美国工业污染源一次颗粒物排放清单的建立方法

1、美国工业污染源一次颗粒物排放清单的建立方法摘要：本文从美国工业污染源一次颗粒物排放清单的建立制度和数据计算两方面介绍了美国工业污染源一次颗粒物排放清单的建立方法。第一部分内容包括排放清单的报告要求和编制程序；第二部分内容包括数据计算、排放因子计算和不确定性分析。关键词：工业污染源；一次颗粒物；排放清单；建立方法Establish method of America industrial pollution sources primary particulate emission inventoryAbstract: This paper introduces establish regulat

2、ions and data calculation methods about the establish method of America industrial pollution sources primary particulate emission inventory. The first part includes the inventory reporting requirements and inventory reporting progresses; the second part includes data calculation, emission factors ca

3、lculation and uncertainty analysis.Keywords: industrial pollution sources; primary PM; emission inventory; establish method1引言美国环境统计排放量数据中，最主要的是美国国家污染物排放清单数据库，该数据库包含大气污染物排放量数据。排放清单的建立可以作为国家和地区环境建模的主要输入数据；为政策制定和绩效评估提供基础数据；有利于环境趋势跟踪；满足公共信息发布的要求。针对不同的污染物和污染源，美国环保署都制定了相应的排放清单技术指导和报告要求。工业污染源一次颗粒物的排放具有成分可

4、测，排放量稳定，控制相对简单的特点。美国在工业污染源一次颗粒物排放清单的建立上已经发展出了一套完整的体系并建立相应的排放清单，为污染现状分析，污染控制，模型研究，策略制定，治理效果的评估和信息发布提供很好的数据基础。美国在排放清单建立过程中工作方法的规范，调查方式的灵活，计算方式的严谨，信息技术的充分利用都是我国在建立和完善排放清单建立体系时值得借鉴的地方。2美国工业污染源一次颗粒物排放清单的建立制度21背景为了评价各州落实大气污染排放标准的情况，保持大气的清洁。美国环保署要求各州提交大气污染物的排放清单。1979年，美国把排放清单报告要求写入联邦法典（40 CFR part 51, subp

5、art Q），并于1987年修订。1999年修订的 清洁空气法案 （Clean Air Act （CAA）中规定了新一周期大气污染物排放清单的报告要求，但该要求并没有被写进联邦法典，只是作为特别规定来执行。为了统一原有排放清单数据报告的要求，提高报告效率，增加排放清单数据收集和报告的灵活性。美国环保署发起了一项名为“最终规定”的行动，于2002年6月，颁布了统一排放量上报规则（Consolidated Emissions Reporting Rule （CERR），该法规还被写入联邦法典。法规中除了巩固和简化原有排放清单的报告要求外，还新加入了PM2.5和区域性雾霾的排放清单报告要求以及适用于

6、整个州的面源和移动源的排放清单报告要求。统一排放量上报规则确保了国家和地方环保部门每年上报相关数据行为，该规则规定国家和地方大气部门采用统一电子格式将数据上报至EPA。同时，对各种数据源数据上报格式、具体数据库来源、上报时限也有专门规定。22统一排放量上报规则中关于工业污染源一次颗粒物排放清单的报告要求统一排放量上报规则中明确给出了工业污染源和一次颗粒物的定义。工业污染源包括两种类型：类型A（大的点源，如一些大型的工厂和排放企业）和类型B（所有的点源，包括类型A和其他的小点源）。一次颗粒物指的是直接排入大气中的颗粒物，分为可过滤的颗粒物和可压缩的颗粒物。排放清单报告提交的周期有一年和三年之分，

7、对不同的污染源类型有不同的要求。对于类型A的污染源，各州需要每年收集一次数据。对于类型B有两种方式，一是每年收集三分之一地区的数据，第二年收集另一三分之一地区的数据，三年循环，得到整个州的数据。二是三年一起收集整个州的数据。收集过程需采用统一的排放因子计算。各州需提交每年的和每三年的关于PM2.5、PM10和区域性雾霾的数据报告。年度报告需在统计年的17个月之内提交，比如2001年的排放清单需在2003年7月前提交。三年的排放清单需在统计的最后一年的17个月内提交，比如2001年至2003年的排放清单需在2004年7月前提交。各州和各地区的大气污染控制机构都要遵从这项规定。各州直接向美国环保署

