林家寶，陳 潔，張 靜

(1.南京大學(xué)金陵學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，南京 210089；2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，南京 210036)

1 引 言

工程機(jī)械作為非道路移動(dòng)機(jī)械的一種，具有種類繁多、保有量大的特點(diǎn)，對(duì)大氣的污染日趨嚴(yán)重[1～4]。目前，對(duì)于工程機(jī)械排放清單的研究，長(zhǎng)三角、京津冀、珠三角等地都在相繼展開，但是對(duì)于各地工程機(jī)械的活動(dòng)水平以及排放因子等數(shù)據(jù)的研究較為缺乏[5～10]。南京作為中國東部地區(qū)重要的中心城市以及長(zhǎng)三角的特大城市，是全國重要的科研教育基地和綜合交通樞紐。其城市化建設(shè)規(guī)模在日益增大，工業(yè)項(xiàng)目施工面積也隨之增加，工程機(jī)械將會(huì)大范圍地投入使用[11]。本文以南京市的典型施工工地金陵石化和揚(yáng)子石化的改造工程為例，通過調(diào)查工程機(jī)械的活動(dòng)水平，依據(jù)適當(dāng)?shù)墓浪惴椒芭欧乓蜃?，核算南京?017年工業(yè)項(xiàng)目工程機(jī)械大氣污染物排放清單，為非道路移動(dòng)源的污染控制提供依據(jù)。

2 研究方法

2.1 活動(dòng)水平計(jì)算

本文活動(dòng)水平根據(jù)陳潔等[12]提出的“工程機(jī)械累計(jì)使用定額系數(shù)”和“工程機(jī)械月使用定額系數(shù)”表示，定額系數(shù)越高，說明活動(dòng)水平越高。計(jì)算公式為：

QCt,i=Ni/S

式中：QCt為工程機(jī)械累計(jì)使用定額系數(shù)，臺(tái)次/萬m2，i 為機(jī)械類型；N 為工程機(jī)械累計(jì)使用數(shù)量，臺(tái)次；S為施工面積，萬m2。

QCe,i=QCt,i/P

式中：QCe為工程機(jī)械月使用定額系數(shù)，臺(tái)次/(萬m2·月)，i 為機(jī)械類型；P為施工期，月。

2.2 地區(qū)工程機(jī)械臺(tái)次計(jì)算

Ni=QCe,i×T×S

式中：N為工程機(jī)械累積使用總數(shù)量，臺(tái)次；i 為機(jī)械類型；QCe為工程機(jī)械月使用定額系數(shù)，臺(tái)次/(萬m2·月)；T為地區(qū)年施工工期，月；S為地區(qū)年施工面積，萬m2。

2.3 單位臺(tái)次燃油消耗量計(jì)算

Zi=Ti×Wh,i

式中：Z為工程機(jī)械單位臺(tái)次燃油消耗量，kg；i 為機(jī)械類型；T 為工程機(jī)械單次使用時(shí)間，h；Wh為小時(shí)燃油消耗量，kg/h。

2.4 燃油消耗總量計(jì)算

Wi=Ni×Zi

式中：W為工程機(jī)械燃油消耗總量，kg；i 為機(jī)械類型；N為工程機(jī)械累計(jì)使用總數(shù)量，臺(tái)次；Z為工程機(jī)械單位臺(tái)次燃油消耗量，kg。

2.5 排放量計(jì)算

本文排放量的計(jì)算采用指南[13]中關(guān)于非道路移動(dòng)機(jī)械排放清單編制的技術(shù)流程和方法中的方法一。工程機(jī)械大氣污染物排放量計(jì)算公式如下：

