日本氮氧化物总量控制带来哪些启示?
为推进我国氮氧化物的总量控制工作，加强中日双方在此领域的交流与合作，受日本环境省的邀请，环境保护部污染物排放总量控制司组织中国环境科学研究院、环境保护部环境规划院及清华大学的专家一行6人，于2009年12月1日~5日赴日本考察氮氧化物的总量控制情况。这次考察带给我们不少有益的启示，日本的一些经验值得我国借鉴。
日本氮氧化物总量控制法规和政策体系
日本从20世纪60年代进入经济迅速发展时期，氮氧化物污染问题越来越突出，为此出台了多个有关氮氧化物总量控制的政策和法规。
(一)法规体系
日本具有比较完备和规范的环境法规标准体系，并依据经济发展需要和环境污染主要矛盾及其变化情况，适时地制定、调整和完善相应的环境保护法规和标准。日本环境保护的基本法规为《环境基本法》，它规定了国家对环境保护的基本管理制度和措施，确立了对整体环境(包括环境污染、生态环境、自然资源等)进行保护的法律框架。在《环境基本法》中，涉及氮氧化物控制的法规主要有《大气污染防止法》和《汽车氮氧化物、PM法》。
(二)控制标准
日本于1973年制定了有关二氧化氮的环境标准，同时在《大气污染防止法》中根据烟气排放设备种类不同设定了不同的排放标准。至1983年先后5次修订，排放限制不断加严。在移动源氮氧化物排放标准方面，日本从1966年开始对汽车排放进行控制，1971年在《大气污染防止法》中增加了机动车氮氧化物排放控制指标，根据机动车类型、短期目标和长期目标规定了不同的限值。日本机动车排放法规限值分最高值和平均值两种。其中，每一辆车的排放量不得超过最高值，每一个季度测得的各辆车的平均值不得超过排放法规规定的平均值限值。1981年，日本将氮氧化物增加为总量控制指标。
(三)公害防止协定
日本《大气污染防止法》规定，地方政府可以根据当地的环境质量状况及具体要求与污染物排放者签订公害协议，确定污染防治的措施和发生污染事故时的应急对策。可以规定比国家更严格的排放控制要求和排放标准，规定了污染物排放者必须采用最新的污染防治技术和对污染的区域防治应承担的义务。在日本，《公害防止协定》与法律和地方条例并列成为第三种防治污染的强有力的行政控制手段，充分发挥了地方在实施污染控制时的主动性。
(四)氮氧化物总量控制
日本氮氧化物总量控制采用的是重点控制区域与重点排放源相结合的技术路线。1981年，日本在工厂密集的东京都、神奈川县、大阪府三大地区对氮氧化物固定源实施了总量控制之后，氮氧化物污染得到一定控制，但大都市二氧化氮的环境空气质量达标率仍旧较低。1992年，日本实行了机动车氮氧化物总量控制，实施了改进车辆行驶状态及对车型进行限制的措施。实行机动车氮氧化物总量控制后，到2005年总量控制区内氮氧化物的排放量比1997年下降了32％，空气质量得到明显改善。
日本制定氮氧化物总量控制目标以二氧化氮浓度达标率作为依据，由地方政府利用模型模拟出这一地区环境达标所允许的排放总量和削减总量，据此制定总量削减计划和总量控制标准，并将排放总量和削减量指标分配给各排污单位。
总量控制目标是否完成，主要依据区域的环境质量是否达到大气环境质量标准来判定。日本环境省一般只负责对地方政府的技术指导和资金支持，由地方政府具体负责核定总量控制目标的完成情况，结果向环境省报告。2010年是目标考核年，从现在的初步评判结果看，东京都部分地区今年可能无法完成总量控制目标，地方政府部门正在采取相应的应对措施。
企业实施的氮氧化物控制技术及管理情况
(一)火电行业氮氧化物控制已处于世界领先水平
日本火电厂发电量仅次于美国和中国，居世界第三位，其中燃煤发电量占总发电量的比例约为27％。日本大气污染物排放标准规定的对象是超过某一量值的烟气量，当烟气量小于70万Nm3/h时，燃煤火力发电锅炉的氮氧化物最高允许排放浓度为250ppm(513mg/Nm3)，当烟气量大于70万Nm3 /h时，最高允许排放浓度为200ppm(410mg/Nm3)。随着火电行业氮氧化物排放控制技术的发展与进步，到2000年以后，燃煤火力发电厂氮氧化物的实际排放水平已降至20ppm(41mg/Nm3)以下。
