排放控制区政策下船舶辅机大气污染物排放特征研究

船舶运输业蓬勃发展的同时，也向大气中排放了大量有害气体.为此我国制定了分阶段实施的船舶排放控制区政策，以期通过限制燃油含硫量控制船舶大气污染问题.本研究于2016年和2018年在排放控制区政策实施前后，连续对A船和B船2艘万吨级航海船进行登船实测，使用"碳平衡法"计算了船舶尾气中各类污染物基于燃油消耗量的排放因子.结果表明，A船、B船由使用含硫量为2.20%和2.10%的燃油转为使用含硫量为0.470%和0.003%的燃油后，SO₂排放因子分别由44.00 g·kg^-1和42.00 g·kg^-1下降到9.40 g·kg^-1和0.80 g·kg^-1，PM_2.5排放因子分别由2.44 g·kg^-1和1.02 g·kg^-1下降到0.870 g·kg^-1和0.003 g·kg^-1，TVOC排放因子则分别由0.061 g·kg^-1和0.106 g·kg^-1升高到0.292 g·kg^-1和0.706 g·kg^-1.对比使用不同含硫量燃油时船舶PM_2.5的减排情况发现，现阶段以燃油含硫量≤ 0.5%为限值的排放控制区政策，以及即将推行的以燃油含硫量≤ 0.1%为限值的排放控制区政策都能有效地降低船舶颗粒物排放.在成分特征方面，转用含硫量更低的燃油后，A船、B船PM_2.5中硫酸盐在水溶性离子中的占比分别由58.6%和44.3%下降到18.1%和7.9%；PM_2.5中钒元素含量分别降低了82.5%和98.9%，镍元素含量分别降低了20.8%和98.5%；VOCs中烯烃占比分别提高了11.9%和19.3%，而芳香烃占比则分别下降了32.0%和4.5%.由于排放控制区政策实施以后，船舶排放的颗粒物中钒元素的含量大幅减少，钒元素将不再适合作为船舶大气污染示踪物.     

基于实测的船舶辅机大气污染物排放量估算

于2017年3月—2018年5月在广州市南沙港区选取不同吨位的5艘船舶进行登船实测,建立了基于燃油消耗的排放因子.结果表明,船舶辅机CO₂排放因子为(3085±439)~(3195±121) g·kg^-1,CO排放因子为(5.50±1.33)~(26.10±8.90) g·kg^-1,TVOC排放因子为(0.29±0.02)~(1.68±0.06) g·kg^-1,PM_2.5排放因子为(0.56±0.09)~(12.50±3.11) g·kg^-1,NO_x排放因子为(19.20±4.12)~(83.30±11.80) g·kg^-1,基于燃油消耗量,估算2017年广州港船舶停泊工况辅助发动机SO₂、CO、TVOC、PM_2.5和NO_x排放总量分别为736、(794±209)、(46.40±2.39)、(223.0±49.4)和(3237±698) t.船舶引擎功率对排放CO、TVOC和PM_2.5影响显著,引擎功率较低的船舶以上3种大气污染物排放因子更高.从吨位而言,≥10000总吨的船舶对SO₂、CO、TVOC和NO_x 4种大气污染物的排放分担率均超过50%,≤2999总吨的船舶则对PM_2.5的排放分担率最高.从船舶类型而言,分担率最高的是集装箱船,分别占SO₂、CO、TVOC、PM_2.5和NO_x排放总量的43.8%、30.8%、41.4%、16.3%和40.9%,此外,散货船、其他货船、顶推拖船和油船对排放量的分担率也较高,以上5种船舶占到了各类大气污染物排放总量的90%.