置在生产过程中非管道传输方式周转的常温下呈液态并有挥发性的化工原料和产品,使用排放系数方法计算其周转过程产生的排放量。计算中假设这些物料在厂内除了在储罐外又经过一次装卸,各物料的排放系数采用AP-42 5.2中公式(1),查得各化合物的饱和密度、分子量和蒸气压等信息进行计算。
3.6 冷却塔
循环水冷却系统也是石化企业VOC无组织排放的来源之一。由于设备密封损坏,导致泄漏并在设备内部生产物料和作为热媒介的冷却水直接接触,冷却水将有机物料带出,这种情况将导致生产效率和产品质量降低。同时,在冷却塔内冷却水与空气接触造成VOC排放,这部分无组织排放也应纳入企业产品治理和环保的管理。但由于该种无组织排放主要与循环水泄漏物料、泄漏量有关,故较难估算,可按照总挥发性有机物的2%计,或在企业自身泄漏时进行监测,根据监测数据进行估算。
3.7 有组织排放源
有组织排放源包括燃烧过程、工艺加热、工艺单元等排放的VOC主要通过有组织排放源的监测,用浓度乘以气量进行计算。
3.8 石化企业挥发性有机物排放分布
根据上述介绍计算方法,结合国内某千万吨级炼油、百万吨级化工的石化企业实际情况,估算出的VOC排放总量分布情况如图2所示。
从国内外的VOC排放总量来看,装置泄漏是国内外差距较大的一个排放源,因此加强装置泄漏的VOC控制是减排的重要环节。目前国内已经在开展相关设备泄漏检测与修复(LDAR)检测,该项工作可有效推进装置泄漏环节的VOC减排。
4 结语
石油化工是国民经济的重要支柱产业,资源资金技术密集,产业关联度高,经济总量大,对促进相关产业升级和拉动经济增长具有举足轻重的作用。“十二五”期间,石油化工行业面临着全新的机遇与挑战,“调结构、转方式”将贯穿石化产业发展的始终。为进一步改善空气质量,保护环境,推进企业绿色低碳发展,VOC总量控制和减排措施势在必行。
参考文献
[1]袁晓华.石油化工无组织排放挥发性有机物的控制及处理技术综述[J].石油化工安全环保技术,2010,26(2):32-34.