随着经济的快速发展和城市化的持续加快,中国钢铁需求量逐年上升,这直接拉动了钢铁生产及其大气污染物排放量的增长,严重影响了空气质量和人类健康。在此背景下,钢铁行业成为中国污染联防联控、限产限排的重点关注对象之一,钢铁排放及其大气影响核算成为当前环境研究领域的一个重点与难点。然而,现有相关研究仅局限于特定的工序或区域,缺乏全面、系统的包含全工序、全国范围的钢铁大气污染物排放研究;另一方面,现有核算方法均基于统一的、固定的排放因子,不能有效反映各排放源的差异特性,以及相关因素与技术的动态演化。因此,钢铁大气污染物排放研究亟需理论与技术创新,构建一套系统、高分辨率排放清单模型,不仅全面囊括中国钢铁生产的各工序及各地区,而且精准体现其时(各小时)-空(各排放源)共性与差异。对此,本文有机融合污染源排放在线监测(CEMS)数据和环境统计数据,创新性地提出了一套新的时(各小时)-空(各排放源)高分辨率钢铁大气排放清单核算方法,全面性地编制了 2012、2015和2018年中国钢铁行业分工序分地区大气污染物排放清单,并对其环境影响与未来趋势进行评估。本文的主要研究创新工作可以总结为以下两个方面:(1)构建新的基于CEMS数据的高时空分辨率清单核算方法本文引入CEMS等全国范围、各点源水平和各小时频度的实测数据,构建了一个新的基于CEMS数据的时空高分辨率清单核算方法。相比于现有方法,新方法具有如下3个优势:其一,不同于现有方法采用他人文献中的排放因子,新方法采用实测排放浓度,直接计算排放因子与排放量,有效规避间接性参数与假设的使用,以显著提高测算精度;其二,不同于现有方法采用统一无差异性的排放因子,新方法采用点源数据,系统核算了各点源的排放因子及其排放量,以深入剖析不同工序、不同技术的排放差异;其三,不同于现有方法采用不变、滞后(2013年之前)的排放因子,新方法引入高频、最新数据,重新核算了最新排放因子及其排放量,以有效把握钢铁排放的动态演化机制,特别是2012年与2015年新排放标准的实施对钢铁排放的影响。(2)编制不同时期全国全工序钢铁排放清单并模拟不同情境下大气环境影响采用所提出的基于CEMS数据的钢铁排放清单核算模型,针对中国钢铁排放进行了系统、深入、全面的研究,如下:其一,从多种维度(时间、空间、工序和污染物)方面出发,系统分析了中国2015-2018年钢铁行业排放浓度、达标情况、排放情况、改造潜力;其二,建立了基于生产工艺的中国钢铁行业大气污染物排放清单管理系统,自下而上地编制2012、2015和2018年以及未来年全工序的高分辨率中国钢铁企业大气污染源排放清单;其三,采用扩展综合空气质量模型模拟分析2012、2015和2018年及未来年情景下钢铁企业大气污染环境影响。基于上述研究,得出如下主要研究结果。(1)在时间维度上,2015-2018年,中国钢铁主要工序(即烧结机头、机尾、球团焙烧)大气污染物年均、月均排放浓度基本保持下降趋势,与中国钢铁粗钢产量呈现相反的特征。特别地,在秋冬季期间(2017.10-2018.3),重点区域的主要工序污染物浓度下降幅度高于其他区域,东部地区整体达标率高于全国其他地区。(2)在污染物维度上,中国钢铁行业二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM10、PM2.5、BC、OC和EC)的排放量逐年降低,而挥发性有机物(VOCs)排放量呈现上升趋势。(3)在地区维度上,省级排放量最大的是河北省,区域排放量最大的是“2+26”城市。(4)在工序维度上,常规大气污染物(SO2、NOx和PM10)最主要的排放工序是焦化、烧结、球团、高炉四个铁前工序。(5)在环境影响方面,钢铁排放对大气环境污染的贡献分布与其排放量分布相一致。(6)在未来情景方面,若中国钢铁达到发达国家产业结构与超低排放水平,中国钢铁行业的SO2、NOx和PM10排放量将分别下降至4.94万t、7.58万t和4.11万t,其对大气污染物浓度的贡献比例可平均控制在0.31%下。