Ep=Wi×EFi,p×10-3

式中：p為污染物類型；E為污染物的年排放量，kg；W為燃油消耗量，kg；i 為機(jī)械類型；EF為排放因子，g/kg。

二氧化硫排放估算方法

ESO2= 2Wi×S1

式中：E 為SO2年排放量，kg；W為燃油消耗量，kg；i 為機(jī)械類型；S1為燃油的含硫率，%；其中含硫率取0.2%計(jì)算。

2.6 排放因子

目前，關(guān)于工程機(jī)械的排放因子的研究工作相對(duì)較少。指南所提供的排放因子是在對(duì)全國范圍內(nèi)的工程機(jī)械研究的基礎(chǔ)上給出的，對(duì)于局部地區(qū)排放因子的準(zhǔn)確度會(huì)存在一定誤差；NONROAD模型的排放因子是依據(jù)美國地區(qū)的工程機(jī)械的整體情況給出的，但由于我國工程機(jī)械整體水平與美國存在一定差距，因此也會(huì)造成一定偏差；同時(shí)，由于不同學(xué)者在不同研究中所選用的排放因子也存在一定差異。因此，本研究中的排放因子主要是在參照指南的基礎(chǔ)上并結(jié)合相關(guān)資料以及對(duì)文獻(xiàn)的綜合分析研究[9,12～16]，采用對(duì)各種排放因子進(jìn)行加權(quán)平均修正的方法來確定本研究的排放因子。詳見表1。

表1 工程機(jī)械排放因子Tab.1 The emission factors of engineering machinery (g/kg)

3 計(jì)算結(jié)果及討論

3.1 工程機(jī)械使用情況統(tǒng)計(jì)

揚(yáng)子石化油品質(zhì)量升級(jí)及原油劣質(zhì)化改造項(xiàng)施工期約2年，金陵石化油品質(zhì)量升級(jí)改造工程施工期約為1年半。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)問卷調(diào)查，兩個(gè)項(xiàng)目工程機(jī)械累計(jì)使用情況見表2。

表2 揚(yáng)子石化和金陵石化工程機(jī)械累計(jì)使用定額系數(shù)Tab.2 The accumulated quota coefficient of engineering machinery in Yangzi petrochemical and Jinling petrochemical

本文屬于宏觀研究，需要綜合考慮各類因素，得到一個(gè)統(tǒng)一的定額系數(shù)，以便于后續(xù)的計(jì)算。對(duì)于每一個(gè)工程來說，樁機(jī)、挖掘機(jī)、起重機(jī)(吊車)、塔吊、攪拌機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓路機(jī)、推土機(jī)等工程機(jī)械均是需要用到的，由于統(tǒng)計(jì)上的差異，有的工程機(jī)械揚(yáng)子石化沒有統(tǒng)計(jì)到，有的工程機(jī)械金陵石化沒有統(tǒng)計(jì)到，因此，需要對(duì)兩個(gè)項(xiàng)目的工程機(jī)械使用情況進(jìn)行整合。對(duì)于揚(yáng)子石化和金陵石化均統(tǒng)計(jì)到的挖掘機(jī)、起重機(jī)(吊車)、塔吊，則根據(jù)工程機(jī)械累計(jì)使用臺(tái)次之和、面積之和來計(jì)算定額系數(shù)。見表3。

表3 工程機(jī)械累計(jì)使用定額系數(shù)Tab.3 the accumulated quota coefficient of engineering machinery

3.2 工程機(jī)械單次使用平均耗油量

根據(jù)金陵石化油品質(zhì)量升級(jí)改造工程與揚(yáng)子石化油品質(zhì)量升級(jí)及原油劣質(zhì)化改造項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得到各機(jī)械單次使用耗油量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)匯總，數(shù)據(jù)見表4。

表4 工程機(jī)械使用耗油統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistics on oil consumption of engineering machinery

續(xù)表4

工程機(jī)械類型單次使用平均時(shí)間(h)單位小時(shí)平均耗油量(kg)單次使用耗油量(kg)塔吊125.262.4樁機(jī)162.641.6攪拌機(jī)1221.5258發(fā)電機(jī)128.6103.2推土機(jī)1212.9154.8壓路機(jī)1217.2206.4

