鄭州市空氣顆粒物污染特征分析

陳 靜 申 劍 徐曉力 郭躍松

(河南省環(huán)境監(jiān)測中心， 鄭州 450004)

鄭州市空氣顆粒物污染特征分析

陳 靜 申 劍 徐曉力 郭躍松

(河南省環(huán)境監(jiān)測中心， 鄭州 450004)

結合近三年PM2.5和PM10污染變化趨勢，對鄭州市2016年1-6月環(huán)境空氣質(zhì)量污染狀況與氣象條件進行分析，研究表明氣象條件及周邊城市的顆粒物輸入對空氣質(zhì)量影響不大，鄭州市空氣污染主要原因是大量的城中村拆遷建筑工地和建設工地揚塵，高速增長的機動車尾氣污染物和交通揚塵造成的面源污染，以及燃煤作為主要能源所產(chǎn)生的污染和火電廠、水泥/陶瓷業(yè)、有色金屬冶煉等高污染工業(yè)行業(yè)的污染物排放。

鄭州市；顆粒物；污染特征；污染源

國家統(tǒng)計局發(fā)布的《2015年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》[1]和環(huán)境保護部發(fā)布的《2015中國環(huán)境狀況公報》[2]顯示，按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)監(jiān)測評價的338個地級以上城市中，城市空氣質(zhì)量達標的城市占21.6%，未達標的城市占78.4%，我國城市空氣污染形勢嚴峻。環(huán)保部按照環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)對全國74個重點城市進行排名，2013年以來倒數(shù)后十名城市基本位于京津冀及周邊地區(qū)，鄭州市始終處于污染較重的行列，且名次逐年退后，2016年上半年倒數(shù)第三位。

1 空氣質(zhì)量污染狀況

根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，鄭州市2016年1-6月空氣綜合質(zhì)量指數(shù)8.56，為中污染(表1)。首要污染物PM10，濃度均值超《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)二級標準1.4倍；其次為PM2.5，濃度均值超二級標準1.3倍。上半年優(yōu)良天數(shù)61天，污染天數(shù)為121天，其中重度及以上污染天數(shù)達到20天；污染天氣中，PM2.5、PM10分別為首要污染物的天數(shù)均為42天。

表1 2016年1-6月及近三年空氣質(zhì)量AQI和顆粒物監(jiān)測結果

2013年以來，鄭州市環(huán)境空氣質(zhì)量級別均超二級標準，顆粒物(PM10、PM2.5)濃度均值超標1倍以上，污染狀態(tài)居高不下。從環(huán)境空氣質(zhì)量日達標情況來看，優(yōu)、良天數(shù)比例不足一半，重度及以上污染天數(shù)比例高于10%。顆粒物為環(huán)境空氣影響最為嚴重的因素。

環(huán)境空氣污染具有明顯的季節(jié)性變化特征[3]，由于氣候及植被影響，夏季空氣質(zhì)量最好、冬季污染程度最高。從全年污染天氣級別分布比例來看(圖1)，夏季“優(yōu)良空氣”和“輕度污染”較多，其次是春季，冬季最差。

圖1 鄭州市空氣質(zhì)量季節(jié)性分布情況

2 PM2.5和PM10分析

2013-2015年，PM2.5對鄭州市的影響最為嚴重(表2)。2015年PM2.5為首要污染物的天數(shù)為193天(占比52.9%)，其中上半年為115天(占比63.5%)；2016年上半年，PM2.5為首要污染物的天數(shù)為49天(占比26.9%)。但是，PM10對空氣質(zhì)量的影響在持續(xù)增大，2015年為首要污染物的天數(shù)110天(占比30.1%)，其中上半年為46天(占比25.4%)；2016年上半年為首要污染物的天數(shù)為77天(占比42.3%)。

表2 環(huán)境空氣污染負荷分析

顆粒物(PM10、PM2.5)處于高污染態(tài)勢，長期超二級標準，為環(huán)境空氣污染防治重點。兩項因子濃度均值具有明顯的季節(jié)性變化特征，呈現(xiàn)典型的U型分布，即冬季濃度最高，春、秋季次之，夏季最輕(圖2)。

圖2 2015年1月-2016年6月PM10、PM2.5月均濃度趨勢圖

3 污染特征

3.1 顆粒物污染與天氣的關系

鄭州市2016年1-6月天氣較為平穩(wěn)，以晴和多云為主。風力以3級以下微風為主，偶有3～4級、4～5級陣風，平均風速在2.0～2.4m/s之間；主導風向為北風，比例為82.4%，其他風向占17.6%。僅有24天降雨，多為小雨、陣雨/雪，降水集中在6月份。霧天和連續(xù)大風等極端天氣較少出現(xiàn)(表3)。

