交通环保
ENVIRONMENTAL PROTECTION IN TRANSPORTATION
1999年 第1期 No.1 1999
--------------------------------------------------------------------------------
中国水路运输大气环境问题与防治对策
乔 冰 刘敏燕 吴维平 于沉鱼
摘要 综述了中国水路运输中主要大气环境问题的现状、产生原因和环境影响，回顾了在防治技术和管理上的进展，并比较宏观地提出了有关的防治对策和与MARPOL国际公约接轨的建议。
关键词 运输 粉尘 蒸汽 防治 MARPOL公约
Atmospheric Environmental Problems and Their Prevention & Control Straregies in Chinese Waterborne Transportation
Qao Bing Liu Minyan Wu Weiping Yu Chenyu (Waterbome Transportation
Institute,Ministry of Communications,Beijing 100088)
Abstract Existing status,causes and impacts of the main atmospheric environmental problems in Chinese waterborne transportation are described comprehensively;development of technology on prevention,control and management is reviewed;and related prevention and control strategies including suggestions of bringing it into line with MARPOL international convention are proposed.
Key words Transportation Dust Vapor Prevention & control MARPOL convention
1 前言
中国幅员广阔，水系丰富，海岸线漫长，水路通商历史久远。近年来，随着改革开放不断深入，需水路运输的国际、国内贸易迅速增涨，一大批新建、扩建和改建的沿海及内河港口被批准兴建并投入运营，船舶通商航线和水运贸易种类得到了很大的拓展。
根据有关统计资料，目前占总运量85%的全球贸易货物通过船舶经由港口中转和水路运输完成。我国内外贸货物总量的44%采用水路方式运输，其主要优势在于：与空运和公路运输方式相比，单位重量货物在水路运输中所消耗的能源较低，相应造成的大气环境影响较小。
我国水路运输中也存在着一些具有特殊性的大气环境问题，例如：(1)散装运输货物在港口储存和转运过程中易产生粉尘和石油及化工品蒸气，从而对港口附近局部区域大气环境产生明显不利的影响；(2)船舶以及港口作业中其它流动设备的发动机燃烧尾气排放总量甚为可观，源排放地理分布范围很广；(3)以上流动设备和一些港口固定设施目前多使用含CFCs及其它卤化物的空调制冷剂和灭火装置；(4)有毒有害气体泄漏扩散事故污染风险。
国际海事组织(IMO)1997年正式通过了MARPOL 73／78国际公约附则VI，即防止船舶大气污染规则；我国《大气污染物综合排放标准》也于1997年开始实施。如何履行国际公约中的义务，贯彻执行国家的有关政策法规，加强水运环境规划和管理，研究适合我国国情的防治技术和对策，是解决上述问题以保证国家水运事业可持续发展的关键所在。
2 固体散货储运
2.1 粉尘污染概况
经水路运输的3大固体散货是：煤炭、矿石(包括金属矿石和非金属矿石)和散粮，由此产生的粉尘污染问题较为严重。以我国最大专业化煤炭出口港口—秦皇岛港为例，根据各监测点1989年～1993年降尘月分布及TSP年变化数据〔1〕，综合污染水平达中度至极重污染。类似的情况在我国营口、天津、青岛、上海、宁波、湛江等港口城市(镇)也曾或正在发生，造成附近局部区域空气混浊、能见度下降。
