撫順市環(huán)境空氣質(zhì)量與污染源相關(guān)性分析

苑宏剛

摘要：在系統(tǒng)闡明了撫順市城區(qū)高污染燃料的消耗特征、大氣污染物治理排放特征以及環(huán)境空氣質(zhì)量狀況與評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，采用相關(guān)性分析的方法，系統(tǒng)分析了撫順市城區(qū)2014年環(huán)境空氣質(zhì)量污染物的濃度量值、首要污染物天數(shù)的及月分布，與高污染燃料燃燒污染物排放量之間的關(guān)系。研究表明：PM10、PM2.5代表的煙（粉）塵顆粒物和NO2是首要的污染物因子；煙氣SO2的排放量的擬合線與環(huán)境空氣SO2月濃度的擬合均是一致的凹拋物線，具有良好的一致性；煙（粉）塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度存在的良好的相關(guān)性；煙氣NOx的月排放量及其擬合線與NO2月濃度變化趨勢具有良好的一致性。

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量；污染源；相關(guān)性；二氧化氮；二氧化硫

中圖分類號(hào)：X831

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2017）10006303

1 引言

大量研究表明，區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量與區(qū)域污染源具有極強(qiáng)的相關(guān)性[1～3]。在特定區(qū)域內(nèi)，環(huán)境空氣質(zhì)量污染物在濃度量值、首要污染物天數(shù)，以及出現(xiàn)的特定時(shí)間段上會(huì)呈現(xiàn)特定特征[4]。筆者在系統(tǒng)分析了撫順市城區(qū)高污染燃料的消耗特征、大氣污染物治理排放特征以及環(huán)境空氣質(zhì)量狀況與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，采用相關(guān)性分析的方法，系統(tǒng)分析了撫順市城區(qū)2014年環(huán)境空氣質(zhì)量污染物的濃度量值、首要污染物天數(shù)的及月分布，與高污染燃料燃燒污染物排放量之間的關(guān)系，為高污染燃料禁燃區(qū)科學(xué)客觀地劃分提供必要條件。

2 主要污染物的識(shí)別與確定

高污染燃料禁燃區(qū)劃分方案需要明確確定影響區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量的主要污染物。中國國家標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）共確定六項(xiàng)污染物[5]，分別是SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5。這六項(xiàng)污染物在撫順城區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量濃度特征、首要污染物天數(shù)以及時(shí)間分布上呈現(xiàn)了以下明顯特點(diǎn)。

（1）以PM10、PM2.5代表的煙（粉）塵顆粒物和O3，是自2012年全市有系統(tǒng)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)以來最主要的三種污染物。2012年二級(jí)空氣質(zhì)量以下污染天數(shù)為73 d，O3占了47 d約64%，PM10為26 d約36%；2013年二級(jí)空氣質(zhì)量以下污染天數(shù)為78 d，O3占了21 d約27%，PM10為30 d約38%，PM2.5為27 d約35%；距現(xiàn)在最近的2014年，二級(jí)空氣質(zhì)量以下污染天數(shù)為123 d，O3占了41 d約33%，PM10為10 d約8%，PM2.5達(dá)到了71 d約58%（圖1）。這些數(shù)據(jù)表明，撫順市的環(huán)境空氣污染的主要污染物即為O3和煙（粉）塵顆粒物。

（2）PM10、PM2.5和O3污染物在年度內(nèi)出現(xiàn)的時(shí)間段上，PM10、PM2.5主要出現(xiàn)春、秋和冬季三季，O3污染物主要出現(xiàn)在夏季。

（3）SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5六項(xiàng)污染物，特別是PM10、PM2.5和O3污染物在濃度上，年度內(nèi)呈現(xiàn)規(guī)律性分布。SO2、NO2、PM10和PM2.5一直呈凹型拋物線，這表明4種污染物在污染排放源上具有同一性，而O3呈凸型拋物線。研究表明，O3是環(huán)境空氣的二次污染物，是由于NO2引發(fā)，在夏季強(qiáng)紫外光輻射照射下產(chǎn)生了NO、O、NO2、O2和O3各成分間循環(huán)的光化學(xué)反應(yīng)。圖1也表明，O3的存在與撫順市的光照時(shí)間存在良好的相關(guān)性，盡管日照時(shí)間僅是NO、O、NO2、O2和O3各成分間轉(zhuǎn)化的一個(gè)因素，但是光照時(shí)間卻和紫外線的輻射強(qiáng)度存在一致性。因此，在污染源對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響方面，應(yīng)O3將與NO2歸類，分析NO2與污染源排放的關(guān)系。

