治理空气污染 北京借鉴旧金山

时间:2014-02-12

文章来源:http://www.chinadialogue.org.cn/article/show/single/ch/6707-San-Francisco-s-4-year-battle-against-air-pollution

梁英振

07.02.2014

旧金山40年控制臭氧水平的努力可以为中国抵御PM2.5污染提供很多实用的经验教训。北京和旧金山都面临着高成本生活带来的城市挑战,尤其是住房、交通拥挤、社会行动主义,以及日益悬殊的贫富差距。这两座城市除了规模不相上下,也都处于群山环抱的环境中,因此都很可能遭受严重空气污染。表一是两地的基础人口与经济情况对比。

旧金山湾区

大北京城市区

9县101城镇 16区289乡镇
约720万人 约2000万人
约550万辆汽车 约520万辆汽车
陆地面积约1.8万平方公里 陆地面积约1.68万平方公里
3个大城市中心 1个大都市中心
3 个较大机场 1个非常大的机场
大型的以知识为基础的经济 大型的多样化经济
区域GDP:约4000亿美元 区域GDP:约2480亿美元
人均GDP:约4.5万美元 人均GDP:约1.25万美元

表一:北京和旧金山的区域对比

尽管有许多近似之处,但两地在空气质量上截然不同,尤其是臭氧和PM2.5的指数上。北京的臭氧和PM2.5污染(特别是PM2.5水平)在世界上是最严重的,而旧金山的臭氧和PM2.5水平在人口稠密的城市地区却是最低的。

但是,旧金山地区也曾经深受严重的臭氧、颗粒物和PM2.5污染之害,尤其是在上世纪六七十年代。如今倍加清新的空气是四十年全面空气污染控制的结果。弄清楚旧金山如何成功做到这一点,将对北京和其他面临臭氧、颗粒物和PM2.5严重空气污染的城市提供宝贵的借鉴。臭氧和PM2.5污染有很多共同特征。尽管PM2.5污染自有其主要来源,但这两种污染物都是通过前体物排放(precursor emission)的次级反应产生的。因此,臭氧的前体物,也就是挥发性有机化合物和二氧化氮的排放,同样也是PM2.5颗粒物的前体物。通过减少挥发性有机化合物和二氧化氮的排放来减少臭氧,同样也能让PM2.5排放得到控制。

最初措施

旧金山污染问题最早的应对措施是当地的行动。他们在1955年建立了湾区空气污染控制区(BAAPCD),两年后的1957年又通过了第一个禁止在垃圾场和废料场进行露天焚烧的法规。旧金山地区之所以开始出现政府性的空气污染控制措施,主要原因就是严重的颗粒物污染。

接下来的重要一步是一项全国性的措施。美国的现代空气污染控制行动的起点是1970年的《清洁空气法案修正案》(亦称为《1970年清洁空气法案》)。现在的美国环保署(EPA)也成立于1970年。

由于《1970年清洁空气法案》的严格要求,为了达到国家空气质量标准,上世纪七十年代初旧金山地区开始制订强制性的“州实施计划”(SIP),这为该地区的空气质量策略奠定了基础。

早期为臭氧制定的空气质量控制策略

七十年代,旧金山地区最严重的空气污染问题是臭氧。六十年代末,旧金山地区的臭氧每年几乎超标百倍。臭氧是一种复杂的二次污染物,是活性烃和二氧化氮在阳光下发生光化反应的产物。

为了减少臭氧,人们必须把减少污染物措施的矛头指向臭氧的前体物,也就是活性烃(也称为挥发性有机化合物)和二氧化氮的排放。因此,从七十年代直到今天的40多年里,旧金山地区主要的空气污染控制措施一直都是从所有可能的源头减少挥发性有机化合物和二氧化氮的排放。

于是,这里就出现了两地的另一个相似处。北京和旧金山都很容易产生臭氧或光化烟雾。比如,2008年北京奥运会期间为了提升空气质量而实施的“蓝天运动”,很大程度上是一个旨在通过减少挥发性有机化合物和二氧化氮排放来降低臭氧水平的策略,排放源则包括汽车、发电厂、工业排放源、建筑施工等等。

旧金山地区的臭氧控制策略包括一个持续的计划过程,以及一套不断发展的控制计划监管制度。每项计划都包括一套区域性控制措施,比如更严格的汽车排放标准、车辆检测与维护要求、各种工业控制、燃料标准等。每过五年左右,就要准备对计划进行升级,增加新的控制措施,修订老的措施,并消除或搁置一些措施。