由氣象條件與環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，顆粒物污染變化與風向無明顯相關性，在相同風向既出現(xiàn)較重污染也出現(xiàn)良好；污染變化與季節(jié)溫度變化沒有明顯的相關性[3]；降雨使顆粒物污染下降；當天氣情況不利于擴散和沉降時，顆粒物污染呈現(xiàn)持續(xù)性[4]。

表3 2016年1-6月氣象條件統(tǒng)計

3.2 周邊城市影響分析

鄭州市周邊城市的PM2.5、PM10污染情況見表4。周邊的西北部三個城市部分時段濃度高于鄭州市，主要集中于冬季和早春1-3月份。污染相對較重的新鄉(xiāng)、焦作市位于北部及西北方向60km處，在北風作用下污染物可能影響，但鄭州市主要風力為3級以下微風，通過區(qū)域傳輸外來污染的影響較小。因此周邊城市的影響不顯著。

表4 2016年1-6月份周邊五個城市空氣質(zhì)量顆粒物監(jiān)測結果 單位：μg/m3

4 顆粒物污染原因分析

4.1 污染源情況

根據(jù)污染源解析結果[5]，鄭州市受外省遠距離輸送PM2.5的影響貢獻率為18%～27%，以本地污染排放為主；機動車、工業(yè)過程、燃煤和揚塵是本地四大主要污染來源，貢獻率依次為：揚塵25.4%、工業(yè)過程20.2%、機動車和燃煤均為19%，其它16%可能來源于生物質(zhì)燃燒、餐飲、汽車修理、涂料等。

工業(yè)過程及燃煤污染源主要分布于市區(qū)西部和西南縣區(qū)，重點是非金屬礦物制品業(yè)、電廠和有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)，煙粉塵約占全市工業(yè)總排放量的85%，其中非金屬礦物制造業(yè)主要是水泥廠、碳素廠，有色冶煉行業(yè)主要是鋁加工，以及分散在城鄉(xiāng)結合部和農(nóng)村的燃煤。

揚塵污染源是房地產(chǎn)和市政建設工地、道路清掃、機動車和生活爐灶等。據(jù)市建委統(tǒng)計,2016年6月建筑工地1995個，尚不包括按行業(yè)劃分到其它職能部門管理的建設工地，諸如城管、交通、園林、水務、國土、南水北調(diào)辦以及軌道交通公司等。揚塵尤其冬、春季較高，究其原因是冬季氣候比較干燥，且裸土面積增大，而春季風沙、風頻較秋季大。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,鄭州市2015年機動車保有量261萬輛，且每年以30萬輛的速度遞增，已超過廣州等一線城市，主城區(qū)機動車保有量已達160萬輛。目前推進黃標車及老舊車輛淘汰，加強機動車源頭控制和在用車日常監(jiān)管，加強機動車污染防治的監(jiān)管執(zhí)法，但由于機動車不斷增加，機動車污染物排放仍是改善空氣質(zhì)量的頸瓶之一[6]。

4.2 顆粒物污染成因解析

大氣環(huán)境污染屬于煤煙塵、機動車尾氣、揚塵和二次氣溶膠、氨、揮發(fā)性有機物為主的多源復合型污染[7]。由顆粒物污染與天氣狀況數(shù)據(jù)可以看出，主導風向為北風，但工業(yè)污染源主要集中在西部和西南，空氣污染與風向沒有明顯相關關系；平均風速在2.0～2.4 m/s之間，風力較弱，對顆粒物擴散有一定影響[8]，周邊城市的影響不大，輸入型污染并不是鄭州市空氣污染的主要原因。

空氣顆粒物污染具有持續(xù)性和均勻分布的特征，屬于面源型污染。鄭州市規(guī)劃2015年四環(huán)內(nèi)城中村拆遷完畢，2016年年底前四環(huán)外、城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)及周邊3 km范圍內(nèi)的棚戶區(qū)改造項目拆遷完畢。建筑施工排放顆粒物主要是在拆遷、地基開挖和原料渣土裝卸運輸過程中，經(jīng)調(diào)查，3月份在建的建筑工地主要分布在距市中心6km以外的市區(qū)邊緣，其中40%在市區(qū)西北部，并非均勻分布在市區(qū)，近距離揚塵有較大影響。積塵負荷高的路段主要特點為鄰近施工工地、渣土運輸車數(shù)量多、道路破損等；由于夜間渣土運輸車數(shù)量增加，渣土車沿途拋灑與帶泥上路等，部分道路積塵負荷夜間高于白天。連片城中村集中拆遷和大量建設工地施工密度之高、力度之大在全國城市中少見，盡管對建設工地采取了六個100%標準來控制揚塵污染，但對顆粒物的貢獻不可小視。

