非道路移動機(jī)械排放污染的控制和治理研究

項(xiàng)雅靜 陳佳昊 王東方

摘要：隨著城鄉(xiāng)基礎(chǔ)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，中國非道路移動機(jī)械的產(chǎn)量、保有量與使用量不斷增加。2020年非道路移動源顆粒物和氮氧化物排放量分別為機(jī)動車的3.5倍和0.75倍，相關(guān)防治策略研究亟待加強(qiáng)。中國非道路移動機(jī)械國四排放標(biāo)準(zhǔn)明顯受嚴(yán)顆粒物排放限值，但氮氧化物限值仍與歐美標(biāo)準(zhǔn)存在差距。為有效實(shí)現(xiàn)非道路移動機(jī)械減排，有必要在新生產(chǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)升級，在用機(jī)械奎鏈條管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)管、油品質(zhì)量管理和老舊機(jī)械升級改造等方面形成防治策略。

關(guān)鍵詞：非道路移動機(jī)械；排放標(biāo)準(zhǔn)；污染防治

中圖分類號：X32 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1非道路移動機(jī)械概述與排放污染治理需求

非道路移動機(jī)械主要是指不在道路上行駛的自驅(qū)動移動式機(jī)械設(shè)備和可運(yùn)輸工業(yè)設(shè)備，種類繁多，分布廣泛。包括但不限于推土機(jī)、挖掘機(jī)、裝載機(jī)等工程機(jī)械，拖拉機(jī)、收割機(jī)、農(nóng)用運(yùn)輸車等等農(nóng)用機(jī)械，叉車、拖車等場（廠）內(nèi)和港口作業(yè)機(jī)械以及工業(yè)鉆探設(shè)備、機(jī)場地勤設(shè)備等。多分布在國防建設(shè)、交通運(yùn)輸和能源工業(yè)施工工地，物流園區(qū)和工礦企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營區(qū)域，港口、碼頭、機(jī)場和鐵路貨場等區(qū)域。

非道路移動機(jī)械與船舶、鐵路內(nèi)燃機(jī)車和飛機(jī)等移動式大氣污染源同屬于非道路移動源，非道路移動源與汽車、摩托車和三輪汽車等道路車輛同屬于移動污染源。非道路移動機(jī)械用發(fā)動機(jī)與道路車輛相比，具有使用功率范圍廣、作業(yè)環(huán)境差、隨機(jī)性強(qiáng)、油品質(zhì)量低等特點(diǎn)，更容易產(chǎn)生大氣污染排放且更難監(jiān)管。相關(guān)研究表明，非道路移動源排放的顆粒物（PM）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO2）、碳?xì)浠衔铮℉C）等物質(zhì)在移動源中占比達(dá)到12%-27%。根據(jù)《中國機(jī)動車環(huán)境管理年報(bào)（2021）》的統(tǒng)計(jì)，2020年中國非道路移動源SO2、HC、NO2和PM四項(xiàng)污染物排放總量分別為16.3萬噸、42.5萬噸、478.2萬噸、23.7萬噸，除SO2同比2019年升高2.52%外，HC、NO2和PM均同比略有下降，降幅分別為2.30%、3.06%和1.25%。在各類污染物中，非道路移動機(jī)械的NO：排放量與機(jī)動車的排放量相當(dāng)（626.3萬噸），PM排放量明顯高于機(jī)動車的排放量（6.8萬噸），農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械和船舶為非道路移動機(jī)械NO2和PM的主要貢獻(xiàn)源（如圖1所示），NO2占比分別為34.9%、31.3%和29.9%，PM占比分別為38.8%、32.5%和25.7%。非道路移動源是大氣污染排放NO2和PM等污染物的關(guān)鍵來源，一方面對霧霾的形成起到重要作用，另一方面在長時(shí)間的光照作用下，產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）和臭氧（O3）等二次污染物，將直接或間接威脅人類的身體健康，嚴(yán)重的可能會引起肺氣腫、支氣管炎等重大疾病。