8、提交排放清单的电子版，电子版的要求可在美国环保署的网站下载。如果有没有按时提交清单的情况，美国环保署将按自己原始的清单数据来进行评估。但美国环保署对排放清单进行了全面的推广，提供广泛的技术支持，这种情况发生的概率很小。下表列出是报告内容的一些具体要求。表1 点源一次颗粒污染物最小报告限值（tpy1）污染物年度报告（类型A）3年报告（类型B2）超标区3PM10250100PM10(中度污染)100PM10PM10(严重污染)70PM2.5250100100注：1、tpy=tons per year of actual emissions,实际排放量，吨每年。2、类型A是类型B的子集，也是排放量最

9、大的一个子集。3、对于受到污染的地区的特别规定。表2 点源污染源排放清单需提交的数据元素序号数据元素年度报告（类型A）1三年报告（类型B和超标区）备注1统计年清单数据收集的年份2统计开始日期3统计结束日期4清单类型清单数据的类型，如：点源，三年，日排放量。5州编号Federal Information Placement System（FIPS）联邦位置信息系统中规定的州编号6县编号联邦位置信息系统中规定的县编号7生产设备编号8排放点编号9生产过程编号10烟囱编号11排放点名称12地理位置13SCC/PCCSource classification code/ Process classifi

10、cation code一个排放污染物的污染源/生产过程的特有编号,SCC和PCC在一定程度上等效。14燃料中热含量（年平均值）15燃料中颗粒物含量（年平均值）燃烧后留下的固体物质16燃料中硫含量（年平均值）质量分数17污染物编号Emission Inventory Improvement Program (EIIP) Data Model，排放清单提高计划中规定的污染物编号18生产量（年度）19生产量（每天）20工作日排放量21年度排放量22排放因子23春季生产量（%）24夏季生产量（%）25秋季生产量（%）26冬季生产量（%）27每天运行的小时数排放污染物的设备的运行时间，取统计期内的平均值

11、28开始时间（小时）29每周运行天数30每年运行周数31烟囱经度32烟囱纬度33烟囱高度34烟囱直径35排气温度36排气速率37排气流量38SIC/NAICSStandard Industrial Classification code. NAICS (North American Industry Classification System) codes标准工业分类编号39设计容量操作单元的设计容量40最大允许容量机器铭牌上标明的容量41一次控制效率（%）42二次控制效率（%）43控制过程类型如：湿式净化44理论控制效率（%）注：1、“”表示必须提交的数据元素，“”表示可选择提交的数据元素。

12、23美国国家排放清单的编制程序231数据收集数据收集一部分通过企业统计调查获得，企业数据收集方法包括调查问卷、企业视察、排污许可和日常监督文件的利用，另外还可以从其他企业相关数据中进行推导而得。其中重点源中电力企业数据来自于EPA排放追踪系统/连续排放监测数据库（EIS/CEM），以及能源部门煤炭使用数据，大部分数据由国家和地方环保部门提供。232 清单数据的处理和审核程序（1）地方环保部门对上报数据的审核地方环保局在数据上报至EPA之前对数据进行一系列的数据控制审核和纠错。主要审核方法是采取基础格式和内容审核软件（the Basic Format and Content Checker）。地

13、方环保局把数据上传至中央数据交换网络（CDX）后，一个数据有效审核软件就会对该数据进行结构以及相关规定属性的自动查询，如果此软件发现错误，该错误信息就会自动反馈至地方环保局并说明数据不能被接受的原因。（2）EPA对上报数据的审核和上报EPA把上报数据从CDX网络上下载后，进行初步审核，之后把数据和相关审核信息发送给特定污染物排放合作小组，而EPA不对数据作任何修改。特定污染物排放合作小组的工作主要包括：同地方环保局确认错误信息，同时要求地方环保局重新上传正确数据，如果在规定期限内没有收到正确数据，就会将上年数据代替错误数据使用；统一数据格式；查找和删去重复记录，删除记录需要备份；确认和分析整理