鄭州市建成區(qū)面積392.8 km2，全國排名17，而機動車保有量全國第8，單位面積機動車保有量比例在全國名列前茅，遠超北京等大城市和各周邊省份省會城市[9]。汽車的快速增長，城市道路負荷過重，勢必造成擁堵的日益嚴重，根據(jù)高德地圖《2015年中國主要城市交通分析報告》，從實時路況服務覆蓋的城市和高速路網(wǎng)中，鄭州市全天平均車速僅26.53 km/h。其次，作為重要的交通樞紐、商貿(mào)物資集散地，有京港澳、連霍等多條國家和地區(qū)性高速公路，公路通行量頗高，過境車輛尤其重型貨車非常多，尤其夜間無證照、假證照、超標車輛上路，且高峰期部分公路出現(xiàn)短時間擁堵現(xiàn)象，由此排出的機動車尾氣污染物量非常高。2015年機動車尾氣排放顆粒物4 547 t，尚不包括過境車輛和非移動工程車輛排放的污染物。

圖3 2015年城市單位面積機動車保有量比較

過度依賴煤炭的能源供應結構對顆粒物污染影響巨大，2015年鄭州市煤炭消費2 764萬t，在能源結構中占絕對主導地位。據(jù)調(diào)查，鄭州市2015年899臺鍋爐中88.3%為10蒸噸以下小鍋爐，其中622臺為10蒸噸以下燃煤鍋爐，小、散燃煤污染源所產(chǎn)生的污染，尤其20噸以下小型燃煤鍋爐存在著監(jiān)管和治理難的問題，始終是污染排放超標的重災區(qū)。

5 對策建議

5.1 控制揚塵

鄭州市揚塵污染是最大污染源，須重視眾多施工工地造成的揚塵污染防治，把重心放在控制建筑、交通揚塵上，各局委各司其職、分工負責。城市建成區(qū)市政道路施工實行交通高峰錯時分段推進，對已開挖路面及時回填，杜絕“圍而不建”現(xiàn)象，施工過程中對裸露地面及物料、土方進行有效全遮蓋和灑水壓塵；施工工地揚塵防治措施不到位一律停工整改；通過對各類破損道路路面修補修復，對城區(qū)主次干道及周邊道路、高速公路和省市縣鄉(xiāng)級公路及時清掃、灑水等，減少現(xiàn)有企業(yè)物料汽車運輸對區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響；對建筑垃圾清運車輛實施源頭治理，限時、限速行駛；建設專業(yè)園區(qū)企業(yè)集中發(fā)展、集中物料全封閉堆場，由鐵路專用線集中運輸，逐步減少汽車公路物料運輸量。

5.2 控制機動車污染

機動車數(shù)量的增加速度較快，使用柴油的重型車輛多、過境車輛多，市區(qū)施工工地較多，因而非道路移動機械數(shù)量多，油品沒有保障。鄭州市目前的機動車保有量已接近飽和，適時采取限號行駛和限購措施，控制車輛發(fā)展速度；采取區(qū)域限行，大幅降低市中心區(qū)域的車流量，逐步解決擁堵問題；加強對機動車排放的監(jiān)管，加快淘汰黃標車和老舊車輛；強化公共交通，推動綠色出行。

5.3 控制燃煤

污染防治的重點之一在于優(yōu)化能源結構，不斷增加電力、天然氣等清潔能源的供應量，加大各類燃煤設施清潔能源改造力度，建設風力、太陽能發(fā)電基礎設施，提高非化石能源的比重，每年循序推進煤炭消費總量削減任務；明確規(guī)定并嚴格監(jiān)管煤炭質(zhì)量，灰分不能超過35%、硫分低于0.5%；篩查、清理建成區(qū)小散鍋爐，推進燃煤鍋爐拆改配套設施建設；實施清潔煤替代散煤，以電網(wǎng)改造、燃氣進戶、熱力管網(wǎng)輻射為主,低氮燃氣鍋爐集中供暖、清潔煤替代為輔的方式，推進城鄉(xiāng)居民采暖散煤替代,進一步減少分散燃煤鍋爐和居民生活用煤污染；建設專業(yè)工業(yè)園區(qū)，實施集中供熱(氣)，冬季采暖期和重污染天氣應急預警期間,采取停產(chǎn)、限產(chǎn)限排措施,減少污染物排放。燃煤鍋爐必須安裝污染物排放自動監(jiān)控設備并與環(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)，強化監(jiān)管。

