日本氮氧化物總量控制帶來哪些啟示?
為推進(jìn)我國氮氧化物的總量控制工作，加強(qiáng)中日雙方在此領(lǐng)域的交流與合作，受日本環(huán)境省的邀請(qǐng)，環(huán)境保護(hù)部污染物排放總量控制司組織中國環(huán)境科學(xué)研究院、環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院及清華大學(xué)的專家一行6人，于2009年12月1日~5日赴日本考察氮氧化物的總量控制情況。這次考察帶給我們不少有益的啟示，日本的一些經(jīng)驗(yàn)值得我國借鑒。
日本氮氧化物總量控制法規(guī)和政策體系
日本從20世紀(jì)60年代進(jìn)入經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展時(shí)期，氮氧化物污染問題越來越突出，為此出臺(tái)了多個(gè)有關(guān)氮氧化物總量控制的政策和法規(guī)。
(一)法規(guī)體系
日本具有比較完備和規(guī)范的環(huán)境法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系，并依據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和環(huán)境污染主要矛盾及其變化情況，適時(shí)地制定、調(diào)整和完善相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。日本環(huán)境保護(hù)的基本法規(guī)為《環(huán)境基本法》，它規(guī)定了國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的基本管理制度和措施，確立了對(duì)整體環(huán)境(包括環(huán)境污染、生態(tài)環(huán)境、自然資源等)進(jìn)行保護(hù)的法律框架。在《環(huán)境基本法》中，涉及氮氧化物控制的法規(guī)主要有《大氣污染防止法》和《汽車氮氧化物、PM法》。
(二)控制標(biāo)準(zhǔn)
日本于1973年制定了有關(guān)二氧化氮的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在《大氣污染防止法》中根據(jù)煙氣排放設(shè)備種類不同設(shè)定了不同的排放標(biāo)準(zhǔn)。至1983年先后5次修訂，排放限制不斷加嚴(yán)。在移動(dòng)源氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)方面，日本從1966年開始對(duì)汽車排放進(jìn)行控制，1971年在《大氣污染防止法》中增加了機(jī)動(dòng)車氮氧化物排放控制指標(biāo)，根據(jù)機(jī)動(dòng)車類型、短期目標(biāo)和長(zhǎng)期目標(biāo)規(guī)定了不同的限值。日本機(jī)動(dòng)車排放法規(guī)限值分最高值和平均值兩種。其中，每一輛車的排放量不得超過最高值，每一個(gè)季度測(cè)得的各輛車的平均值不得超過排放法規(guī)規(guī)定的平均值限值。1981年，日本將氮氧化物增加為總量控制指標(biāo)。
(三)公害防止協(xié)定
日本《大氣污染防止法》規(guī)定，地方政府可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量狀況及具體要求與污染物排放者簽訂公害協(xié)議，確定污染防治的措施和發(fā)生污染事故時(shí)的應(yīng)急對(duì)策？梢砸(guī)定比國家更嚴(yán)格的排放控制要求和排放標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了污染物排放者必須采用最新的污染防治技術(shù)和對(duì)污染的區(qū)域防治應(yīng)承擔(dān)的義務(wù)。在日本，《公害防止協(xié)定》與法律和地方條例并列成為第三種防治污染的強(qiáng)有力的行政控制手段，充分發(fā)揮了地方在實(shí)施污染控制時(shí)的主動(dòng)性。
(四)氮氧化物總量控制
日本氮氧化物總量控制采用的是重點(diǎn)控制區(qū)域與重點(diǎn)排放源相結(jié)合的技術(shù)路線。1981年，日本在工廠密集的東京都、神奈川縣、大阪府三大地區(qū)對(duì)氮氧化物固定源實(shí)施了總量控制之后，氮氧化物污染得到一定控制，但大都市二氧化氮的環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率仍舊較低。1992年，日本實(shí)行了機(jī)動(dòng)車氮氧化物總量控制，實(shí)施了改進(jìn)車輛行駛狀態(tài)及對(duì)車型進(jìn)行限制的措施。實(shí)行機(jī)動(dòng)車氮氧化物總量控制后，到2005年總量控制區(qū)內(nèi)氮氧化物的排放量比1997年下降了32％，空氣質(zhì)量得到明顯改善。
