美国大气污染物排放标准体系特征及借鉴意义

中国环境学会  2011年 06月22日

  张旭,梅风乔*  (环境科学与工程学院,北京大学,北京,100871)    Email: meifq@pku.edu.cn

  摘要:大气污染物排放标准是防治空气污染,限制污染物排放的关键措施。美国的大气污染物排放标准体系以清洁空气法和联邦法规法典为依托,分为固定污染源和移动污染源两个子系,其中固定源标准体系中又以针对新建排放源的NSPS标准和针对有毒有害污染物的NESHAP标准为核心,对常规污染物的现有排放源通过州的实施计划进行控制落实。整个标准体系技术导向明显,行业划分细致,注重公众健康,对于完善我国现行的大气污染物排放标准体系具有积极的借鉴意义。

  关键词:大气污染物排放标准,体系特征,技术原则,行业,借鉴意义。

  污染物排放标准是美国为达到环境质量标准所采取的技术强制措施[1]。大气污染物排放标准主要内涵于清洁空气法(CAA,Clean Air Act)[2]和美国联邦法规法典(CFR,Code of Federal Regulation)[3],属于法律的组成部分。本文从排放标准所处的政策环境入手,凸显其整体的技术要素,并依固定污染源和移动污染源展开,分别探析其各自的特征,从而得出完善我国大气污染物排放标准体系的建议。

  相关政策架构及技术体现[4]

  美国的清洁空气防治策略规定细致,层次分明。基于保护人体健康的根本出发点,其以国家环境空气质量标准(NAAQS,National Ambient Air Quality Standard)为基础,结合州的实施计划(SIP,State Implementation Plan)、污染物排放标准、许可证制度等政策措施,对固定源和移动源分别进行控制,其中以排放标准对污染物浓度的减排作用尤为突出,有效地保证了整个大气环境质量。
  如图1所示,美国的整个空气污染防治政策布局主要贯穿于横纵多条主线之间,充分体现出“技术导向”的根本特征:
  其一,从横向角度,图1的右侧主要是国家环境空气质量标准的体现。根据不同区域是否达到NAAQS的标准分为达标区和未达标区,分类是基于每一个具体污染物确定的,且对两者采取的技术手段亦有所不同。对达标地区主要是防治空气质量出现严重恶化(PSD,Prevention of Significant Deterioration);对未达标地区,即大气环境受到较大污染的地区,实现国家空气质量标准是其所有制度的目标。
  其二,图1左侧体现了以减少污染物浓度为目标的控制措施,区别对待常规污染物和有毒有害污染物。排放控制措施不完全以空气质量为直接导向,由于根据科学发现不存在安全水平的大气污染,政府应当有权在不需要表明大气质量要求的情况下,规定新建或改建污染源安装可得并且经济上可以承受的污染控制技术或其他措施[6]。下文将对美国大气污染物排放标准体系进行全面分析。
  其三,从纵向的角度,一方面,对现有排放源和新建及改建排放源的控制方式明显不同;另一方面,主要是技术原则的体现,这一原则也自始至终渗透在整个美国的大气污染防治政策中,是尤为值得借鉴的突出特点。为了实现NAAQS,对达标地区的新源采用最佳可得的控制技术(BACT,Best Available Control Technology),未达标地区的新源采用最低可得排放率(LAER,Lowest Achievable Emission Rate)[7],而对现有排放源,考虑到技术更新的成本问题,则统一采用合理可得的控制技术(RACT,Reasonable Available Control Technology)。另外,不同排放标准所对应的技术手段亦有较大差别。
  其四,对于任何新建或改建污染源,其投入运行前须获得许可,即防治重大恶化或未达标地区新建污染源审查(NSR,New Source Review)施工许可证(Pre-construction Permit)。

