摘要
船舶防止大气污染问题一直都是航运界高度关注的话题，近年来，在倡导人与自然和谐共生和建设环境友好型社会的背景下，面对船舶排放的污染物对空气质量及环境造成的负面作用这一问题，逐渐引起国际社会的重视。本文从污染管控、监测体系等方面对船舶大气污染问题提出针对性的方案，为监管部门提供更准确的信息，加强对船舶污染物排放的控制与管理。本文研究的意义旨在通过对船舶防止大气污染的研究，改善航运环境与港口现状。针对现有研究，国内外的学者主要集中在船舶特性与污染防治技术方面。本文将基于已有经验，对船舶大气污染问题进行梳理总结，探讨优化船舶大气污染监管措施，针对所出现的问题提出相关对策，进行归纳总结，丰富理论研究。
关键词：大气污染；船舶排放；空气质量；航运环境
Abstract
The prevention of air pollution by ships has always been a topic of great concern in the shipping industry. In recent years, under the background of advocating the harmonious coexistence between man and nature and the construction of an environmentally friendly society, the negative effect caused by the pollutants on air quality and environment has gradually attracted the attention of the international community. This paper puts forward targeted plans for the air pollution of ships from the aspects of pollution control and monitoring system, so as to provide more accurate information for the regulatory authorities and strengthen the control and management of pollutant discharge from ships. The significance of this paper aims to improve the shipping environment and port status quo through the study of preventing air pollution by ships. According to the existing research, scholars at home and abroad mainly focus on ship characteristics and pollution control technology. Based on the existing experience, this paper will sort out and summarize the air pollution problems of ships, discuss and optimize the supervision measures of the air pollution of ships, put forward relevant countermeasures for the problems, summarize, and enrich the theoretical research.
Key words: air pollution; ship emissions; air quality; shipping environment
1绪论
1.1课题研究的背景及目的意义
1.1.1研究的背景