通過上述3個(gè)規(guī)律的分析可知，PM10、PM2.5代表的煙（粉）塵顆粒物和NO2是首要的污染物因子。而SO2一直以來作為環(huán)境空氣污染必須分析的污染物，在撫順市的濃度量值在年度內(nèi)的分布特征又與PM10、PM2.5具有相同分布特征和同源性，所以也應(yīng)該把SO2作為污染物因子。因此，撫順市環(huán)境空氣污染物因子確定為PM10、PM2.5、NO2和SO2。

3 主要污染物與污染源相關(guān)性分析

兩個(gè)變量間的相關(guān)性分析是建立兩種變量是否有關(guān)聯(lián)的重要方法。

為客觀分析污染物排放源強(qiáng)度與環(huán)境空氣質(zhì)量間的關(guān)系，做如下技術(shù)處理。

（1）將全年煙氣中的SO2、煙（粉）塵和氮氧化物排放量分為取暖期附加排放量和工業(yè)污染源排放背景值兩部分，工業(yè)污染源各排放總量按12個(gè)月平均到每月中，冬季取暖期的排放量按5個(gè)月平均，分別再加到1、2、3、11和12月等5個(gè)月中。按照此方法，全年分成了取暖期和非取暖期兩段，取暖期分別為1、2、3、11和12月共5個(gè)月份，非取暖期為4、5、6、7、8、9和10月共7個(gè)月份。冬季取暖期的煙氣污染物排放量包括取暖鍋爐排放源和工業(yè)生產(chǎn)使用的高污染燃料源，非取暖期僅為生產(chǎn)使用的高污染燃料源。

（2）將各污染物月排放量進(jìn)行二次曲線擬合，與對(duì)應(yīng)污染物的月平均濃度或者污染天數(shù)進(jìn)行相關(guān)性比較，確定污染物排放是否和環(huán)境空氣污染因子具有相關(guān)性。

3.1 煙氣SO2的排放量與環(huán)境空氣SO2濃度間的相關(guān)性

煙氣SO2的排放量與環(huán)境空氣SO2濃度間的相關(guān)性如圖2。

由圖2可知，煙氣SO2的排放量的擬合線與環(huán)境空氣SO2月濃度的擬合均是一致的凹拋物線，具有良好的一致性，兩者相關(guān)性分別達(dá)到了0.7180和0.9634。凹拋物線特征進(jìn)一步說明，兩者存在的良好的相關(guān)性，環(huán)境空氣中的SO2的濃度與煙氣排放SO2的數(shù)量極其相關(guān)。SO2的排放量在一年中的1、2和3月及11月、12月高，而環(huán)境空氣SO2對(duì)應(yīng)月的平均濃度也高，這也是取暖期比非取暖期多燃燒消耗了大量高污染燃料所致[7]。但是根據(jù)第五章的環(huán)境空氣質(zhì)量分析表明，SO2雖不是首要超標(biāo)污染物，但是仍有一些天IAQI值超過100，因此仍需作為高污染燃料禁燃區(qū)劃分的污染標(biāo)識(shí)物之一。

3.2 煙氣中煙（粉）塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5之間的相關(guān)性

撫順市高污染燃料燃燒排放煙（粉）塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5之間的相關(guān)性如圖3，4所示（以撫順市2014年污染物排放量和環(huán)境空氣質(zhì)量為代表）。

由圖3可知，煙氣煙（粉）塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度均呈現(xiàn)1～3月份、11～12月份高而中間各月份低的現(xiàn)象，具有良好的一致性，這表明取暖期比非取暖期多燃燒消耗了大量高污染燃料所致[8]。圖4表明，每月污染天數(shù)的分布特征與煙（粉）塵排放量也呈現(xiàn)良好的相關(guān)系，并且燃燒排放的煙（粉）塵造成空氣中的PM10和PM2.5超標(biāo)的污染物，已經(jīng)在2013年開始成為撫順市的最主要的污染物，2014年兩者污染天數(shù)之和已達(dá)80 d，占全年污染天數(shù)的65%。PM10和PM2.5的污染應(yīng)該受到嚴(yán)格的注意和防控。