  美国的固定污染源[8]大气污染物排放标准体系结构清晰,针对性较强。其主要将大气污染物分为常规污染物和有毒有害污染物两类,不适用空气质量标准的, 能够引起或预测能够引起死亡率增加或是能使严重的、无法治愈的、致人伤残的疾病增加的污染物称为有毒有害污染物[9];而常规污染物是对照前者一个相对概念,主要包括颗粒物、一氧化碳、臭氧、二氧化硫、氮氧化物、铅等,这些污染物在国家环境空气质量标准中均有相应规制,除此外,常规污染物中尚未制定国家空气质量标准且其空气质量基准文件尚未发布的污染物称为指定污染物。综上,结合现有排放源和新建排放源的分类,美国的大气污染物排放标准即按照以上不同的污染源和污染物分类分层级控制。
  第一,对于常规污染物中的新源,由EPA统一制定“新建[10]污染源的实施标准(NSPS,New Source Performance Standard)”进行控制;第二,针对常规污染物中现有排放源的控制分两种情况进行,非指定污染物由州制定实施计划,指定污染物由EPA公布排放指南(EG,Emission Guidance),各州据此制定实施计划;第三,对于有毒有害污染物,无论新建污染源还是现有污染源,统一通过EPA制定的“有害大气污染物国家排放标准(NESHAP,National Emission Standard of Hazardous Air Pollutants)”进行控制。
  概括来说,美国的大气污染物排放标准体系所涉及的主要内容渗透于排放指南、州的实施计划、新建固定污染源排放标准和有毒有害污染物排放标准,其中NSPS与NESHAP又自成相应的子体系。以清洁空气法和美国联邦法规法典为基础,对上述内容进行逐一的细致梳理和分析,才能从整体上构建起整个美国大气污染物排放标准体系的框架,剖析其特征和产生原因,以便扬长避短体现出其借鉴意义。

  州的实施计划SIP

  州的实施计划不完全属于标准体系,但对地方标准的制定和实施多依靠其实现,因此有必要将其中涉及排放标准的内容作为体系的一部分加以讨论。
  “州的实施计划”指的是各州所使用的,为控制并减少其管辖范围内的污染,最终达到联邦的环境大气质量标准和区域大气污染限制规定的,一系列政策和程序。制定州实施计划只是州政府若干项责任之一,这些责任之间都相互联系、相互影响[11]。

  州的实施计划主要是国家空气质量标准在各州的体现和延伸,但作为地方控制大气污染的根本性规定,其自身也包含了对污染物排放的限制,清洁空气法就明确要求“州实施计划与直接的减排规定结合运用后,必须把足以把污染物浓度削减至国家环境质量标准所规定的水平以下”。特别是对于产生常规污染物的现有排放源,主要的规制措施正是依靠州的实施计划,因此其同样是污染物排放标准体系中的重要环节。
  州的实施计划的相关内容多集中在美国清洁空气法第一卷的7401条,共包括16款(第4、5款已废除),主要涉及州的采用计划、局长提议、中止权利、发布暂时性搁置、制裁等内容,通过对法律条文的梳理归纳,可做如下的分类及重点内容分析。
  新建污染源国家实施标准[13]主要针对常规污染物的新建固定排放源而制定,按照不同的行业,分为80多项具体标准。同样基于技术原则的考虑,达标区的工厂新建或改建时采用BACT,而未达标区则采用LAER,两者相比,后者由于本身的空气质量尚未达标,须首先考虑公众健康的需要,而较少考虑成本问题。但区域中的所有新源均采取统一的标准,不过值得一提的是新建污染源只控制单个污染源的浓度,未控制污染源数量,因此对于区域内的总量没有进行规制[14]。

  美国的新建固定污染源排放标准均编纂于联邦法规法典第40部分的第60节(40 CFR part60)。所有的新源排放标准均以行业为划分依据,通过对80项NSPS标准的梳理分析,可以发现美国的新建污染源排放标准主要呈现如下特征:


  2.2.1 以化工和金属行业为主,凸显行业针对性
  毋庸赘言,以行业为基点进行标准的分类是美国新建污染源排放标准体系的主要特征,乃至整个美国的污染源排放标准体系中,这一特征都体现得十分明显。国内外学者的相关文献中,对这方面多有涉及,但却鲜有细致深入的具体分析各类行业的分布。
  通过对NSPS中的所有标准进行比较不难发现,所规制的行业具有显著的集中性,可将主要行业分为电力行业、石油行业、化工行业、金属行业、生活以及其他行业[15]。
  究其原因,行业大类的集中性源于化工、金属等行业高污染、高排放的特点,而这些行业是国民经济的支柱产业,也是资源消耗、环境污染的大户,涉及的面多且庞杂,需要一一规制。特别是化工行业,具有传统的工业类型与新兴产业交叉渗透的特点,尤其对于经济高速增长的国家或地区而言,这类行业的市场需求大、发展资金充裕,没有适当的政策环境加以规制,势必出现失控的局面。只有通过严格的排放标准,加大末端环节的控制,才能在保证行业发展的同时限制污染物排放。与此同时,行业的集中性也与所控污染物的类别有关,美国EPA及清洁空气法主控大气污染物的排放源中有相当大比例来自化工和金属行业,因此NSPS体系中的数十项标准在这些行业的聚集特征便显得合情合理。