船舶排放是造成船舶大气污染的重要原因，国际海事组织对各国船舶在航运过程中对大气造成污染的情况十分关注，相关国际公约对船舶排放也作出相应标准及要求。根据国际海事组织的数据显示，航运业每年排放的二氧化碳约为10亿公吨，而且将近70%的船舶排放，因发生于近陆地400公里的区域内，船舶排放对附近陆地的大气质量产生了影响[1]。而我国作为航运大国，随着港口及船舶等航运经济发展，面对其带来的大气污染问题也尤为重视。此外，注重船舶大气污染问题，也符合如今海洋经济战略建设的发展。
1.1.2研究的目的意义
船舶防止大气污染问题一直都是航运界高度关注的话题，近年来，在倡导人与自然和谐共生和建设环境友好型社会的背景下，面对船舶排放的污染物对空气质量及环境造成的负面作用这一问题，逐渐引起国际社会的重视。本文从污染管控、监测体系等方面对船舶大气污染问题提出针对性的方案，为监管部门提供更准确的信息，加强对船舶污染物排放的控制与管理。
本文研究的意义旨在通过对船舶防止大气污染的研究，改善航运环境与港口现状。针对现有研究，国内外的学者主要集中在船舶特性与污染防治技术方面。本文将基于已有经验，对船舶大气污染问题进行梳理总结，探讨优化船舶大气污染监管措施，针对所出现的问题提出相关对策，进行归纳总结，丰富理论研究。
防止船舶大气污染是绿色航运发展应遵循的主题。近几年，为减少船舶污染，国际海事组织提出相关排放标准，我国亦提出“双碳”战略。本文研究船舶防止大气污染存在的问题以及管理现状，能够帮助有关部门找出监管缺陷，使船舶防止大气污染管理更为高效；其次，本文进一步提出完善船舶防止大气污染的可行性建议，强化监管措施，提高效益，有助于改善港口区域空气质量，为绿色航运及污染防治做出应有的贡献。
1.2课题的研究综述
1.2.1国内理论研究成果综述
(1)相关法律与政策方面
目前，中国已经对《大气污染防治法》作出了修改，袁雪、童凯(2017)提出，应该在立法中界定并区分温室气体与大气污染物，并确定船舶大气排放协同控制的基本原则，将协同效应运用于国内船舶大气排放的法律规制中[2]。
(2)船舶排放特性方面
以向蜀霞、姚婷婷(2020)为代表的学者，通过实时在线监测气态污染物，获取船舶尾气污染物的排放因数，进而得出LNG燃料是减少船舶尾气排放的有效能源之一的结论[3]；以刘跃(2021)为代表的学者，基于AIS的动力法计算了环渤海经济区周边海域船舶大气污染物排放清单，指出靠港船舶使用岸电等举措具有良好的减排效果[4]；王燕(2021)根据船舶燃油锅炉造成大气污染机理，指出应加大船舶锅炉防污资金投入，并加强船舶监管与控制，才能获取最理想的防污效果[5]。
(3)污染防治技术方面
以石瑞(2019)为代表的学者提出，现有的船舶尾气脱硫脱硝一体化技术并不完善，发动机燃烧满足规范要求的低硫油并采用SCR技术脱硝的方法具有可行性[6]；胡健波，张铁军，彭士涛(2020)认为，船舶大气污染物排放控制区遥测监管技术，能够带来经济和环境效益，应该在全国多个航运密集区域应用试点推广应用[7]；以杨甜甜、文元桥(2020)为代表的学者提出，设计一种基于嗅探式传感器的岸基监测设备和配套的软件平台系统，以用于远程监测，可以提供依据用于发现和惩治违规使用不合格燃料油的船舶，降低燃油抽检的成本，达到确保执法的精准性的效果[8]。
1.2.2国外理论研究成果综述
(1)污染防治技术方面
以J.M.BalzaniLööv和B.Alfoldy(2014)为代表的学者，在鹿特丹港对基于远程测量的船舶燃料硫含量和NOx排放因子的测定方法进行了比较。研究指出“嗅探器”原理，以及最先进的测量技术，似乎为通过远程测量确定船舶的FSC和NOx排放因子提供了最方便的方法，并补充光学技术可能是在不允许的区域快速鉴别使用高含硫重质燃油船舶的最方便选择[9]；以Mahmoud El-Safoury, Miguel Dufner(2021)为代表的学者，研制了用于船舶废气排放监测的SO2光声气体检测仪，其基本测量装置基于SO2在285nm波长处的电磁辐射吸收，并指出所开发的演示器显示了未来低成本SO2探测器的潜力，以满足监测船舶排放的必要要求和规范[10]。
(2)监测管理措施方面