碧南火力发电厂的总装机容量为410万千瓦，一直保持着去除二氧化硫、氮氧化物的世界最高水平，单位发电量二氧化硫排放量为0.06克/千瓦时，氮氧化物的排放量为0.09克/千瓦时，仅为日本平均水平的30％。其对氮氧化物等污染物的排放采取全过程控制，主要措施有3种:对使用的煤炭进行严格配比，保证煤炭含氮率在0.7％~2.2％之间；投入大量资金和技术对污染物进行处理。如采用石灰石—石膏湿法、低氮燃烧技术、干法催化还原和静电除尘法对 100％的烟气量进行脱硫、脱硝和除尘处理，氮氧化物去除效率达到90％以上；通过提高热效率和减少电力传输与分配中的损失来减少发电的能源消耗，既节约了能耗，又有效降低了二氧化硫、氮氧化物等的排放。
电源公司矶子火力发电厂的一号、二号发电机组分别在1967年和1969年投产。在一号机组投入运行前，电源开发株式会社在1964年12月与矶子火力发电厂所在的横滨市签署了《公害防止协定》。企业与地方政府通过事先签署协定来防止公害，在当时的日本尚属首例，这种方式被称为“横滨方式”。地方政府为确保当地居民的健康，规定其氮氧化物的排放值应小于13ppm，严于国家规定的200ppm。矶子火力发电厂氮氧化物控制主要采用的是二级燃烧方式、低氮氧化物燃烧器和干式排烟脱硝装置，去除率达85％以上。同时，安装了日本国内首个干式排烟脱硫装置，主要采用活性炭吸附法，在脱硫环节仍有去除氮氧化物的作用，脱除效率达30％。
(二)水泥窑氮氧化物减排技术已经成熟
日本水泥窑氮氧化物的控制技术主要为低氮燃烧技术，第一种是在水泥窑头应用低氮氧化物燃烧器。日本开发了一种太平洋多用途(T M P )燃烧器，通过燃料快速升温促进挥发成分释放，来源于挥发部分的中间物质使还原氮氧化物的区域得到扩大，在不影响产量、炉渣品质的情况下比普通低氮燃烧器降低 25％~30％的氮氧化物产生量。目前低氮燃烧器已实现产业化。第二种是预热器的低氮氧化物技术。对于SF型的分解炉，主要是在窑尾分解炉和管道中应用阶段燃烧技术来降低氮氧化物的生成。对于RSP型分解炉，主要是通过旁通管降低炉内空气比来还原氮氧化物从而降低其浓度。目前此种技术已经成熟，但成本将会很高，日本仍处于试验阶段。此外，应用化学脱硝法减少水泥行业氮氧化物排放。
太平洋水泥熊谷工厂在氮氧化物控制方面，主要采取以下3种方式降低水泥窑氮氧化物的排放:一是空气二级燃烧，二是采用高效率的TMP燃烧器，三是尾部添加尿素。日本规定水泥氮氧化物的国家排放标准为480ppm，而太平洋水泥熊谷工厂的实际排放浓度在340ppm以下。
(三)多种措施降低日本机动车氮氧化物的排放
日本机动车是氮氧化物排放的最大贡献源，主要来自于重型柴油车和轻型汽油车。轻型车控制技术主要包括电子燃油喷射、氧传感器、闭环三元催化转化器控制装置等。柴油车氮氧化物控制，从技术的范畴看主要从内燃机技术、内燃机外排放控制技术、改善燃油品质方面着手。
五十铃汽车公司采用多种有效方式来降低机动车污染物排放。注重发动机单体污染物排放控制技术的研发，包括发动机主体和后处理技术两部分；积极开发混合动力车等新型环保车，比传统汽车节油5％~6％；改善燃料品质及发展环境性能优越的二甲醚、压缩天然气等新型燃料；推进经济驾驶普及，对相关人员进行培训。经过十几年的推广测试，节能效果平均在26％，相应地减排二氧化碳和氮氧化物各26％。
带给我们的有益启示
(一)我国开展氮氧化物总量控制工作迫在眉睫
日本的氮氧化物总量控制经验表明，总量控制制度对降低污染排放、改善空气质量发挥了至关重要的作用。近年来我国氮氧化物排放总量持续增长。根据普查数据，2007年全国氮氧化物排放量为1797万吨(环统排放量为1643万吨)，预计到2010年将达2000万吨左右，如不加以控制，将很快超过二氧化硫排放量，并可能部分抵消二氧化硫减排带来的环境效益，“十二五”全面开展氮氧化物污染防治工作已经迫在眉睫。