煤炭、矿石港口的装卸工艺多为露天装卸和堆存，因此，装卸存贮方式、工艺设计环境保护水平，物料特性(如：粒度分布，含水量等)和气象因素是决定粉尘污染程度的关键因素。目前的港口设计一般能够做到；在皮带机转接处加以局部半封闭，皮带输送机加防尘罩，为火车车箱翻车机设翻车机房。
散粮装卸工艺多为密闭装卸和筒仓储存。当设备密封性差、吸尘系统出现故障时，由于粮食粉尘含水量低，粒径细，比重轻，所形成的积尘极易构成二次扬尘。
2.2 防治对策
2.2.1 改进工艺设计和设备选型
通过选用控制技术先进的装卸设备可以方便地改变物料落料方向和降低落料高度，例如：国内最新研制成功的连续斗轮卸船机可大大减小卸船时的落差，从而有效地减少起尘。采用皮带机软启动技术也可有效地减小因震动引起的产尘。增加适当的密封装置，则可有效地减少粉尘逸散。
2.2.2 贯彻清洁生产方针
结合国外经验，如果能在煤矿严格控制煤炭含水量，并且在铁路运输之前喷洒覆盖剂以减少运输过程中的水份挥发和煤尘飞扬，则将从根本上解决港口煤尘污染问题，并可减少货物运输中的损失。
2.2.3 选用适当的湿式与干式抑尘技术
湿式抑尘法以水为主体，因其设备简单、投资省、维修使用方便、抑尘效果显著，而得到广泛应用并起主导作用。目前已成功应用的技术有：自动喷雾洒水及煤车注水。针对某些疏水性强的煤种，已研制出了润湿型化学抑尘剂〔2〕，可显著提高捕尘效率。在煤炭行业，还研制出了磁化水抑尘技术。国外喷洒水的雾化效果更好，微机控制系统功能强、普及率较高，循环水系统较为完善。
传统的干式除尘器，如布袋除尘器、静电除尘器，曾在港口使用过，但运行费与初投资高，且维护保养工作量大，目前已基本不用。为解决我国北方港口冬季防尘问题，有关港口和科研院校曾联合进行了防风网防尘技术研究〔3〕，目前正在开展进一步的研究及应用推广工作。
2.2.4 加强环境管理
根据国内外经验，虽然从理论上说，只要采取了妥善的防尘、除尘技术措施就能够解决固体散货运输中的粉尘问题，但是如果在港口建成后再去考虑粉尘防治问题，则往往会事倍功半，有时从经济角度看，甚至还不如废弃原港而另选址重新建设一个替代港口。因此有必要加强环境管理，包括：(a)对所有相关的新、扩、改工程进行科学的环境影响模拟预测和评价，包括建立计算机模拟模式，预测煤码头空气中的煤尘浓度〔4〕；(b)对现有港口进行全面整顿，实施清洁生产管理，坚决关闭工艺落后、污染较严重的老港口或临时码头。
3 液体散货储运
3.1 污染现状
经水路运输的3大液体散货是：石油、化工品、液化气，其中石油包括了原油、成品油(汽油、煤油、柴油)和石油渣等，其运量占整个液态散货的70%以上；液化气是指在常温常压下为气态需要加压变为液体储运的化工品，我国海运散装化工品的品种达数十种。
液体散货运输中存在的大气污染问题主要是：在货物转运和存储过程中，产生石油、成品油及各类液体化工品蒸气，其扩散会对港口大气环境造成一次及二次污染。调查显示，近年来随着石油储运量的大幅提高，国内部分大型油港大气环境中烃类指标逐年上升，其中，单船装卸作用范围内空气中油气浓度大大超过劳动安全卫生标准，作业高峰期港区周围大气环境中烃类浓度数倍于环境允许浓度标准。在化工品码头，当储运货种为光化学反应活性较高的烃类时(如甲苯)，光化学二次污染较为显著，曾测到在装卸甲苯的码头附近午后空气中O3浓度直线上扬的情况〔5〕。
据统计，截至1996年底，国内各大油港油类吞吐量突破7千万吨，到2000年，将超过1亿吨，其中液体化工品运输量和从国外进口的高挥发性优质原油储运量将大幅上升。因此，液体散货运输中的大气污染问题十分严峻，加强防治对策刻不容缓。
此外，液体散货在水路运输和岸边贮存过程中的溢出、泄漏事故亦是一个潜伏的大气污染风险源。许多液体散货在溢出泄漏后，因暴露于空气中而挥发，以石油为例，在2～3天内的挥发率可达20%～70%。假定一个中型溢出事故的溢出量为100吨，则挥发进空气的速率很有可能大于100kg/hr。泄漏事故中的蒸气扩散将有可能造成短时空气污染与生态损害。因此，有必要加强防止各类事故发生的措施，并制定相应的应急反应计划，以便在一旦发生事故时，能够将不利环境影响尽量减至最轻。