日本制定氮氧化物總量控制目標(biāo)以二氧化氮濃度達(dá)標(biāo)率作為依據(jù)，由地方政府利用模型模擬出這一地區(qū)環(huán)境達(dá)標(biāo)所允許的排放總量和削減總量，據(jù)此制定總量削減計(jì)劃和總量控制標(biāo)準(zhǔn)，并將排放總量和削減量指標(biāo)分配給各排污單位。
總量控制目標(biāo)是否完成，主要依據(jù)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量是否達(dá)到大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來判定。日本環(huán)境省一般只負(fù)責(zé)對(duì)地方政府的技術(shù)指導(dǎo)和資金支持，由地方政府具體負(fù)責(zé)核定總量控制目標(biāo)的完成情況，結(jié)果向環(huán)境省報(bào)告。2010年是目標(biāo)考核年，從現(xiàn)在的初步評(píng)判結(jié)果看，東京都部分地區(qū)今年可能無法完成總量控制目標(biāo)，地方政府部門正在采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。
企業(yè)實(shí)施的氮氧化物控制技術(shù)及管理情況
(一)火電行業(yè)氮氧化物控制已處于世界領(lǐng)先水平
日本火電廠發(fā)電量?jī)H次于美國和中國，居世界第三位，其中燃煤發(fā)電量占總發(fā)電量的比例約為27％。日本大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對(duì)象是超過某一量值的煙氣量，當(dāng)煙氣量小于70萬Nm3/h時(shí)，燃煤火力發(fā)電鍋爐的氮氧化物最高允許排放濃度為250ppm(513mg/Nm3)，當(dāng)煙氣量大于70萬Nm3 /h時(shí)，最高允許排放濃度為200ppm(410mg/Nm3)。隨著火電行業(yè)氮氧化物排放控制技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，到2000年以后，燃煤火力發(fā)電廠氮氧化物的實(shí)際排放水平已降至20ppm(41mg/Nm3)以下。
碧南火力發(fā)電廠的總裝機(jī)容量為410萬千瓦，一直保持著去除二氧化硫、氮氧化物的世界最高水平，單位發(fā)電量二氧化硫排放量為0.06克/千瓦時(shí)，氮氧化物的排放量為0.09克/千瓦時(shí)，僅為日本平均水平的30％。其對(duì)氮氧化物等污染物的排放采取全過程控制，主要措施有3種:對(duì)使用的煤炭進(jìn)行嚴(yán)格配比，保證煤炭含氮率在0.7％~2.2％之間；投入大量資金和技術(shù)對(duì)污染物進(jìn)行處理。如采用石灰石—石膏濕法、低氮燃燒技術(shù)、干法催化還原和靜電除塵法對(duì) 100％的煙氣量進(jìn)行脫硫、脫硝和除塵處理，氮氧化物去除效率達(dá)到90％以上；通過提高熱效率和減少電力傳輸與分配中的損失來減少發(fā)電的能源消耗，既節(jié)約了能耗，又有效降低了二氧化硫、氮氧化物等的排放。
電源公司磯子火力發(fā)電廠的一號(hào)、二號(hào)發(fā)電機(jī)組分別在1967年和1969年投產(chǎn)。在一號(hào)機(jī)組投入運(yùn)行前，電源開發(fā)株式會(huì)社在1964年12月與磯子火力發(fā)電廠所在的橫濱市簽署了《公害防止協(xié)定》。企業(yè)與地方政府通過事先簽署協(xié)定來防止公害，在當(dāng)時(shí)的日本尚屬首例，這種方式被稱為“橫濱方式”。地方政府為確保當(dāng)?shù)鼐用竦慕】担?guī)定其氮氧化物的排放值應(yīng)小于13ppm，嚴(yán)于國家規(guī)定的200ppm。磯子火力發(fā)電廠氮氧化物控制主要采用的是二級(jí)燃燒方式、低氮氧化物燃燒器和干式排煙脫硝裝置，去除率達(dá)85％以上。同時(shí)，安裝了日本國內(nèi)首個(gè)干式排煙脫硫裝置，主要采用活性炭吸附法，在脫硫環(huán)節(jié)仍有去除氮氧化物的作用，脫除效率達(dá)30％。
(二)水泥窯氮氧化物減排技術(shù)已經(jīng)成熟