  2.2.2  以PM和VOC为主,凸显污染物针对性
  美国新建污染源排放标准体系中主要控制的大气污染物包括垃圾填埋场废气、颗粒物(PM)、二氧化硫等硫氧化物(SO2及SOX)、氮氧化物(NOX)、挥发性有机物(VOC)、一氧化碳(CO)、氟化物等,同一标准可能涉及多种污染物,而大多污染物也同时在多项标准中被加以控制,其主要标准的污染物分布如图3所示,
  对PM和VOC的优先控制显而易见,其中涉及PM的标准达高达32项,涉及VOC的为25项。究其原因,对于高污染的行业而言,颗粒物和挥发性有机物的产生量相对较高,污染累积量大,同时等量条件下污染程度也较为严重,亟待控制;另一方面,行业污染物控制标准的分布理应结合对应的行业进行分析。
  所有的电力行业及绝大多数金属行业的大气污染物排放标准都提出了对PM的控制,而对VOC的控制则几乎涉及了全部的石油工业和化工行业。众所周知,燃煤电力及金属冶炼会产生大量的工业粉尘和颗粒物,而化工行业,特别是橡胶轮胎、金属家具表面涂层、聚合物与树脂、软聚氯乙烯和聚氨酯涂料印刷经营等有机化工业,污染物的挥发是其造成空气质量损害的主要途径,因此,NSPS中所针对的行业集中特征与污染物集中特征是具有较大关联性的。

   2.2.3  NSPS体系的细致性
  NSPS共包括近百项标准,相比之下,其涉及的行业类型和污染物种类并不十分复杂,但标准数量却如此之多,可见其对不同行业或污染物之间规定的细致性。
       以金属行业为例,纵向而言,其规制范围囊括了金属的制造、冶炼、还原等几乎整个生产链的每个环节;横向而言,单就冶炼这一工艺,又对铜、锌、铅等不同金属进行了分别的处理。其主要原因在于不同生产环节的工艺流程不同,同一环节上不同金属的处理技术也各有差异,这样细致的划分与标准制定具有高度的针对性,对任何主要污染金属的任一生产环节的排放限制都有法可依,单个环节的排放限制得到了保证,整个行业的污染控制自然也就水到渠成。
  综上所述,美国的新建固定污染源排放标准体系的特征主要体现在不同行业和污染物规制的针对性及细致性。前者是整个美国环境标准中“行业原则”的突出体现,而后者亦是“技术原则”[16]这一典型特征的有效践行。