3.3 2017年南京市工業(yè)項(xiàng)目工程機(jī)械大氣污染物排放估算

工業(yè)項(xiàng)目施工面積及施工工期來自于南京市住建委和南京統(tǒng)計(jì)年鑒及相關(guān)工業(yè)項(xiàng)目資料統(tǒng)計(jì)，2017年南京市工業(yè)項(xiàng)目施工面積為173.98萬m2，南京市年平均施工工期為5.31個(gè)月[11,17]。由此，建立2017年南京市工業(yè)項(xiàng)目工程機(jī)械使用統(tǒng)計(jì)表。詳見表5。

表5 工程機(jī)械使用統(tǒng)計(jì)表Tab.5 The usage of engineering machinery

由2017年南京市工業(yè)項(xiàng)目工程機(jī)械的耗油量可計(jì)算各工程機(jī)械相應(yīng)污染物排放總量，據(jù)此建立2017年南京市工業(yè)項(xiàng)目工程機(jī)械污染物排放清單。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表6。

表6 工程機(jī)械大氣污染物排放清單Tab.6 Air plthvtant emission in vertory of construction machinery (kg)

從燃油消耗情況分析得知，2017年南京市工業(yè)項(xiàng)目工程機(jī)械總?cè)加拖牧繛?67.11t，其中挖掘機(jī)耗油量最大，為80.72t，200t以下吊車(起重機(jī))、壓路機(jī)、攪拌機(jī)等工程機(jī)械分別為54.51t、47.58t、40.55 t。相比前面四種工程機(jī)械，余下施工機(jī)械油耗較小，加在一起只占到總油耗16.38%。2017年南京市工業(yè)項(xiàng)目工程機(jī)械共排放NOX13 072.13kg，位居污染物排放首位，其次為CO，排放總量為6 194.17kg、VOC排放總量為1 511.82kg、PM10排放總量為932.20kg、SO2排放總量為1 068.42kg、PM2.5排放總量為651.74kg。在所有工程機(jī)械之中，挖掘機(jī)為最大污染貢獻(xiàn)源，占污染物排放總量的30.22%，200t以下吊車(起重機(jī))占比為20.41%、壓路機(jī)占比為17.81%、攪拌機(jī)占比為15.18%。

4 結(jié) 論

4.1 2017年南京市工業(yè)項(xiàng)目工程機(jī)械總?cè)加拖牧繛?67.11t，其中挖掘機(jī)耗油量為80.72t，處于工程機(jī)械耗油量第一位；200t以下吊車(起重機(jī))、壓路機(jī)、攪拌機(jī)等工程機(jī)械耗油量分別為54.51t、47.58t、40.55 t，分別位列第二、第三、第四位。

4.2 2017年南京市工業(yè)項(xiàng)目工程機(jī)械共排放NOx13 072.13kg，占污染物總量的55.79%，為最大污染貢獻(xiàn)源；CO排放總量為6 194.17kg、VOC排放總量為1 511.82kg、PM10排放總量為932.20kg、SO2排放總量為1 068.42kg、PM2.5排放總量為651.74kg，分別占比為：26.44%、6.45%、3.98%、4.56%、2.78%。其中挖掘機(jī)為工程機(jī)械最大污染貢獻(xiàn)源，占污染物排放總量的30.22%；200t以下吊車(起重機(jī))次之，占比為20.41%；壓路機(jī)、攪拌機(jī)分別為第三、第四污染貢獻(xiàn)源，占比分別為17.81%、15.18%。

4.3 南京市僅工業(yè)項(xiàng)目施工機(jī)械所排放的大氣污染物的量就如此可觀，可想而知，南京市非道路移動(dòng)機(jī)械的污染是十分嚴(yán)峻的。因此，在道路機(jī)動(dòng)車流動(dòng)源污染物的控制日益收緊的當(dāng)今，對(duì)于非道路移動(dòng)機(jī)械的控制已經(jīng)迫在眉睫了，應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)的重視與妥善處理控制。