日本水泥窯氮氧化物的控制技術(shù)主要為低氮燃燒技術(shù)，第一種是在水泥窯頭應(yīng)用低氮氧化物燃燒器。日本開發(fā)了一種太平洋多用途(T M P )燃燒器，通過燃料快速升溫促進(jìn)揮發(fā)成分釋放，來源于揮發(fā)部分的中間物質(zhì)使還原氮氧化物的區(qū)域得到擴(kuò)大，在不影響產(chǎn)量、爐渣品質(zhì)的情況下比普通低氮燃燒器降低 25％~30％的氮氧化物產(chǎn)生量。目前低氮燃燒器已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。第二種是預(yù)熱器的低氮氧化物技術(shù)。對(duì)于SF型的分解爐，主要是在窯尾分解爐和管道中應(yīng)用階段燃燒技術(shù)來降低氮氧化物的生成。對(duì)于RSP型分解爐，主要是通過旁通管降低爐內(nèi)空氣比來還原氮氧化物從而降低其濃度。目前此種技術(shù)已經(jīng)成熟，但成本將會(huì)很高，日本仍處于試驗(yàn)階段。此外，應(yīng)用化學(xué)脫硝法減少水泥行業(yè)氮氧化物排放。
太平洋水泥熊谷工廠在氮氧化物控制方面，主要采取以下3種方式降低水泥窯氮氧化物的排放:一是空氣二級(jí)燃燒，二是采用高效率的TMP燃燒器，三是尾部添加尿素。日本規(guī)定水泥氮氧化物的國家排放標(biāo)準(zhǔn)為480ppm，而太平洋水泥熊谷工廠的實(shí)際排放濃度在340ppm以下。
(三)多種措施降低日本機(jī)動(dòng)車氮氧化物的排放
日本機(jī)動(dòng)車是氮氧化物排放的最大貢獻(xiàn)源，主要來自于重型柴油車和輕型汽油車。輕型車控制技術(shù)主要包括電子燃油噴射、氧傳感器、閉環(huán)三元催化轉(zhuǎn)化器控制裝置等。柴油車氮氧化物控制，從技術(shù)的范疇看主要從內(nèi)燃機(jī)技術(shù)、內(nèi)燃機(jī)外排放控制技術(shù)、改善燃油品質(zhì)方面著手。
五十鈴汽車公司采用多種有效方式來降低機(jī)動(dòng)車污染物排放。注重發(fā)動(dòng)機(jī)單體污染物排放控制技術(shù)的研發(fā)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)主體和后處理技術(shù)兩部分；積極開發(fā)混合動(dòng)力車等新型環(huán)保車，比傳統(tǒng)汽車節(jié)油5％~6％；改善燃料品質(zhì)及發(fā)展環(huán)境性能優(yōu)越的二甲醚、壓縮天然氣等新型燃料；推進(jìn)經(jīng)濟(jì)駕駛普及，對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)。經(jīng)過十幾年的推廣測(cè)試，節(jié)能效果平均在26％，相應(yīng)地減排二氧化碳和氮氧化物各26％。
帶給我們的有益啟示
(一)我國開展氮氧化物總量控制工作迫在眉睫
日本的氮氧化物總量控制經(jīng)驗(yàn)表明，總量控制制度對(duì)降低污染排放、改善空氣質(zhì)量發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。近年來我國氮氧化物排放總量持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)普查數(shù)據(jù)，2007年全國氮氧化物排放量為1797萬噸(環(huán)統(tǒng)排放量為1643萬噸)，預(yù)計(jì)到2010年將達(dá)2000萬噸左右，如不加以控制，將很快超過二氧化硫排放量，并可能部分抵消二氧化硫減排帶來的環(huán)境效益，“十二五”全面開展氮氧化物污染防治工作已經(jīng)迫在眉睫。
日本在制定總量控制目標(biāo)時(shí)，運(yùn)用預(yù)測(cè)模型來估算達(dá)到環(huán)境目標(biāo)的區(qū)域氮氧化物削減量，并對(duì)削減效果進(jìn)行評(píng)估，對(duì)總量削減計(jì)劃的職責(zé)和技術(shù)性事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)的立法規(guī)定，地方政府與企業(yè)簽訂《公害防止協(xié)定》，制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，建立了嚴(yán)格的管理機(jī)制，這些是保證總量控制取得成功的關(guān)鍵，這些經(jīng)驗(yàn)值得我國借鑒，F(xiàn)階段我國在制定氮氧化物總量控制目標(biāo)時(shí)，還難以建立排放目標(biāo)與環(huán)境質(zhì)量精確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但在總量大規(guī)模削減后，今后的控制路線可以仿照日本依據(jù)環(huán)境容量來制定排放總量；在控制措施上，我國采取國家統(tǒng)一規(guī)定、地方具體實(shí)施的模式，這與日本的管理模式基本一致，但我們的目標(biāo)責(zé)任制與日本的《公害防止協(xié)定》相比，缺乏立法強(qiáng)制性，使其實(shí)施效率降低，因此我國可適當(dāng)借鑒日本的經(jīng)驗(yàn)，由地方政府與各企事業(yè)單位簽訂污染減排協(xié)議，發(fā)放排污許可證，充分發(fā)揮地方政府的作用；在總體路線上，“十二五”我國氮氧化物的控制需充分考慮我國當(dāng)前的大氣環(huán)境形勢(shì)及氮氧化物的環(huán)境影響特征，進(jìn)入以環(huán)境質(zhì)量控制為切入點(diǎn)的大規(guī)模削減階段，在走全國總量控制路線的基礎(chǔ)上突出重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)行業(yè)。