3.2 防治对策
3.2.1 加强污染监测和模拟预测
监测和模拟预测是发现环境问题以及制定出适当的防治对策的重要技术手段，国内近年来有了较快的发展。例如一些新的监测技术设施在部分有条件的港口(如上海、大连等)得到了较好的应用；采用国际先进的空气质量计算机模拟软件进行了珠海港、营口鲅鱼圈港、大连港和宁波港石油和液体化工品码头工程的大气环境影响评价和／或泄漏事故污染风险评价〔6〕-〔7〕。监测和模拟预测结果均显示：我国传统的散液储运方式会引起易挥发高毒性货种蒸气排放严重超标，因此必须加以改进。
3.2.2 采用先进的储运技术与防污染设施
装卸储运过程中的油气和化工品蒸气主要产生于：(a)向储油罐、油轮及火车罐、汽车罐内装液体货物，而使罐内含油或化工品蒸气的等体积空气被顶出罐／舱(大呼吸)；(b)因环境温度变化，而使罐内含高蒸气浓度的空气体积澎涨被排出(小呼吸)；(c)因密封不严或管理不善而造成跑冒滴漏。为此，欧洲和美国目前已全部采用全密封装料技术，包括全密封装船输油臂、装车／罐输油鹤管系统等，经密封收集的高蒸气含量空气被集中回送至存、贮罐，经一定的螺旋冷凝装置又变为液体货物而加以回用。此外，采用浮顶罐可以大大减少贮油罐的大呼吸损失，将贮罐四周涂上不吸光涂料，可以有效减少其小呼吸损失。
3.2.3 加强事故预防和应急反应能力
虽然建立一个装备精良的应急反应系统，并制定先进、实用的应急反应计划，可以尽量地将一场不幸发生的事故所带来的或潜在的环境损失降到最低，但这毕竟是一种被动的补救性措施。要真正实现环境保护目标，最聪明同时也是最为有效的方法就是开展事故预防，即尽量将事故发生概率降到最低水平。为此呼吁，在目前传统型的水上安全监督管理体制基础上，建立起技术先进、结构合理、功能完善的水运事故防御系统〔8〕，将环境工程、水运工程和信息技术相结合，以加强国家事故预防及应急反应的综合实力。
4 船舶大气污染
4.1 污染现状
当前，世界贸易海运量的97%由排水量超过4亿总吨的8万艘船舶承担，能量消耗约占世界总消耗的3%，船舶造成的污染约占全球污染量的3%～7%。船舶产生的废气主要有NOx、SOx、COx、VOC等，这些废气会对大气环境和人体健康产生危害。例如：NOx会引起肺气肿、酸雨和烟雾，与VOC在一定的环境条件下产生光化学反应二次影响；SOx会引起酸雨，对植物生长有严重危害；而CO会降低人体和动物的血液输氧能力。此外一些船舶用制冷剂和灭火装置含有氟氯烃，对平流层中的臭氧层具有破坏作用。
据挪威向IMO提供的资料，船舶年排放NOx 602万吨，占世界排放总量7%；SOx 634万吨，约占世界排放总量的4%；COx年排放量约为124万吨，占世界排放总量的2%；VOC年排放38万吨。从国内外的调查情况来看，由船舶造成的大气污染已经到了不能忽视的地步，给船舶内部环境和外部环境带来日益严重的影响，特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区，船舶排放的废气甚至是该地区的主要污染源。例如：挪威船舶排放的SOx和NOx分别占该国相应污染物总量的17%和40%；美国加州船舶排放的SOx和NOx分别占该地区相应污染物总量的40%和12%。由此可见，船舶排放的有害气体对当地大气环境的污染已经相当严重。在我国，虽然也对船舶排放的有害气体进行过调查测试，可大多数是单船测试，对于象青岛、上海、大连等船舶众多和航线密集的港湾，船舶排放的气体所造成的环境污染尤其应引起重视〔9〕。
4.2 关于防止船舶大气污染国际公约
在1995年9月召开的IMO第37次环保会(MEPC37)上，在MARPOL 73／78国际公约原有的5个附则的基础之上，又增加了附则Ⅵ—防止船舶大气污染规则，并于1997年7月正式通过〔10〕。附则Ⅵ适用于所有除游艇和渔船以外的、总吨大于500吨的货轮。整个附则分为两章共计19条规则，并附有4个附录。IMO防止船舶大气污染的目标是：到2000年，将船舶NOx排放量削减到现今水准的70%，SOx排放量削减到现今水准的50%，另外对VOC、CFCs、卤化物等都提出了具体的削减目标。