14、完整的参考指标数据；按照污染物类别、行业以及地区将排放量分别汇总，并与上年数据进行对比，变化率超过10%的地区和行业排放数据需要进行确认；分别在区县、市以及省范围内生成污染物排放量前十位的企业和行业，并与去年数据进行对比；按照污染物和行业，生成区县级的、基于人口和面积的污染物排放浓度列表和制图；对数据进行最后审核，保证上报文件中错误都得到了修正。EPA在收到特定污染排放合作小组审校意见后，会在数据发布之前再一次对数据进行审核，一是对那些大排放量数据的确认，二是通常采取比较方法和统计方法对“异常值”进行辨别和确认。233排放清单的发布EPA每三年发布一次国家排放清单（NEI）数据。数据库通过多种

15、方式进行发布，其中各种相关网站是其主要渠道，如NEI的FTP网站。目前，NEI中包含了1985-2002年城市层面大气污染物排放数据；1996年和1999年企业层面大气污染物排放数据；1999年的危险大气污染物排放数据，其中2002年NEI最终版数据于2005年12月31日之前发布。3美国工业污染源一次颗粒物排放清单数据计算方法一次颗粒物分为可过滤颗粒物PM-FIL（直接排入大气可被过滤装置截留的颗粒）和可压缩颗粒物PM-CON（在烟囱条件下为气相，在排出烟囱的瞬间反应或凝结为固体颗粒）。按粒径大小可分为PM10-PRI（颗粒直径小于等于10微米）和PM2.5-PRI（颗粒直径小于等于2.5微

16、米）。PM-CON大多数是PM2.5-PRI。数据来源可分为可控过程和不可控过程。美国工业污染源一次颗粒物排放清单的数据计算是基于污染源分类编码SCC（Source classification code）系统中的污染源分类进行排放数据的分类。下图展示了NEI PM2.5-PRI和PM10-PRI的一般计算流程。图1 NEI PM2.5-PRI和PM10-PRI计算流程图（Randy, 2002）整个计算过程可分为六个步骤：计算前排放数据质量保证（QA）的规定；对输入PM计算器的一次颗粒物排放数据进行准备处理；应用一次颗粒物的排放因子计算出转换因子；PM计算；推导计算一次颗粒物排放数据的运算公

17、式；检查结果，对数据进行评价，更新NEI数据和信息。3.1计算前排放数据质量保证（QA）的规定（1）地方（州/地区/部落（S/L/T）提交的排放清单数据可用下列关系进行校正：如果PM2.5-FILPM10-FIL，并且PM10-FIL0，有PM2.5-FIL=PM10-FIL；如果PM2.5-PRIPM10-PRI，并且PM10-PRI0，有PM2.5-PRI=PM10-PRI。（2）地方提交的排放清单数据中的控制设备编码需与NEI的输入版式（NIF）编码对应，或换为综合控制编码099。如果在美国环保署的主要SCC中不包括地方提交的排放清单数据中所用的SCC，这些点源SCC需换成7990010

18、1。3.2对输入PM计算器的一次颗粒物排放数据进行准备处理这部分主要将不可控过程的排放量采用倒推法转换为可控过程的排放量，为排放清单数据输入PM计算器做准备。EPA规定在做PM计算时，需采用SCC和控制设备编码系统里规定的控制效率的默认值。使用同一的默认值可以保证地方提交的清单数据和计算所得的PM10-FIL排放量是等效的。这也为PM2.5-FIL排放量和PM-CON排放量的计算提供了统一的基础值。如果一些地方用自己的控制效率进行倒推运算，得到的结果与PM计算器计算出的结果有误差。误差产生原因：（1）PM计算器采用的控制效率是AP-42（空气污染物排放系数汇编（Compilation of A

19、ir Pollutant Emission Factors）中规定的各SCC和控制设备编码所对应的默认控制效率，如果地方采用的控制效率与PM计算器采用的控制效率并不匹配，就会有一些地方计算出的PM2.5-FIL排放量高于PM计算器计算出的PM10-FIL排放量。（2）一些地方的清单数据中提供控制设备编码却没有提供控制设备的控制效率，或是排放量很小时，效率为100%。（3）一些地方提交的控制设备编号在PM计算器中没有区分颗粒粒径，这时需要以粒径小的颗粒的粒径为基础来进行计算。相关数据要求可在标准污染物国家排放清单中查到。3.3应用一次颗粒物的排放因子计算出转换因子为了将排放数据输入PM计算器，需