目前，中國機(jī)動車已執(zhí)行國六排放標(biāo)準(zhǔn)，且油品質(zhì)量升級和黃標(biāo)車淘汰等污染防治力度較大，排放控制成效明顯。但是在用非道路移動機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)參差不齊，以嘉興市已編碼登記的非道路移動機(jī)械為例，在用非道路移動機(jī)械中達(dá)到國三排放標(biāo)準(zhǔn)、國二排放標(biāo)準(zhǔn)和國一排放標(biāo)準(zhǔn)的比例分別為40.2%、29.5%和16.3%，但仍另有14%的機(jī)械無法判定其排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也無法判定機(jī)械的基本使用年限長，而技術(shù)的老舊狀況直接影響機(jī)械的劣化速度和排放貢獻(xiàn)。隨著2018年發(fā)布《非道路移動機(jī)械污染防治技術(shù)政策》，2020年發(fā)布《非道路柴油移動機(jī)械污染物排放控制技術(shù)要求》，中國非道路移動機(jī)械及其裝用的柴油機(jī)的更新?lián)Q代進(jìn)程加快，同時(shí)意味著中國非道路移動機(jī)械的管控重點(diǎn)將由增量管控向存量管控和在線監(jiān)控轉(zhuǎn)變，也體現(xiàn)了國家減少非道路移動源污染排放的決心。在環(huán)境管理方面，為了進(jìn)一步拓展移動源減排范圍，挖掘非道路移動機(jī)械污染防治潛力，有必要深入開展相關(guān)污染防治研究。

2國內(nèi)外非道路移動機(jī)械減排管理現(xiàn)狀

全球氣候變化和城市空氣污染等問題正在對人類文明和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成重要挑戰(zhàn)。在非道路移動機(jī)械污染排放控制方面，由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)已日趨完善且短時(shí)間內(nèi)不會有技術(shù)性變革，從發(fā)達(dá)國家制定和執(zhí)行內(nèi)燃機(jī)動設(shè)備等工程機(jī)械的排放法規(guī)經(jīng)驗(yàn)來看，通過提升排放標(biāo)準(zhǔn)倒逼機(jī)械結(jié)構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)升級來減少NO2和HC等污染物的排放量，是控制排放和提升環(huán)境質(zhì)量的最有效方法之一，環(huán)境收益顯著。

從上世紀(jì)60年代美國就率先提出了控制車輛尾氣排放的凈化空氣法案，以加州為代表開始限制新生產(chǎn)的民用車尾氣排放，同時(shí)限制非道路發(fā)動機(jī)PM總排放量控制，嚴(yán)格管控各類工程機(jī)械尾氣排放以及發(fā)動機(jī)排放，并在1970年通過了“凈化尾氣法”，同年12月成立了美國國家環(huán)保局（EPA），屬于直屬聯(lián)邦政府的獨(dú)立機(jī)構(gòu)。歐洲和日本也在70年代相繼制定出臺了相應(yīng)的排放控制標(biāo)準(zhǔn)，開始實(shí)施較為嚴(yán)格的排放限值。從上世紀(jì)90年代開始，世界各國先后制定了不同的非道路移動機(jī)械技術(shù)指南和排放標(biāo)準(zhǔn)。美國非道路移動機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)的第一部法規(guī)Tierl于1994年提出，1996年-2000年逐步實(shí)施。2000年-2008年Tier2和Tier3逐步生效。2004年EPA簽署引入Tier4排放標(biāo)準(zhǔn)，并于2008年-2015年期間生效，即美國現(xiàn)行的非道路移動機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)。1997年，歐盟發(fā)布關(guān)于非道路移動機(jī)械的第一部法規(guī)（Directive97/68/EC），該法規(guī)分為StageI和StageⅡ（以下簡稱歐I和歐Ⅱ）兩個(gè)階段。歐I于1999年實(shí)施，歐Ⅱ于2001年- 2004年在歐盟各成員國相繼實(shí)施。2004年通過歐Ⅲ和歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)（Directive2004/26/EC），又于2005年2月21日發(fā)布了針對農(nóng)用和林業(yè)機(jī)械的排放標(biāo)準(zhǔn)修訂版。歐Ⅲ被分為ⅢA和ⅢB兩個(gè)階段，于2006年-2013年逐步實(shí)施。更加嚴(yán)格的歐Ⅳ和歐V排放標(biāo)準(zhǔn)分別在2014和2019年實(shí)施。各國通過不斷更新實(shí)施更加嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)，逐步降低了排放限值，有效減少了污染物的排放。