日本在制定总量控制目标时，运用预测模型来估算达到环境目标的区域氮氧化物削减量，并对削减效果进行评估，对总量削减计划的职责和技术性事项进行详细的立法规定，地方政府与企业签订《公害防止协定》，制定了严格的排放标准，建立了严格的管理机制，这些是保证总量控制取得成功的关键，这些经验值得我国借鉴。现阶段我国在制定氮氧化物总量控制目标时，还难以建立排放目标与环境质量精确的对应关系，但在总量大规模削减后，今后的控制路线可以仿照日本依据环境容量来制定排放总量；在控制措施上，我国采取国家统一规定、地方具体实施的模式，这与日本的管理模式基本一致，但我们的目标责任制与日本的《公害防止协定》相比，缺乏立法强制性，使其实施效率降低，因此我国可适当借鉴日本的经验，由地方政府与各企事业单位签订污染减排协议，发放排污许可证，充分发挥地方政府的作用；在总体路线上，“十二五”我国氮氧化物的控制需充分考虑我国当前的大气环境形势及氮氧化物的环境影响特征，进入以环境质量控制为切入点的大规模削减阶段，在走全国总量控制路线的基础上突出重点区域和重点行业。
(二)加强电力行业以外的水泥等行业的氮氧化物总量控制是实现氮氧化物减排的重要环节
我国水泥行业氮氧化物的排放占总排放的10％，是氮氧化物的重要排放源，未来随着水泥行业淘汰落后产能工作的推进，新型干法窑的使用比例将大幅增加，在提高能源使用效率的同时，氮氧化物的排放也会显著增加，而水泥行业尚未开展有效的氮氧化物控制工作。根据日本的经验，应用LNB＋SNCR，水泥行业氮氧化物排放浓度将会降低80％，具有脱硝投资少、产出大、环境效益高的特点。因此，应加强水泥等行业氮氧化物减排的适用技术推广和应用，并通过制定相关规范和导则加大政策导向作用，根据水泥窑的现状和特性，在有条件的地区和企业开展水泥窑等氮氧化物减排工作。
(三)对机动车实行氮氧化物总量控制是重要组成部分
在我国，机动车是氮氧化物的第二大排放源，开展机动车氮氧化物总量控制对改善城市环境质量具有至关重要的作用。对机动车氮氧化物的总量控制，首先要从控制油品等级入手，尽快明确国家、地方控制标准和要求。日本车用柴油的硫含量已由2003年的50ppm降至10ppm。而我国强制性国标规定的硫含量为 2000ppm，致使先进的氮氧化物控制技术在我国硫含量偏高条件下难以应用。目前，我国机动车生产企业已经具备制造满足国Ⅳ排放标准机动车能力，加快车用燃油低硫化已成为当务之急。
(四)迫切需要开发适合国情的氮氧化物削减技术
尽管我国已有机动车尾气和电厂烟气脱硝控制技术，但柴油车氮氧化物控制技术方面国内尚无成熟的商业化后处理技术，火电厂烟气脱硝的一些关键技术仍受制于国外，工业锅炉/窑炉的低氮燃烧技术及烟气脱硝研究与应用也处于小规模试验阶段，因此我国应对氮氧化物控制技术研究及产业化给予更多支持及优惠政策，鼓励自主知识产权技术产学研联合研发，尽快推动国内氮氧化物控制技术规模示范应用及产业化，为我国氮氧化物的排放控制提供技术支持及管理依据。
(五)加大氮氧化物减排考核和信息公开力度是重要措施
日本企业在执行政府环保法规和减排要求方面自觉性非常强，除严格的执法处罚和考核外，信息公开和群众监督是非常重要的措施。我国要借鉴二氧化硫减排的考核要求，并加大信息公开力度。要求重点企业自行公开减排任务完成情况，地方政府公开本地区减排完成情况和列入减排计划的企业完成情况，国家定期或不定期公布减排完成情况好或差的企业及地区名单，接受群众和舆论监督，促进减排目标任务完成。
作者:环境保护部总量司于飞、吴险峰；中国环境科学研究院柴发合；中国环境规划院杨金田、蒋春来；清华大学田金平
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