(二)加強(qiáng)電力行業(yè)以外的水泥等行業(yè)的氮氧化物總量控制是實(shí)現(xiàn)氮氧化物減排的重要環(huán)節(jié)
我國水泥行業(yè)氮氧化物的排放占總排放的10％，是氮氧化物的重要排放源，未來隨著水泥行業(yè)淘汰落后產(chǎn)能工作的推進(jìn)，新型干法窯的使用比例將大幅增加，在提高能源使用效率的同時(shí)，氮氧化物的排放也會(huì)顯著增加，而水泥行業(yè)尚未開展有效的氮氧化物控制工作。根據(jù)日本的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用LNB＋SNCR，水泥行業(yè)氮氧化物排放濃度將會(huì)降低80％，具有脫硝投資少、產(chǎn)出大、環(huán)境效益高的特點(diǎn)。因此，應(yīng)加強(qiáng)水泥等行業(yè)氮氧化物減排的適用技術(shù)推廣和應(yīng)用，并通過制定相關(guān)規(guī)范和導(dǎo)則加大政策導(dǎo)向作用，根據(jù)水泥窯的現(xiàn)狀和特性，在有條件的地區(qū)和企業(yè)開展水泥窯等氮氧化物減排工作。
(三)對(duì)機(jī)動(dòng)車實(shí)行氮氧化物總量控制是重要組成部分
在我國，機(jī)動(dòng)車是氮氧化物的第二大排放源，開展機(jī)動(dòng)車氮氧化物總量控制對(duì)改善城市環(huán)境質(zhì)量具有至關(guān)重要的作用。對(duì)機(jī)動(dòng)車氮氧化物的總量控制，首先要從控制油品等級(jí)入手，盡快明確國家、地方控制標(biāo)準(zhǔn)和要求。日本車用柴油的硫含量已由2003年的50ppm降至10ppm。而我國強(qiáng)制性國標(biāo)規(guī)定的硫含量為 2000ppm，致使先進(jìn)的氮氧化物控制技術(shù)在我國硫含量偏高條件下難以應(yīng)用。目前，我國機(jī)動(dòng)車生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)具備制造滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車能力，加快車用燃油低硫化已成為當(dāng)務(wù)之急。
(四)迫切需要開發(fā)適合國情的氮氧化物削減技術(shù)
盡管我國已有機(jī)動(dòng)車尾氣和電廠煙氣脫硝控制技術(shù)，但柴油車氮氧化物控制技術(shù)方面國內(nèi)尚無成熟的商業(yè)化后處理技術(shù)，火電廠煙氣脫硝的一些關(guān)鍵技術(shù)仍受制于國外，工業(yè)鍋爐/窯爐的低氮燃燒技術(shù)及煙氣脫硝研究與應(yīng)用也處于小規(guī)模試驗(yàn)階段，因此我國應(yīng)對(duì)氮氧化物控制技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化給予更多支持及優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合研發(fā)，盡快推動(dòng)國內(nèi)氮氧化物控制技術(shù)規(guī)模示范應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化，為我國氮氧化物的排放控制提供技術(shù)支持及管理依據(jù)。
(五)加大氮氧化物減排考核和信息公開力度是重要措施
日本企業(yè)在執(zhí)行政府環(huán)保法規(guī)和減排要求方面自覺性非常強(qiáng)，除嚴(yán)格的執(zhí)法處罰和考核外，信息公開和群眾監(jiān)督是非常重要的措施。我國要借鑒二氧化硫減排的考核要求，并加大信息公開力度。要求重點(diǎn)企業(yè)自行公開減排任務(wù)完成情況，地方政府公開本地區(qū)減排完成情況和列入減排計(jì)劃的企業(yè)完成情況，國家定期或不定期公布減排完成情況好或差的企業(yè)及地區(qū)名單，接受群眾和輿論監(jiān)督，促進(jìn)減排目標(biāo)任務(wù)完成。
作者:環(huán)境保護(hù)部總量司于飛、吳險(xiǎn)峰；中國環(huán)境科學(xué)研究院柴發(fā)合；中國環(huán)境規(guī)劃院楊金田、蔣春來；清華大學(xué)田金平
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