4.3 防治对策
4.3.1 早日具备加入附则Ⅵ的条件
我国作为MARPOL公约缔约国，世界航运和造船大国，应早日加入并严格执行MARPOL公约附则Ⅵ。然而面对IMO的严格规则，我国因技术和经济等方面的原因尚不具备加入附则Ⅵ的条件。为了能使中国的远洋船能顺利通过或进入附则Ⅵ已开始生效的国家和地区，并对进入中国境内的各国船舶排放进行控制，我国应尽快组织制定并实施适合本国国情的有效对策，使国家早日具备加入附则Ⅵ的技术和经济条件。
4.3.2 制定我国防止船舶污染大气的有关政策法规
对我国船舶排放废气状况，特别是一些重点污染区域和船舶设备进行广泛的、有针对性的调查研究，根据我国经济和交通运输的发展规划，对船舶大气污染状况进行滚动预测，明了污染状况，制定相应的环境经济政策和污染控制法规，以便加强宏观、微观调控和监督管理。
4.3.3 开展船舶废气防治研究和环境教育
船舶废气防治是摆在水运大气环境保护和可持续发展面前的新课题，有待加强相关科技和教育的投入。为此应借鉴发达国家经验，结合我国实际情况，有针对性地开展研究，加强船舶制造和管理人员环境培训，以利于新型环保船舶的科技创新，和有关政策法规的顺利实施。
5 结论
水路运输方式能源消耗和大气环境影响较小，是首选的解决交通运输大气环境问题的替代运输方式，但其固体、液体散货储运和船舶运输中的大气污染问题不容忽视；要解决这些问题，需要以健全、完整、严格的政策法规体系依据，全面贯彻清洁生产原则，从改进和创新工艺设备入手，辅以环境规划，模拟预测、监测、评价和管理等技术手段，并与有关国际公约接轨；为此需要加大水运工程大气环境保护技术和资金的投入，并对有关的科学研究和环境教育及管理给予必要的支持。
作者简介：第一作者乔冰，女，1960年出生，博士研究生，副研究员，中国环境学会大气环境分会委员。国内外发表学术论文18篇。
作者单位：交通部水运科学研究所 北京100088
6 参考文献
1 温惠清.秦皇岛港大气环境质量分析.交通环保，1995(5)：16-17
2 褚家成，刘敏燕.JT型化学抑尘剂及其应用研究.交通环保，1992(6)：1-6
3 沈熹.防风网防尘技术在露天煤堆场的应用研究现状及对发展我国防风网防尘技术的建议.交通环保，1995(3)：22-25
4 乔冰.港口煤尘污染模拟预测系统的研究.水运科学研究所学报，1993(4)：19-28
5 乔冰，李深，吴卓智，等.石油码头光化学反应现场试验的研究.第六届全国大气环境学术会议论文摘要集，1995，15
6 乔冰，李深，张秀芝.水运工程环境影响评价的研究.水运科学研究所学报，1996(4)：30-37
7 Qiao Bing.A Case Study of Atmospheric Environmental Assessment of Petro Chemical Terminal Projects.6th International Conference on Atmospheric Science and Application to Air Quality,1998
8 Qiao Bing.Intelligent Supporting System for Prevention and Emergency Response of pollution Accident in Marine Transportation. In:Proceedings of the 1997 IEEE International Conference on Intelligent Processing Systems.
北京：万国学术出版社，ISBN7-8003-410-0，Vol.Ⅱ，1673-1677
9 周新民.船舶废气排放现状及限制规则动态.造船技术，1996(3)：11-14
10 劳辉.国际海事组织海上环保委员会第38届会议情况.交通环保，1996(6)：40-44
收到修改稿日期：