由于非道路移動機(jī)械用發(fā)動機(jī)相較于道路車輛更難監(jiān)管，中國上世紀(jì)對各類工程機(jī)械的污染排放的監(jiān)管相對較為松散。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著房地產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步興起和基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，工程機(jī)械的保有量大幅增加，對環(huán)境的影響日趨顯著，也對居民的健康造成極大隱患。中國以減污降碳協(xié)同增效推動綠色節(jié)能發(fā)展，環(huán)境污染減排防控戰(zhàn)略地位日益突出，車用發(fā)動機(jī)國一標(biāo)準(zhǔn)于2001年7月全面實(shí)施，而非道路移動機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施日期同比相對滯后，行業(yè)環(huán)保要求逐漸收緊，國一、國二、國三及國四標(biāo)準(zhǔn)分別從2007年10月、2009年10月、2016年1月、2022年12月開始實(shí)施，北京地區(qū)提早于2021年12月實(shí)施國四標(biāo)準(zhǔn)。相比國三標(biāo)準(zhǔn)，國四標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是37-560 kW功率段的發(fā)動機(jī)都要求加裝廢氣后處理設(shè)備，與國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相比，中國非道路移動機(jī)械尾氣的NO2排放限值仍相對寬松，PM排放限值則已與歐美標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)（如圖2所示）。據(jù)北京市生態(tài)環(huán)境局細(xì)顆粒物源解析結(jié)果顯示，本地排放中移動源貢獻(xiàn)占45%（非道路移動機(jī)械占移動源的14%），通過提前實(shí)施《非道路機(jī)械國四標(biāo)準(zhǔn)》限制新增非道路移動機(jī)械排放，單臺機(jī)械減排效益可達(dá)20%左右，將有效促進(jìn)空氣質(zhì)量改善。

3非道路移動機(jī)械排放控制措施及治理對策

3.1新生產(chǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)升級

針對中國非道路移動機(jī)械應(yīng)用范圍廣，保有量大等特征，相關(guān)環(huán)保部門應(yīng)考慮城鄉(xiāng)差異，結(jié)合國內(nèi)各個(gè)地區(qū)的生產(chǎn)、道路、擴(kuò)散條件等實(shí)際情況，做好機(jī)械油耗的控制，制定因地制宜的非道路移動機(jī)械動力技術(shù)指標(biāo)和排放標(biāo)準(zhǔn)，淘汰落后產(chǎn)能，做好小型機(jī)械的環(huán)保升級，降低單機(jī)排放量。國內(nèi)的相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)也應(yīng)提高自主研發(fā)能力，加大技術(shù)儲備，同時(shí)積極引進(jìn)國外先進(jìn)工業(yè)設(shè)備制造公司的新技術(shù)，結(jié)合新型材料，生產(chǎn)和推廣以天然氣發(fā)動機(jī)和柴油一電力驅(qū)動為代表的環(huán)境友好型非道路工業(yè)機(jī)械，提高企業(yè)自身在國內(nèi)外更高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)下的競爭力。

3.2在用機(jī)械全鏈條管理

政府牽頭出臺完善統(tǒng)一的非道路移動機(jī)械從生產(chǎn)、銷售、租賃、使用、淘汰全鏈條的管理制度，各個(gè)市、區(qū)管理部門對記錄在冊的非道路機(jī)械施行定期的運(yùn)行記錄收集和排放檢測，增強(qiáng)政府各部門在非道路機(jī)械上的監(jiān)管力度和職責(zé)劃分。各級管理部門在非道路機(jī)械的注冊、人員登記以及環(huán)保審核，執(zhí)行國家階段性排放標(biāo)準(zhǔn)和排放限值。在工程施工方面，從源頭上提高非道路機(jī)械準(zhǔn)人標(biāo)準(zhǔn)，特別是重點(diǎn)市政工程和民生工程，嚴(yán)格限制排放不達(dá)標(biāo)工程機(jī)械的使用。制定非道路移動機(jī)械的尾氣排放檢驗(yàn)技術(shù)指南，參照機(jī)動車實(shí)施年檢制度管理，建立非道路移動源環(huán)保檢驗(yàn)信息監(jiān)管平臺，定期對非道路移動機(jī)械進(jìn)行檢驗(yàn)，并將檢驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳管理部門。探索非道路移動機(jī)械的檢測與維護(hù)（I/M）制度，將檢驗(yàn)不合格的機(jī)械納入尾氣排放治理閉環(huán)管理，杜絕尾氣治理弄虛作假。通過宣傳教育提高居民的環(huán)保意識，積極反饋明顯的偷排、超排。加大監(jiān)管部門的執(zhí)法力度和監(jiān)管機(jī)械出租公司和個(gè)體使用者的違規(guī)行為。

3.3在用機(jī)械遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)管

根據(jù)2021年中國統(tǒng)計(jì)年鑒，中國建筑施工機(jī)械保有量達(dá)到816.64萬臺，農(nóng)用機(jī)械擁有量達(dá)到477.27萬臺，還有3.72億的機(jī)動車，但目前監(jiān)管隊(duì)伍僅幾千人，為了有效監(jiān)管移動源，有必要采用大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式。各地環(huán)境部門、車管所等通過定期檢查監(jiān)測、加裝傳感器、監(jiān)控抓拍、衛(wèi)星監(jiān)測、氣體熱成像等方式，對非道路機(jī)械進(jìn)行全方位的監(jiān)測管理。通過加裝傳感器，管理部門可以實(shí)時(shí)匯總非道路機(jī)械的運(yùn)行軌跡和排放情況，依據(jù)機(jī)械的實(shí)時(shí)信息，綜合判斷整個(gè)地區(qū)所有機(jī)械的實(shí)際排放狀況、各項(xiàng)排放控制策略是否有效運(yùn)行和排放相關(guān)故障是否及時(shí)維修等信息。在非道路移動機(jī)械出廠檢查和定期年檢時(shí)，可以利用固定式或車載式尾氣監(jiān)測設(shè)備對車載終端進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)，確保每臺機(jī)械終端檢測的有效性，提高統(tǒng)一監(jiān)測管理平臺的準(zhǔn)確性。