学者Aydin Tokuslu(2021)对格鲁吉亚港口船舶温室气体排放进行全面调查，基于船舶活动的方法，分析港口的废气排放水平，并指出这项研究将为格鲁吉亚建立一个全国航运排放清单[11]；以意大利学者Domenico Toscano和法国学者Massimo Marro(2021)为代表，将那不勒斯港作为例子进行研究并指出，为了准确评估停泊时船舶烟囱排放的大气污染物对城市区域的影响，可以方便地将高斯模型(如CALPUFF)与风洞或CFD模拟结合使用[12]；学者NaderR.Ammar和Ibrahim S.Seddiek(2021)为研究使用电力推进系统对环境和经济的影响，建立了Simpleeco环境模型。将柴油发电(DE)、联合汽轮机电力和蒸汽(COGES)推进系统进行了比较，并指出COGES用于NOx、SOx和CO2排放是一个更环保的选择[13]。
1.2.3现有研究成果评述
通过上述国内外文献的梳理，从发展现状和趋势研究看出，各国学者已经对船舶排放产生大气污染问题做出了研究，体现了船舶防止大气污染的重要性。
当前理论研究的价值主要体现在以下两个方面：一方面，各国长期坚持排放控制区的建设，排放控制区规定的船速多目标优化的研究以及对船舶排放特性方面的研究，为排放控制区的监管提供了借鉴依据。另一方面，现有研究中，发现了许多针对船舶大气污染防治的技术，并给出了实施建议。比如：SO2光声气体检测仪、电力推进系统、船舶尾气脱硫脱硝一体化技术、嗅探式传感器的岸基监测设备和配套的软件平台系统等等。
与此同时，当前的研究也存在一定的局限性，例如所提出的使用船舶尾气遥测无人机，需要较高的专业技能以及熟悉设备的专业人士进行操作，且易受天气状况等条件的影响，在实践操作中并非一定能获得所预计的效益。其次，研究主要集中于船舶特性与技术上的研发，而关于污染管控、监测体系的研究有所不足，所以本文在现有研究成果与经验的基础上，对加强船舶污染物排放的控制与管理进行研究。
1.3课题研究的主要内容
首先，明确船舶大气污染的相关概念、现状以及造成的危害。其次，根据船舶大气污染现状以及污染事故信息数据，分析船舶所排放污染物种类，对港口空气质量的影响等存在的问题。然后结合船舶大气污染事故案例，分析大气污染源和分布情况，以及造成事故的船舶因素、人为因素等，提出相应的解决措施。再联系现代科技方法，对目前管理船舶存在的不足进行分析，以期为监管部门提供更准确的信息，加强对船舶污染物排放的控制，完善管理体系。最后对全文的研究进行分析总结，提出解决对策和建议，并指出在研究过程中的不足。
在已有文献支持下，本研究拟解决的关键问题提有：港口区域船舶污染物排放扩散特征及对周边大气环境影响；大气污染物分布与船舶营运和管理因素的关系；目前排放管控困境与大数据优化管控系统的构建；如今环境保护规制对航运业绿色技术创新的影响；未来排放标准体系建设与协同防治策略的推进。
1.4课题的研究方法
1．文献研究法：通过查阅相关的文献，了解已有的结论方法和成果，掌握最新的研究发展动态，本文在此基础上提出问题并提出新的思考，同时寻求建议。
2．对比分析法：收集国内外关于船舶大气污染问题的相关文献，深入学习和理解相关学科的前沿理论与技术，分析国内外的防治措施，对比技术实践的差异，从中汲取经验和教训。
3．案例分析法：采用案例分析的形式，选择华南地区港口船舶排放对大气造成污染的案例，并将理论研究与案例分析相结合，以华南地区港口船舶营运基本情况为基础，分析船舶防止大气污染管理措施，结合具体情况，总结结论和提供建议，为绿色航运提供借鉴思路。
1.5本章小结
第一章为本文的绪论部分，介绍了船舶防止大气污染问题的研究背景、目的意义，其次，对目前国内外在防止船舶所造成的大气污染方面，其研究趋势及现状进行了总结，最后概括了本文的研究方法和主要内容等。
第2章相关概念及理论基础
2.1相关概念
2.1.1船舶及船舶大气污染的定义
海运是较为常见的一种运输方式，在日常生活中，多运用于进出口贸易的货物运输。而船舶作为能在海上实现运输功能的一种交通工具，随着航运经济的不断发展，其所涉种类也更为繁多。例如，集装箱船，由于相对运输成本低，装卸时更为高效，在航运市场中，较之其他种类船舶，更具有竞争力。此外，载驳船、油轮、杂货船、液化天然气船等也属于船舶的一种。