20、要将地方提交的排放数据转换为可输入PM计算器的数据。即PM-PRI排放量转换为PM-FIL排放量，PM10-PRI排放量转换为PM10-FIL排放量，这时就需要推导出特别的SCC转换因子。这个推导方法也可以用于推导PM-CON排放量转换为PM10-FIL排放量的转换因子。（1）计算转换因子的一般公式如下：PM-PRIS/L/T PM-FIL:PM-PRIS/L/T (PM-FILAP-42 or FIRE / PM-PRIAP-42 or FIRE)= PM-FILS/L/T 转换因子是(PM-FILAP-42 or FIRE / PM-PRIAP-42 or FIRE)PM10-PRIS/L

21、/T PM10-FIL:PM10-PRIS/L/T (PM10-FILAP-42 or FIRE / PM10-PRIAP-42 or FIRE)= PM10-FILS/L/T 转换因子是(PM10-FILAP-42 or FIRE / PM10-PRIAP-42 or FIRE)PM10-FILS/L/T PM-COM:PM10-FILS/L/T (PM-COMAP-42 or FIRE / PM10-FILAP-42 or FIRE)= PM-CONS/L/T 转换因子是 (PM-COMAP-42 or FIRE / PM10-FILAP-42 or FIRE)有了转换因子和PM计算器，可

22、以将地方提供的每一个SCC和控制设备编号所对应的排放清单数据计算出来。不可控排放过程的转换因子可在 标准污染物国家排放清单中查到。（2）工业污染源一次颗粒物转换因子的推导：AP-42中与工业过程相关的排放因子可以在附录B.1、附录B.2和AP-42的独立部分中查找到。在进行转换因子计算前做如下假设：a)颗粒物粒径小于等于1微米的为PM-CON，其排放量是粒径小于等于1微米的颗粒的积累量。b)颗粒物粒径小于等于10微米的为PM10-PRI，其排放量是粒径小于等于10微米的颗粒的积累量。c)PM10-PRI的质量分数为100%。d)PM-FIL=PM-PRI - PM-CON。（质量分数）e)PM

23、10-FIL=PM10-PRI - PM-CON。（质量分数）用平均数法推导AP-42和FIRE中没有的排放因子数据：有些SCC规定的污染源在AP-42和FIRE（Factor Information REtrieval (FIRE) data system）上并没有相应的排放因子数据，因此需要用平均法推导出这些缺失的排放因子。SCC编号一共有8位数字组成，从左往右表示类别，数字位数越少表示分类越大，多位数编号对应的污染源是少位数编号污染源的子集，8位数的编号表示了具体的生产污染源，如SCC 30101202，代表制造氢氟酸的过程。平均法是用多位数编号对应的污染源的排放因子的平均数求少位数编号

24、污染源的排放因子，具体计算方法见下面的例子。表3平均法求排放因子SCC积累量%10m积累量%1m30101251430101485630101585630101994603010178.7519SCC 30101的数据为前四位数据的平均值。所有的SCC都有相应的排放因子数据之后，用下列公式求转换因子：PM-PRI PM-FIL的转换因子是：(PM-FILAP-42 / PM-PRIAP-42 )=（100%-（积累量%1m）/100% PM10-PRI PM10-FIL的转换因子是：(PM10-FILAP-42 / PM10-PRIAP-42 )=（积累量%10m）-（积累量%1m）/（积累量

25、%10m） PM10-FIL PM-CON的转换因子是：(PM10-CON AP-42/PM10-FILAP-42 )= （积累量%10m）/（积累量%10m）-（积累量%1m） 如SCC 30101202，制造氢氟酸的过程的转换因子的计算：积累量%10m=51%，积累量%1m=4%(PM-FILAP-42 / PM-PRIAP-42 )=（100%-4%）/100%=0.96(PM10-FILAP-42 / PM10-PRIAP-42 )= (51%-4%)/4%=0.92(PM10-CON AP-42/PM10-FILAP-42 )=4%/(51%-4%)=0.0853.4PM计算NEI中

