基于实测的近海船舶大气污染物排放特征研究

Shipping industry carries more than 80% of the total volume of transported goods in the world, and the world fleet is still developing quickly. However, ship engines use poor technology and mainly burn high-sulfur-content residue fuel, so ships contribute greatly to the air pollution (such as NOx, SO2, and PM2.5) in global ports and coastal areas. This condition is more serious in China: not only the dimensions of ports and capacity (also the average ship age) head the world, but also almost 1/4 of fishing boats is possessed in China. International data of emission factors (EFs) are not suitable for China. Therefore, experimental measurements should be taken to found EF database for China status.In this study, various ships are taken into account, including merchant vessels and fishing ships with different age and power, and about 25 typical ships will be chosen for experiments. (i) Ship emissions will be analyzed using a dilution system and various movement conditions (in port, maneuvering, at sea, at berth) will be treated individually to measure the EFs for offshore ships. (ii) The main factors affecting the emissions will be investigated for the suggestion of pollution control and abatement. (iii) Emission inventory will be calculated for offshore ships on local and national scales, combining with activity levels of ships in ports, routes, and working areas. (iv) The characterisic tracers for ship emissions will be explored to provide scientific information for their quantitative identification of ship pollutants in ambient air.

船舶运输承载着全球80%以上的货运量，目前仍在迅速发展。船用发动机技术严重落后，且以高硫重油为主要燃料，因此，船舶排放是全球港口和近岸空气的重要污染源，特别是NOx、SO2和PM2.5。我国的问题更为突出：不仅港口和货运规模已位居世界第一（平均船龄也远高于世界水平），而且拥有全球近1/4的渔船。国际上的船舶排放因子不适用于我国。因此，迫切需要通过实测建立我国船舶的大气污染物排放因子。本项目针对运输船舶和渔船的主要类型，考虑船龄和功率等因素，选择约25条试验用船，对不同运行状态（进出港、机动、运行、停泊）的烟气进行稀释采样和分析，获得近海船舶的NOx、SO2、PM2.5及其主要组成的排放因子；摸清影响船舶排放的重要因素，为污染控制减排提供建议；结合主要港口、航道和渔船作业区的船舶活动水平，计算区域和全国近海船舶的排放清单；探索船舶烟气的特征成分谱，为定量识别船舶排放对环境空气的贡献提供依据。

本研究对16艘各型船舶（包括1艘工程船，2艘科考船，1艘重油船和12艘渔船）开展了实验测量，获得了船舶尾气中气态和颗粒态污染物的化学成分谱和排放因子，探讨了影响污染物排放的主要因素，初步估算了我国近海船舶的污染物排放总量及空间分布；结合渤海海峡中部砣矶岛PM2.5样品的采样分析和CMAQ模型应用，量化评估了船舶排放对近岸区域空气污染的贡献。总体上，本研究结果为我国船舶污染排放清单计算及对近岸空气质量影响提供基础数据，也为船舶污染控制减排提供科学依据。主要结论如下：.1. 计算了船舶尾气中重要污染物的排放因子。其中，已完成分析计算的六艘船（工程船HH，渔船1和2，科考船DFH和XYH，重油船YK）的CO平均排放因子分别为30.2，27.0，43.9，6.93，9.20，8.06 g kg-1 fuel，NOx为115，48.9，63.6，35.7，31.6，72.8 g kg-1 fuel，PM为9.40，4.79，9.74，0.72，0.16，2.95 g kg-1 fuel，SO2为1.60，1.32，1.32，0.92，2.60，8.96 g kg-1 fuel；不同船型之间排放因子差异巨大：工程船与渔船排放的各种污染物均较高，其次是重油船，科考船的排放水平均较低。与国内外文献数据比较，本研究实测工程船的各种污染物排放因子均偏高，科考船由于较高的发动机水平和用油标准导致排放水平均较低，基本达到IMO的排放标准；小型渔船的问题非常突出，甚至高于重油船，应引用高度重视。.2. 获得了船舶排放PM的化学成分谱。OC与EC为船舶尾气颗粒物的最主要成分，其次为SO42-和NO3-，其它离子和金属元素仅占了非常小的比例；颗粒物中16种USEPA优控多环芳烃具有非常高的排放水平，因此船舶颗粒物的毒性问题值得重视。.3. 估算了渔船排放总量及其空间分布。我国2003至2012十年间海洋机动渔船CO、NOx、HC和PM的年排放总量分别为21.4-23.4、36.9-40.4、0.28-0.31和5.63-6.16万吨，SO2年排放量为0.86-0.95万吨。我国海洋机动渔船尾气污染物排放总量不可忽视，尤其在渔业较为发达的东南沿海地区。以V为重油船舶尾气排放示踪物，初步评估了船舶排放对砣矶岛一次PM2.5的贡献：平均为0.65 µg m-3，占总质量的2.94%。