船舶大气污染是指船舶由于航行活动或者在海上作业的过程中，排放的硫氧化物、氮氧化物等物质进入大气内，并在一定时间里，所达到的浓度足以危害人体健康、影响舒适环境的一种现象。此外，船舶大气污染主要包括以下几个方面，首先，船舶发动机、锅炉等船上设备在燃烧的情况下，所产生的大气污染物，其中包括造成温室效应的二氧化碳、一氧化氮、氟利昂等；其次，船舶所使用的含氟利昂或者其他卤化物的制冷剂以及灭火剂，在发生事故或者操作不当时，氟利昂的泄露将会导致大气层的破坏，进而对大气环境质量形成危害；第三，部分特殊用途的船舶所载运的货物具有易挥发的特性，或所载运物质为有毒有害气体，在航行过程中因自身特性或储存和转运所发生的扩散释放的现象也将造成大气污染。
2.1.2船舶大气污染的特征及危害
大气污染物的分类，其一为气溶胶状态，其二为气体状态。船舶因动力系统而消耗的燃油所产生的二氧化硫、氮氧化物以及颗粒物等等为大气污染物的主要成分。而船舶大气污染物的排放主要是在低速航行、巡航以及系泊的工作状况下产生的，所排放的尾气也是造成大气污染的主要来源。
与陆路运输的机动车相比，船舶所排放的废气，其浓度更高，而过高浓度的船舶废气污染物被人体所吸收后，将会影响人体健康，如诱发呼吸道疾病等，从而增加人们患病的概率。除危害人体健康外，船舶污染物将对海洋生态环境、海上生物链也产生严重的影响。
2.1.3船舶大气污染物排放的法律规定
MARPOL73/78公约是目前世界上最重要的与国际海事环境相关的公约之一。设立的目的是为了将海上船舶运输的污染降低。在国际海事组织海上环境保护委员会的第70届会议中，提出自2020年1月1日起，在全球范围内实施船用燃油含量不得超过0.50%m/m的规定，同时还发布了MARPOL公约修正案、通函等等相关内容。经过修改的《国际防止船舶污染公约》，不仅规定船上使用的燃油、天然气、甲醇等燃料硫含量不超过0.50%m/m，或者安装废气净化系统等技术方法，以确保船舶硫化物的总排放量不超过2.0g/kWh，且于2022年11月1日生效；还增加了两个相关的规定，一是计划于2023年1月1日起建立船舶评级制度，按照效能将船舶分评为A-E五个等级，若一船持续三年被评为D或者E等级，则将被要求提交纠正计划。除此之外，关于北极水域还有一条新的规定，自2024年7月1日起，将禁止在此水域内运输或者使用重油。
与此同时，为了减少船舶尾气污染环境的情况，近年来，我国也颁布了许多相关政策和法律法规，如表2.1所示。此外，我国《船舶以及其有关作业活动污染海洋环境防治管理规定》自2010年颁布以来，直至2017年，前后经过了四次的修改。由此可见，我国对船舶污染问题的重视。而此规定是根据我国的海洋环境保护法，大气污染防治法以及我国所缔结和参与的国际条约制定的。因此，也是我国积极参与国际防治船舶污染活动的体现。该规定的第三章，对船舶污染物的排放与接收作出了要求，包括在船舶排放控制区的要求以及在不同海域所需要配置的要求。
2.2理论基础
2.2.1船舶大气污染物产生的原理
船舶大气污染物基本源于船舶排放，从而对大气环境产生影响。其中包括船舶直接排放的颗粒物，也包括船舶在使用燃油时燃烧过程中形成的硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机物等等。硫氧化物主要是SO2和SO3，两者皆为酸性气体，SO2溶于水后将会生成亚硫酸，而这一物质为构成酸雨的主要成分。船用燃油通过高温燃烧，使得氮氧化物在此条件下主要以NO的形式存在，受到船舶航行中风速及风向的影响，NO与空气中的氧迅速发生反应，则会生成NO2。
2.2.2船舶大气污染物的控制
对于控制船舶大气污染物的排放，目前国际社会倡导使用低硫燃油、给船舶安装尾气处理装置、构建船舶排放清单等。此外，还有提倡使用液化天然气等清洁能源，但对于液化天然气是否属于清洁能源仍存在争议。鼓励船舶在港口靠岸时使用岸电设施，提高港口岸电的使用率，对船舶减少排放也是一个有效的途径。
预先对燃料进行脱硫，得到净化后的燃料在随后的应用中，能大幅度地降低SO2的产生，是控制船舶大气污染的方法之一。此外，小型双燃料柴油机的技术，也能够用于降低船舶氮氧化物的排放，经过改进的双燃料柴油发动机能够在50%双燃料的实际安全运行条件下，将NOx排放降低31%[14]。
2.2.3船舶防止大气污染的发展趋势