每一个提出并被纳入州实施计划中的措施都必须进行成本分析、技术有效性和可行性评估,并制定执行进度表。毫不意外,七八十年代的大多数工业控制法规都是适用于大型企业的,如化工厂、炼油厂、汽车制造厂、发电厂等。对于具体的产业,美国国家环境保护局、加州和旧金山政府,要求其采用合理可用的控制技术(RACT)或者最佳可行控制技术(BACT)。与此类似,机动车辆的控制是从私家车开始的,因为其数量众多。加州制订了比美国国家环境保护局更加严格的汽车排放标准,要求为加州生产世界上最清洁的汽车。为了落实这些严格的标准,加州还要求在用车进行年检和维护,以确保私家车在其整个使用期间都能达到严格的废气排放标准。

依靠七八十年代执行的州实施计划和控制措施,旧金山地区臭氧超标的频度和强度(即峰值)都有所下降。时至今日,旧金山臭氧超标的频度已经比当时的每年70—90次又降低了一半,即只有每年35—45次。尽管这是一个显著的进步,但仍然难以达到《清洁空气法案》的要求。

气象因素在确定臭氧水平时也非常重要。两个污染物排放水平大体相同的年份,(由于气象因素差别),其监测到的臭氧、颗粒物和PM2.5峰值可能大相径庭。

不断发展的臭氧空气质量控制策略:
90年代及21世纪初

上世纪九十年代和本世纪最初几年升级后的州实施计划继续把重点放在减少挥发性有机化合物和二氧化氮的排放上。由于旧金山地区独一无二的光化学条件,臭氧计算机模型表明通过控制挥发性有机化合物排放来降低臭氧水平比控制二氧化氮排放更加有效。由于每个地区的不同特性,臭氧水平并不会随着挥发性有机化合物和二氧化氮排放的减少发生非线性降低。因此,七八十年代旧金山地区大概有50%的人造挥发性有机化合物得到控制(从每天约1500吨减少到约750吨)。得到控制的二氧化氮则要少得多,仅有20%,即从每天约1000吨减少到约800吨。

由于旧金山地区的特殊情况,挥发性有机化合物和二氧化氮的自然排放量同样可能很大。但是,由于其性质,对于自然排放量很难做出可靠的估计。尽管在大多数排放清单上都有估值,但其中存在很大的不确定性。出于规划的目的,大多数研究都假设长期的自然排放是相对恒定的,而且很难(如果说并非不可能的话)依靠人为干涉来控制。

七八十年代的基础控制策略严重依赖合理可用的控制技术和最佳可行控制技术来控制大型固定污染源,如发电厂、工业和制造业企业、加州机动车排放标准(汽车)以及对车辆的定期检测和维护。尽管污染控制措施的重心是尽可能减少挥发性有机化合物排放和部分二氧化氮排放,但同时二氧化硫、一氧化碳和颗粒物排放也会显著减少。因此,对挥发性有机化合物和二氧化氮的大力控制所带来的额外收益就是同时减少颗粒物、PM10和PM2.5。

为了进一步控制挥发性有机化合物和二氧化氮排放,以便降低臭氧水平,旧金山又采取了下列几个方法。

1.进一步控制七八十年代划出的固定排放源;
2.为更加清洁的新汽车降低加州机动车排放标准;
3.为其它类型的机动交通工具制定新的或更加严格的排放标准,如公共汽车、重型卡车、摩托车、船只、火车、飞机和越野车;
4.为改良(即低污染物排放)燃料制定规格;
5.为小型汽油动力设备制定排放标准,如割草机、园艺设备、发电机、链锯;
6.为作为挥发性有机化合物排放源的中小企业制定法规;
7.落实交通控制措施,改善交通流、拼车、增加公交利用;
8.在臭氧水平可能较高的日子启动间歇控制计划。

上述新增方法合在一起,大大减少了整个旧金山地区的挥发性有机化合物和二氧化氮的排放,进一步改善了空气质量。这些计划影响了成千上万的企业,并吸引整个地区的参与。旧金山通过报纸、电视、广播和网络等大众教育方式,呼吁每个人都参与到净化空气的地区行动中去。

随着新控制技术的出现,旧金山也为特定的产业制定了更严格的法规。因此,一家工厂如果在七十年代已经实现了85%的污染物减排,在九十年代就必须再减排67%。这样一来,这家工厂与最初未治理时相比,已经实现了95%的污染物减排。

这一管制方式带来了若干积极结果。大型固定污染源在地区空气污染问题中的比重在缓慢而稳定地下降;控制效果上不间断的技术改进使大型企业得以继续升级其控制设备和流程。许多企业都能适应更加严格的法规,由于新流程常常能够提高企业的生产率,一些企业因此而兴旺发达。有时,额外的污染控制成本能够被提高的生产率抵消。还有一些企业无法适应新法规,最终关门,或者迁出旧金山,搬到那些管制环境较宽松的州或国家。如今旧金山的制造业和工业活动已经少于四十年前,地区经济已经向着更加以知识为基础以及更清洁的产业转型。