從三者的擬合線來看（圖3），煙（粉）塵的排放量的擬合線與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度擬合線均是一致的凹拋物線型。雖然PM10和PM2.5的擬合度并不高，但是在9次多項(xiàng)式以內(nèi)，2次多項(xiàng)式拋物線擬合形式的相關(guān)系數(shù)仍然最高。凹拋物線的特征也說明了煙（粉）塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度存在的良好的相關(guān)性。這個(gè)結(jié)論與其他城市的研究結(jié)果相同[9]。

PM2.5月首要污染天數(shù)間的相關(guān)性

造成PM10和PM2.5擬合線相關(guān)系數(shù)不高的原因，與非取暖期呈現(xiàn)部分高值有關(guān)，這是因?yàn)榉侨∨诟呶廴救剂先紵欧艧煟ǚ郏m顆粒物數(shù)量雖然低于取暖期，但由于煙（粉）塵粒度過細(xì)，沉降性不佳，幾年累積的結(jié)果，一旦空氣層結(jié)穩(wěn)定，必然會(huì)造成環(huán)境空氣PM10和PM2.5偏高的現(xiàn)象[6]，研究表明，高污染燃料的燃燒，如果治理水平不高，在常規(guī)的干法除塵工藝條件下，直徑小于2.5 μm的PM2.5無法去除，除非采用濕法除塵。這說明了取暖期和非取暖期高污染燃料燃燒排放的煙（粉）塵均是PM10和PM2.5成為環(huán)境空氣質(zhì)量污染最主要的污染物。因此全國很多城市均把高污染燃料燃燒排放的煙（粉）塵作為環(huán)境空氣PM10和PM2.5超標(biāo)的元兇。

綜合上述分析，煙氣中煙（粉）塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5之間均在良好的相關(guān)性，PM10和PM2.5的煙（粉）塵應(yīng)作為高污染燃料禁燃區(qū)劃分的最主要的污染標(biāo)識(shí)物之一。

3.3 煙氣NOx的排放量與環(huán)境空氣NO2濃度間的相關(guān)性

煙氣NOx的排放量與環(huán)境空氣NO2濃度間的相關(guān)性如圖5。

由圖5可知，煙氣NOx的月排放量及其擬合線與NO2月濃度變化趨勢具有良好的一致性。從兩者的擬合線來看，煙氣NOx的月排放量與環(huán)境空氣NO2月平均濃度的擬合線均是一直的凹拋物線，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.7180和0.7294。具有良好的一致性，同前述SO2和煙（粉）塵顆粒物的分析結(jié)果一樣，凹拋物線特征進(jìn)一步說明了兩者存在的良好相關(guān)性，環(huán)境空氣中的NOx的濃度與煙氣排放NO2的數(shù)量極其相關(guān)[10]。NOx的排放量在一年中的1、2、3、11、12月呈現(xiàn)高值，而環(huán)境空氣NO2在對(duì)應(yīng)月上的平均濃度也呈現(xiàn)高值，這與取暖期比非取暖期多燃燒消耗了大量高污染燃料有關(guān)。

NO2在夏季濃度偏低，還在于夏季轉(zhuǎn)化為O3所致。一般而言，O3與NOx的排放量的關(guān)系如圖6。

圖6表明，由NOx氧化物、O2和紫外線光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的O3應(yīng)該引起重視。5～9月份雖然出現(xiàn)的降水天氣對(duì)煙（粉）塵顆粒物有良好的清除作用，但是這些月份的強(qiáng)輻射，NOx會(huì)引發(fā)O3的產(chǎn)生[11]。只有控制了NOx的排放，才能抑制O3的產(chǎn)生，進(jìn)而改變夏季撫順市空氣O3超標(biāo)的現(xiàn)象。

因此，NOx作為高污染燃料燃燒的煙氣排放的引發(fā)的O3污染的引發(fā)劑的角度，NO2、NO等NOx也應(yīng)該作為高污染燃料禁燃區(qū)劃分的污染標(biāo)識(shí)物。

4 結(jié)語

PM10、PM2.5代表的煙（粉）塵顆粒物和NO2是首要的污染物因子；煙氣SO2的排放量的擬合線與環(huán)境空氣SO2月濃度的擬合均是一致的凹拋物線，具有良好的一致性，兩者相關(guān)性分別達(dá)到了0.7180和0.9634；煙（粉）塵的排放量的擬合線與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度擬合線均是一致的凹拋物線型，排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度存在的良好的相關(guān)性；煙氣NOx的月排放量及其擬合線與NO2月濃度變化趨勢具有良好的一致性，擬合相關(guān)系數(shù)R2分別為0.7180和0.7294，具有良好的一致性。

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