26、包含了无数条一次颗粒物的排放数据的记录，为了提高计算效率，美国环保署采用PM计算器和大型Oracle数据库联合运作的方式来处理数据。Oracle从NEI的基础数据里读出每个SCC记录下的排放数据和转换因子，然后输入到PM计算器中计算，计算结果输出至Oracle中储存并生成相应的清单数据。在标准污染物国家排放清单中可以查到和数据库有关的信息。3.5推导计算一次颗粒物清单数据的运算公式；一次颗粒物清单数据根据SCC分类。根据各地方提交的数据类型的不同，一次颗粒物清单数据的数据类型组合可分为14类，下表说明了各组数据要计算其他类型数据的运算公式。表 4 一次颗粒物的计算公式数据类型编号地方提交的一次

27、颗粒物的排放数据控制现状一次颗粒物的计算公式1pm25pri (pmpri,pm25pri)不可控pm25fil = pm25pri * pm10pri_to_pm10fil, pm10fil = pm25fil * ( pmcalc_pm10fil_uncontrolled / pmcalc_pm25fil_uncontrolled ),pmcon = pm25pri - pm25fil1pm25pri (pmpri,pm25pri)可控pm25fil = pm25pri * pm10pri_to_pm10fil, pm10fil = pm25fil * ( pmcalc_pm10fil_c

28、ontrolled / pmcalc_pm25fil_controlled ),pmcon = pm25pri - pm25fil2pm25fil (pmfil,pm25fil)不可控pm10fil = pm25fil * ( pmcalc_pm10fil_uncontrolled / pmcalc_pm25fil_uncontrolled ),pmcon = pm10fil * pm10fil_to_pmcon2pm25fil (pmfil,pm25fil)可控pm10fil = pm25fil * ( pmcalc_pm10fil_controlled / pmcalc_pm25fil_c

29、ontrolled ), pmcon = pm10fil * pm10fil_to_pmcon3pm10pri (pmpri,pm10pri)不可控pm10fil = pm10pri * pm10pri_to_pm10fil,pmcon = pm10pri - pm10fil,pm25fil = pm10fil * ( pmcalc_pm25fil_uncontrolled / pmcalc_pm10fil_uncontrolled )3pm10pri (pmpri,pm10pri)可控pm10fil = pm10pri * pm10pri_to_pm10fil,pmcon = pm10pri

30、 - pm10fil,pm25fil = pm10fil * ( pmcalc_pm25fil_controlled / pmcalc_pm10fil_controlled )4pm10pri andpm25pri (pmpri, pm10pri, pm25pri)不可控pm10fil = pm10pri * pm10pri_to_pm10fil,pmcon = pm10pri - pm10fil,pm25fil = pm25pri - ( pm10pri - pm10fil )5pm10fil (pmfil,pm10fil)不可控pmcon = pm10fil * pm10fil_to_pm

31、con,pm25fil = pm10fil * ( pmcalc_pm25fil_uncontrolled / pmcalc_pm10fil_uncontrolled )5pm10fil (pmfil,pm10fil)可控pmcon = pm10fil * pm10fil_to_pmcon,pm25fil = pm10fil * ( pmcalc_pm25fil_controlled / pmcalc_pm10fil_controlled )6pm10fil and pm25fil(pmfil, pm10fil,pm25fil)不可控pmcon = pm10fil * pm10fil_to_p

32、mcon7pmpri不可控pm10fil = pmpri * pmpri_to_pmfil * ( pmcalc_pm10fil_uncontrolled /pmcalc_pmfil_uncontrolled ),pmcon = pmfil * pm10fil_to_pmcon,pm25fil = pmpri * pmpri_to_pmfil * ( pmcalc_pm25fil_uncontrolled /pmcalc_pmfil_uncontrolled )7pmpri可控pm10fil = pmpri * pmpri_to_pmfil * ( pmcalc_pm10fil_control

33、led /pmcalc_pm10fil_uncontrolled ),pmcon = pm10fil * pm10fil_to_pmcon,pm25fil = pmpri * pmpri_to_pmfil * ( pmcalc_pm25fil_controlled / pmcalc_pmfil_uncontrolled )8pmfil不可控pm10fil = pmfil * ( pmcalc_pm10fil_uncontrolled / pmcalc_pmfil_uncontrolled ),pmcon = pm10fil * pm10fil_to_pmcon,pm25fil = pmfil