  2.3.2  NESHAP体系特征
  可以体现出整个有害空气污染物国家排放标准体系的若干特征:
  其一,行业的集中仍然是最显著的特色,这同NSPS情况相似。但由于NESHAP更加专向性地控制有毒有害污染物,因此所涉及的污染源大都属于化工类行业,单就上述列出的44项主要标准中,近28项的排放源来自各类化工产品的生产和相关工艺,其中又以有机化工业和重金属行业为主;
  其二,从标准颁布时间的角度看,近十年来标准的制定速度明显加快。
  如图4 所示,1992年EPA公布的污染源名录有174类,截止1996年10月时,共有47个类别的污染源制订了相关的有害空气污染物排放标准,而目前整个NESHAP体系涵盖的范围已扩展至123类污染源,结合表 ,大多标准颁布生效于99年前后。
  根据清洁空气法的规定,从1994到2007年,NESHAP逐渐发生着转变:其一,通过新版的NESHAP,EPA已从控制有害污染物HAPs的排放量转向了控制其排放量对整个人群的暴露风险;其二,目前控制的某一站点的排放总量,而非如1994年那样控制单个的机器;其三,先前EPA公布了一系列具体的工程控制方法作为选择的范围,而新版的NESHAP中,只要不超过标准公布的风险规制排放限值,采用的方法可由设备使用者自由选择。新的NESHAP规定的记录每月进行一次,将该月的年平均水平作为控制标准,期望在所涉及的整个范围内,将HAPs的全年排放量减少大约1600吨。除此之外,新的NESHAP还规定,所有的设备都必须在2010年4月25日(3年内)达到要求[19]。总之,NESHAP从最大程度上减少危险空气污染物的排放,其中体现出的保护公众健康的考量尤为明显。
  移动源大气污染物排放标准是美国减缓空气污染的重要措施。对移动源的标准控制依然是以清洁空气法和联邦法规法典为根本,层次清晰,逐级细化,主控道路移动源,主控机动车,主控新车。
       首先,从污染源的角度,主要分为道路移动源(On-road Vehicles and Engines)和非道路移动源(Non-road Engines Equipment and Vehicles)[20], 按照使用情况又可分为新车和在用车,整个移动源的排放标准体系以控制道路源中的机动车污染为核心。
  其次,从污染物的角度,EPA重点控制一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物和颗粒物,以1999年各污染物在道路移动源中的污染分布为例,
  如图6所示,小汽车、摩托车和轻型卡车以排放一氧化碳和碳氢化合物为主,前两者的污染物分布比重更大;重型卡车对各类污染物的贡献率相对较为平均;而柴油车的污染则集中体现在颗粒物和氮氧化合物上,其中其产生的颗粒物污染尤其突出。因此,根据整个大气污染状况的变化趋势,要控制移动源污染物的排放,须针对性地从相应的道路污染源入手。 
  美国的移动源大气污染物排放标准均收录于联邦法规法典的第40部分第60节(40 CFR 60),除标准详细信息外,还对保障所有标准的实施(ensure compliance)做出规定,由EPA的交通与空气质量办公室OTAQ(Office of Transportation and Air Quality)[22]主要负责。通过对OTAQ提供的排放标准参考指南进行梳理,可得下表所示的整个移动源排放标准体系的主要架构:   
  通过对表2的分析可以发现,整个移动源排放标准体系的组成与污染源的分类相对应,分为轻型汽车和卡车、摩托车、重型公路引擎和汽车、非道路发动机和汽车,其中前三者属于对道路移动源的标准规制,以控制轻型卡车和汽车的尾气排放为重点。
  随着EPA对标准的制定和实施结果显示,发动机和燃油水平是影响移动源排放标准执行效率的关键因素。因此,一方面,所有针对移动源的排放标准均适用于相应类型的发动机;另一方面,标准对燃油质量同样提出了明确要求,主要体现在汽油硫含量水平上,从而使整个排放标准体系更为完备。
  对完善我国大气污染物排放标准体系的借鉴,美国大气污染物排放标准特征明显,对完善我国相应的标准体系具有较强的借鉴意义:
  其一,技术原则的导向性。前文图1左侧已做描述,在以污染源和污染物为切入构成的排放标准矩阵中,每一个交点处,即无论是州的实施计划SIP、新建污染源排放标准NSPS还是有毒污染物国家排放标准NESHAP,都以对应的技术作为主线,其中以对新源采用的最佳可得的控制技术最为严格。反观国内,关于排放标准制定依据的问题遗留多年,是否与环境质量功能区“挂钩”的争论也始终存在,《国家大气污染物综合排放标准》作为这一领域的根本性规定仍对不同功能区分级处理。诚然,应当看到的进步是,近些年出台的《火电厂大气污染物排放标准》、《水泥大气污染物排放标准》等行业标准以及《北京市大气污染物综合排放标准》等地方标准已逐渐与功能区“脱钩”,对新建排放源的控制力度也有所加大,但这些都较多体现在浓度排放限制,对不同排放源也应适当考虑进行RACT,BACT等技术层面的体现和区分。
  其二,行业划分的细致性。对于固定源排放标准中的新建排放源,EPA提出了80余项行业标准,划分之细致程度可见一斑,相比之下,我国防治大气污染物排放的行业标准包括试行和暂行的在内仍不足10项。随着污染排放行业差异性的日趋明显,对不同行业的区分也应进一步精细。例如优先控制的火电厂行业,根据燃料种类可进行更为深入的细分等。
  其三,健康保护的紧迫性。针对189种有毒有害污染物提出的NESHAP是美国大气排放标准体系的亮点之一,其首要目的就是为了保护公众的健康。而我们的标准制定相当长的时间内都停留在维持环境质量的阶段,近年来频发的空气污染损害人体健康的事件表明在制定标准的过程中加入健康因素的考虑迫在眉睫。例如单就金属冶炼行业,不同金属的冶炼产生的污染物不同,对人体危害程度也不尽相同,应区别对待,加强以人为本的理念。
    其四,地方动员的关键性。州的实施计划是美国大气标准体系的关键环节,对于常规污染物现有排放源的控制甚至绝大部分程度由地方自行规制,EPA只出台指导性的排放指南。就我国目前而言,只有北京、上海、山东等部分省市的地方标准可圈可点,大多地方从指定到实施问题较多。地方是标准实施的第一线,应当从根本上调动起地方发挥作用,转换角色,国家应有目前的“推动”变为“指导监督”,地方“主动应对”而非“被动接受”,甚至“钻空子”,只有理念的转变,才能提高标准落实的积极性,同时制定过程也与地方实际更为紧密的结合。