3.4加強(qiáng)油品質(zhì)量管理

加速制訂各類油品的硬性標(biāo)準(zhǔn)，保證機(jī)械所用油品達(dá)標(biāo)。從2019年1月1日起，全國自2011年實(shí)行的普通柴油標(biāo)準(zhǔn)被取消，將原車用柴油、普通柴油、部分船舶用油的標(biāo)準(zhǔn)合并，并全面供應(yīng)現(xiàn)國六標(biāo)準(zhǔn)的車用汽柴油。需要在全國范圍內(nèi)供應(yīng)符合國六標(biāo)準(zhǔn)的車用柴油，同時(shí)加強(qiáng)油品生產(chǎn)、銷售、儲存和使用環(huán)節(jié)的執(zhí)法監(jiān)管，禁售不符合標(biāo)準(zhǔn)的柴油，尤其是對于重點(diǎn)區(qū)域。

3.5老舊機(jī)械升級改造

由于非道路移動機(jī)械的使用壽命較長，依據(jù)舊排放標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的機(jī)械保有量較大，零件存量較多，價(jià)格較貴，強(qiáng)制報(bào)廢老舊非道路移動機(jī)械，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)極大，也會延誤現(xiàn)有工程項(xiàng)目。因此有必要根據(jù)老舊產(chǎn)品的排放水平，采用企業(yè)負(fù)擔(dān)相對較小的排放治理措施。根據(jù)目前的減排工藝和排放標(biāo)準(zhǔn)，以下三種治理措施較為可行：

（1）對噴油泵進(jìn)行參數(shù)調(diào)整或整體更換：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠但實(shí)際減排效果上限較低。

（2）加裝如EGR、SCR等降NO2系統(tǒng)、DOC等催化轉(zhuǎn)化器或DPF等顆粒物捕集器。市面現(xiàn)有的的機(jī)械尾氣后處理產(chǎn)品主要分主動式與被動式。主動式治理的費(fèi)用較高，主要應(yīng)用于產(chǎn)值較高且具備安裝空間的道路車輛。被動式治理，則是依據(jù)柴油機(jī)機(jī)械特性，人為劃分不同功率段，不同的機(jī)械依據(jù)功率大小，采用不同的減排技術(shù)和裝置，盡量壓縮成本，如37 kW以下功率段的柴油機(jī)，在未改變原有技術(shù)工藝的情況下，只需要優(yōu)化進(jìn)氣系統(tǒng)和燃油混合系統(tǒng)，就能達(dá)到相對顯著的排放控制效果，而其額外的生產(chǎn)成本幾乎為零。

（3）更換同功率段的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)或符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油發(fā)動機(jī)。更換先進(jìn)的柴油機(jī)價(jià)格較昂貴，而采用柴改氣產(chǎn)品可有效降低煙度，且價(jià)格較為合適。（見表1）

4結(jié)語

綜上所述，隨著中國城市基建、鄉(xiāng)村改造的大力推進(jìn)，第三產(chǎn)業(yè)機(jī)械化的巨大需求，近年來中國非道路移動機(jī)械產(chǎn)量、保有量與使用量不斷增加，非道路移動機(jī)械的社會使用范圍和數(shù)量還會進(jìn)一步擴(kuò)大，亟需正視和逐步解決其造成的環(huán)境問題。對比中國與歐美工程機(jī)械的污染排放標(biāo)準(zhǔn)，中國的PM排放限值已與歐美標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)，但NO2仍存在一定差距，有必要結(jié)合發(fā)展實(shí)際逐步提升新生產(chǎn)機(jī)械排放限值。通過增強(qiáng)個(gè)體經(jīng)營者的環(huán)保意識，進(jìn)一步升級企業(yè)技術(shù)，改造老舊產(chǎn)品，提升綜合競爭力。環(huán)境保護(hù)主管部門實(shí)施在用機(jī)械生產(chǎn)、銷售、租賃、使用和淘汰的污染防治全鏈條管理，保證機(jī)械所用油品達(dá)標(biāo)，并同時(shí)推動在用機(jī)械的在線監(jiān)控、診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的運(yùn)用和推廣。