在防止船舶造成大气污染这一问题上，首先，从船舶本身出发，我们倡导推广新能源以及清洁能源的装备和配置，其次在海路运输途中，绿色航道的建设也是目前的发展趋势。我国国务院所印发的《2030年前碳达峰行动方案》中提到，应加快形成绿色低碳的运输方式。那么船舶大气污染无疑也是涉及绿色低碳的问题，针对船舶防止大气污染问题，我国制定了《港口与船舶岸电管理办法》，以减少船舶在靠港的那段时间里大气污染物的排放量，另一方面保障船舶靠港时规范且安全地使用港口的岸电设施，减少对大气环境的不良影响。
2.3本章小结
第二章为基本概念及理论基础的部分，主要阐述了与船舶、大气污染等相关的基本概念与控制技术，包括使用低硫燃油、给船舶安装尾气处理装置、提高港口岸电的使用率、构建船舶排放清单，以及目前船舶大气污染的发展趋势。
3船舶防止大气污染的案例分析
3.1华南地区船舶大气污染典型案例
3.1.1案例的基本情况
2019年8月12日，A海事局接到B海事局通报，“福兴达**”轮在航行经过B管辖水域的大桥附近时，被安装的船舶尾气嗅探设备监测，显示该轮的船用燃油含硫量严重超标，但由于已离开B管辖水域，所以由A海事局进行查证。而该轮航行时并未打开AIS，以至增加了A海事局确定该轮的难度。最后通过多种平台的数据，追踪定位到该轮，并对该轮的证书文书等进行调查取证，对该轮的船用燃油取样进行送检。经过技术中心的检验，该轮使用的燃油含硫量为4.21%，远远超出标准所要求为0.5%的数值，因此，最终A海事局对该轮在沿海排放控制区违背《大气污染防治法》以及国内排放控制区要求，未按规定使用燃油的行为进行处罚。
3.1.2事故对港口及周边大气环境的影响
二氧化碳作为船舶排放尾气的一种，会导致周边大气环境中温室效应的产生，随后，氟利昂将导致大气层的破坏，由此会使得透过大气层的紫外线对人体表层皮肤造成伤害。其次，二氧化硫是形成酸雨的一种物质，而它也是船舶排放中含有的污染物之一，此外，氮氧化物除了会形成光化学烟雾之类的物质外，一氧化氮与臭氧发生氧化反应后所产生的二氧化氮，也会对人体产生危害。船舶大气污染物的排放，会伴随颗粒物的形成，将会影响沿海城市的空气质量指数。
因此，应该坚持生态环境优先，关注船舶排放对大气质量的影响，积极推广新的能源与清洁技术，推进港口专业化改造，建议内河船舶首选使用清洁能源，降低排放硫氧化物的含量。海事部门对岸电设施也起到一定的监管作用，对于未按要求配置岸电设施的船舶应该及时上报，随后进行相应的处罚。此外，推进码头的岸电设施建设，以及对船舶的受电装置进行适当的改造，由此逐步提高港口岸电的使用率，从而减少对周边环境的大气污染情况。
3.2船舶大气污染案例的经验借鉴
3.2.1海事部门的科学远程协调
梳理典型案例，能够找出目前船舶防止大气污染问题的短板与弱项，从而为进一步加强海事部门与港区的工作能力提供事实依据。在本案中，采用的是远程监测的系统，以及基于嗅探法的排放监测技术，海事部门对该轮的船舶尾气排放数据进行筛选，使得查证过程更为简易，对该轮的大气污染行为的检查更具有针对性。此外，本案实现了AB两地海事部门的联合防治船舶大气污染的行动，体现了我国船舶排放控制区的高效监管服务。
3.2.2事故与船舶营运和管理因素的关系
目前，我国船舶消耗量大，而利用效率低，能耗监测及节能减排工作都面临巨大压力，对船舶进行实时监测能源的消耗，能够有效控制节能减排[19]。对现有船舶营运的既有情况，进行科学的分析，淘汰已经落后的船舶，并且挖掘营运或者船舶设施方面存在的潜力。对于管理中存在的短板，综合污染事故，联通相关监管部门，提升防治大气污染资源配置的效率，从而促进各区域、各领域、甚至各行业间相互协调并且能够融合发展。
海事部门的治理及监管能力需要更加完备。合理地确定控制船舶排放设施的规模、装置技术的标准，对设施缺乏的区域应补齐空白，优化各个地区的防治机构和功能。各种降低船舶排放的技术方式都在不断完善，海事部门的管理以及航运企业的营运等领域的法律政策和要求规范也应当更加完善。当营运与监管两方面综合一体化发展程度提升后，才会使得船舶大气污染事故得到更好的解决，管理体制能够更加健全。
3.3本章小结
第四章是对典型案例的探讨，分析事故对环境带来的影响，总结典型案例中海事部门的行政执法经验，主要描述相关部门之间的协同监管。由此，吸取在监管船舶大气污染工作中的优良成果，给其他相关部门提供借鉴。
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