5.4 控制工業(yè)大氣污染物

根據(jù)鄭州市規(guī)劃加快產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，發(fā)展壯大電子信息、汽車及裝備制造、新材料、生物及醫(yī)藥等四大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，改造提升現(xiàn)代食品制造、鋁及鋁精深加工業(yè)、家居和品牌服裝制造業(yè)等三大傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，壓縮淘汰落后產(chǎn)能，重點控制火電、水泥/耐火材料、有色金屬冶煉等高污染區(qū)域特征行業(yè)，分期分批將電力等重污染企業(yè)遷出環(huán)境空氣敏感區(qū)；上網(wǎng)燃煤電廠、65蒸噸以上燃煤供熱鍋爐進行超低排放改造；對高耗能、高污染、產(chǎn)能過剩的鋼鐵、煤炭、電解鋁等工業(yè)企業(yè)環(huán)保執(zhí)法檢查,對污染物超標排放的企業(yè)依法采取按日計罰、停產(chǎn)整治等措施；對經(jīng)整改仍未達到能耗限額標準要求的鋼鐵、煤炭、電解鋁企業(yè)依法予以關停。實施嚴格限排措施，強制企業(yè)有效運行治污措施；工業(yè)爐窯廢氣提標治理，嚴格要求達到DB 41/1066-2015《河南省工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準準》，不能按要求完成治理任務的一律依法停產(chǎn)治理。

[1] 國家統(tǒng)計局.2015年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[EB/OL].(2016-02-09)[2016-05-24].http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201602/t20160229_1323991.html.

[2] 環(huán)境保護部.2015中國環(huán)境狀況公報[EB/OL].(2016-05-20)[2016-08-21].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201606/W020160602413860519309.pdf.

[3] 郎鳳玲,閆偉奇,張泉.北京大氣顆粒物數(shù)濃度粒徑分布特征及與氣象條件的相關性[J].中國環(huán)境科學,2013,33(7):1153-1159.

[3] 鄧利群,錢駿，廖瑞雪.2009年8～9月成都市顆粒物污染及其與氣象條件的關系[J].中國環(huán)境科學,2012,32(8)：1433-1438.

[4] 周敏,陳長虹，喬利平. 2013年1月中國中東部大氣重污染期間上海顆粒物的污染特征[J].環(huán)境科學學報,2013,33(11)：3118-3126.

[5] 多克辛. 大氣灰霾追因與防治對策:河南省大氣灰霾污染專項研究成果[M].北京：中國環(huán)境出版社,2016.

[6] 陳靜,多克辛，于莉，等.機動車尾氣與秸稈焚燒對霧霾的影響[C].中國環(huán)境科學學會學術年會會議論文集,2013，5:4842-4844

[7] 肖致美,畢曉輝，馮銀廠.天津市大氣顆粒物污染特征與來源構成變化[J].環(huán)境科學研究,2014,27(3)：246-252

[8] 陶燕,劉亞夢，米生權.大氣細顆粒物的污染特征及對人體健康的影響[J].環(huán)境科學學報,2014,34(3):592-597

[9] 國家統(tǒng)計局.2015中國城市統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社,2016.

An analysis of pollution characteristics for atmospheric particulates in Zhengzhou

Chen Jing, Shen Jian, Xu Xiaoli, Guo Yuesong

(Henan Environmental Monitoring Centre, Zhengzhou 450004, China)

An analysis was carried out based on ambient air environmental quality dada and corresponding meteorological conditions in Zhengzhou from January to June in 2016, while taking into accounts the trends for PM2.5and PM10variation in recent three years. The results showed that the contribution of both meteorological conditions and importing particulates from surrounding cities are insignificant to the ambient air environmental quality. Major contributors for PM2.5and PM10include dust sources for a large amounts of construction and demolishing sites in the city, area sources composed of exhausted gas and traffic dust due to rapidly increased vehicles, as well as point sources such as thermal power, cement and ceramics, non-ferrous metal metallurgical industries etc.

Zhengzhou; atmospheric particulate; pollution characteristics; pollution sources

2016-09-20;2016-10-27修回

陳靜，女，1971年生，高級工程師，研究方向：環(huán)境科學、環(huán)境統(tǒng)計。E-mail:zlchen 0217@sina.com

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