  主要参考文献
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  USCA. 1990 Clean Air Act. USA: West Publishing Co,1991, 743- 774.
  Office of the Federal Register. 40Code of Federal Regulations. Washington: US Government Printing Office, 1994,60- 80.
  Ron Joseph. The Difference between NESHAP and MACT Standards; and the Meaning of Solid Gallons. Metalfinishing, 2003:62-64.
  John B. Durkee. EPA's new NESHAP-To be or Maybe not. Metalfinishing, 2007:53-55.
  周扬胜, 安华. 美国的环境标准. 环境科学研究, 1997,10(1): 57-62.
  周军英, 汪云岗, 钱谊. 美国大气污染物排放标准体系综述. 农村生态环境, 1999, 15 (1) : 53—58.
  曹凤中, 周国梅, 吴迪, 李玉琪. 美国实施清洁空气法的效益与启迪. 环境科学与技术, 2000(3):20-22.
  秦虎, 张建宇. 以《清洁空气法》为例简析美国环境管理体系. 环境科学研究, 2005,18(4):55-62.
  
  [1] 周扬胜, 安华. 美国的环境标准. 环境科学研究, 1997,10(1): 57-62.
  [2] USCA. 1990 Clean Air Act. USA: West Publishing Co,1991, 743- 774
  [3] Office of the Federal Register. 40Code of Federal Regulations. Washington: US Government Printing Office, 1994,60- 80
  [4] 此部分的分类、技术及政策主要针对固定污染源,对移动污染源下文另作讨论
  [5] 图中的RACT,BACT,MACT为技术名称;EG,SIP,NSPS,NESHAP为政策名称,PSD,NSR为制度名称,相应的名词解释及英文全称详见正文.
  [6] NRDC et al, Amending China’s Air Pollution Prevention and Control Law: Recommendations from the International Experience, 2009.
  [7] LAER与BACT的要求基本相似,在具体的实际应用中,两者的规制力度差别不大。
  [8] “固定污染源”指排放或可能排放污染物的任何建筑、结构、设施或者工地。
  [9]  周军英, 汪云岗, 钱谊. 美国大气污染物排放标准体系综述. 农村生态环境, 1999, 15 (1) : 53—58
  [10]  “新建污染源”指根据本条规定制定的实施标准公布之后,进行建设或更改的固定污染发生源。
  [11] NRDC et al, Amending China’s Air Pollution Prevention and Control Law: Recommendations from the International Experience, 2009.
  [12] “实施标准”指一个应该能够表现出,在实施排放限制过程中,通过应用署长认为得到适当论证的、最有效的持续性排放控制技术体系(考虑的内容包括,这类排放控制系统的成本,与空气质量无关的健康和环境影响,以及能源要求),可能达到的对于固定污染发生源排放控制的完成情况。
  [13] USEPA. Selected New Source Performance Standards, http://www.epa.gov/ttn/atw/nsps/nspstbl.html, 2009
  [14] NRDC et al, Amending China’s Air Pollution Prevention and Control Law: Recommendations from the International Experience, 2009.
  [15] 其他行业中主要包括工业锅炉、普通水泥厂、沥青混凝土厂、选煤厂、玻璃制造厂、固定式内燃机、固定式燃气涡轮机、石灰制造厂、沥青及沥青屋顶生产、SOCMI设备泄露(短期)、散装汽油设备、住宅木加热器、焦炭炉电池组、SOCMI空气氧化、焦炉湿熄、蒸馏SOCMI、非金属矿物(轻量的,涂料,石膏和珍珠岩)、磁带工业、矿产工业中的焙烧炉和烘干机、淀粉生产厂、工业和商业废弃物及其他废弃物焚烧炉等所涉及的21项排放标准。
  [16]曹凤中, 周国梅, 吴迪, 李玉琪. 美国实施清洁空气法的效益与启迪. 环境科学与技术, 2000(3):20-22
  [17]秦虎, 张建宇. 以《清洁空气法》为例简析美国环境管理体系. 环境科学研究, 2005,18(4):55-62
  [18] Ron Joseph. The Difference between NESHAP and MACT Standards; and the Meaning of Solid Gallons. Metalfinishing, 2003:62-64.
  [19] John B. Durkee. EPA's new NESHAP-To be or Maybe not. Metalfinishing, 2007:53-55.
  [20] 道路移动源包括小汽车和轻型卡车、重型卡车、公交车、发动机和摩托车;非道路移动源主要包括飞机、柴油船只、汽油船只和个人用船、非道路发动机设备、铲车发电机和压缩机、草地和花园、火车、雪地机动车、小型摩托车和全地形汽车。
 
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