34、* ( pmcalc_pm25fil_uncontrolled / pmcalc_pmfil_uncontrolled )8pmfil可控pm10fil = pmfil * ( pmcalc_pm10fil_controlled / pmcalc_pm10fil_uncontrolled ),pmcon = pm10fil * pm10fil_to_pmcon,pm25fil = pmfil * ( pmcalc_pm25fil_controlled / pmcalc_pmfil_uncontrolled )9pmcon不可控pm10fil = pmcon * ( 1 / ( pm10fil_

35、to_pmcon ) ) ,pm25fil = pm10fil * ( pmcalc_pm25fil_uncontrolled / pmcalc_pm10fil_uncontrolled )9pmcon可控pm10fil = pmcon * ( 1 / ( pm10fil_to_pmcon ) ) ,pm25fil = pm10fil * ( pmcalc_pm25fil_controlled / pmcalc_pm10fil_controlled )10pmcon and pm10fil(pmcon, pmfil,pm10fil)不可控pm25fil = pm10fil * ( pmcalc

36、_pm25fil_uncontrolled / pmcalc_pm10fil_uncontrolled )10pmcon and pm10fil(pmcon, pmfil,pm10fil)可控pm25fil = pm10fil * ( pmcalc_pm25fil_controlled / pmcalc_pm10fil_controlled )11pmcon, pm10fil, andpm25fil (pmcon,pmfil, pm10fil, andpm25fil)可控不用计算12pmcon, pmfil, andpm25fil不可控pm10fil = pm25fil * ( pmcalc_

37、pm10fil_uncontrolled / pmcalc_pm25fil_uncontrolled)12pmcon, pmfil, andpm25fil可控pm10fil = pm25fil * ( pmcalc_pm10fil_controlled / pmcalc_pm25fil_controlled )13pm10fil and pm10pri不可控pm25fil = pm10fil * ( pmcalc_pm25fil_uncontrolled / pmcalc_pm10fil_uncontrolled ),pmcon = pm10pri - pm10fil13pm10fil and

38、 pm10pri可控pm25fil = pm10fil * ( pmcalc_pm25fil_controlled / pmcalc_pm10fil_controlled ),pmcon = pm10pri - pm10fil14pm10fil, pm10pri,and pm25fil(pm10fil, pm10pri,pm25fil, andpm25pri)不可控pmcon = pm10pri - pm10fil对于各组数据，有PM2.5-PRI= PM2.5-FIL + PM-CON（质量分数）PM10-PRI = PM10-FIL + PM-CON（质量分数）例如，地方提交的清单数据只有

39、PM-PRI排放量和PM2.5-PRI排放量，用组一公式计算出PM2.5-FIL排放量、PM10-FIL排放量、PM-CON排放量。对于一个给定的SCC过程，pm25fil = pm25pri * pm10pri_to_pm10fil “pm10pri_to_pm10fil”为PM10-PRI排放量转换为PM10-FIL排放量的转换因子pm10fil = pm25fil * (pmcalc_pm10fil_uncontrolled / pmcalc_pm25fil_uncontrolled) “pmcalc_pm10fil_uncontrolled PM”“pmcalc_pm25fil_unc

40、ontrolled”为PM计算器的输出结果pm con = pm25pri - pm25fil 3.6检查结果，对数据进行评价，更新NEI数据和信息。计算完成后，将数据与原数据对比找出问题，解决问题。（1）如果求出的PM2.5排放量为负值，即使会影响其他类型的颗粒物排放量的计算，也要将此PM2.5排放量的值设为0。（2）PM10-FIL排放量转换为PM-CON排放量的转换因子是根据不可控过程排放因子或颗粒尺寸数据求得。但如果PM10-FIL的计算因子是通过可控过程的可控效率倒推求得，那么后面求得的PM-CON、PM10-PRI、PM2.5-PRI排放量的计算结果将偏高。因此，虽然有些排放源是可控的，EPA还是规定了一个PM10-FIL排放量的转换因子。（3）EPA为排放清单数据的来源规定了不同的标志，如来源是州数据，标志是“S”，来源是颗粒物排放清单扩大计划的计算数据，标志是“AUG-C”。不同来源的数据记录在不