北京市門(mén)頭溝區(qū)“煤改電”工程大氣環(huán)境質(zhì)量改善效果監(jiān)測(cè)分析

張繼平， 寧楊翠， 劉春蘭①， 李 錚， 王海華， 陳 龍， 魯春霞

(1.北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院， 北京 100037； 2.國(guó)家城市環(huán)境污染控制工程技術(shù)研究中心， 北京 100037； 3. 國(guó)家環(huán)境保護(hù)工業(yè)廢水污染控制工程技術(shù)(北京)中心， 北京 100037； 4.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所， 北京 100101)

北京市門(mén)頭溝區(qū)“煤改電”工程大氣環(huán)境質(zhì)量改善效果監(jiān)測(cè)分析

張繼平1,2,3， 寧楊翠1,2,3， 劉春蘭1,2,3①， 李 錚1,2,3， 王海華1,2,3， 陳 龍1,2,3， 魯春霞4

(1.北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院， 北京 100037； 2.國(guó)家城市環(huán)境污染控制工程技術(shù)研究中心， 北京 100037； 3. 國(guó)家環(huán)境保護(hù)工業(yè)廢水污染控制工程技術(shù)(北京)中心， 北京 100037； 4.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所， 北京 100101)

北京市農(nóng)村地區(qū)煤炭消費(fèi)嚴(yán)重影響區(qū)域空氣質(zhì)量。為改善空氣質(zhì)量，減少農(nóng)村地區(qū)燃煤污染，北京市開(kāi)展了以“煤改電”工程為代表的農(nóng)村地區(qū)“減煤換煤、清潔空氣”行動(dòng)。為科學(xué)評(píng)估“煤改電”工程對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的改善作用，研究選擇門(mén)頭溝區(qū)王平鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)的東馬各莊村和西石古巖村分別作為實(shí)施“煤改電”工程和未實(shí)施“煤改電”工程的典型區(qū)域，對(duì)比PM2.5、PM10、SO2及NO2等大氣污染物濃度的差異，分析“煤改電”工程的大氣污染物減排效果。結(jié)果表明,實(shí)施了“煤改電”工程的東馬各莊村PM2.5、PM10、SO2和NO2質(zhì)量濃度分別比未實(shí)施“煤改電”工程的西石古巖村低44.90%、24.75%、20.41%和26.67%；PM2.5、PM10、SO2和NO2的采暖季質(zhì)量濃度分別是非采暖季的1.4、1.6、1.8和1.4倍?！懊焊碾姟惫こ棠軌蛴行Ц纳茀^(qū)域空氣質(zhì)量，尤其是在降低細(xì)顆粒物濃度方面具有較好的環(huán)境效益。建議未來(lái)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村地區(qū)煤炭消費(fèi)的監(jiān)督管理，在積極鞏固“煤改電”工程現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)政府政策引導(dǎo)，穩(wěn)步推進(jìn)“煤改電”工程實(shí)施規(guī)模。

“煤改電”工程； 大氣污染物； 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)； 北京市； 門(mén)頭溝區(qū)

煤炭燃燒時(shí)除了產(chǎn)生大量顆粒物外,還會(huì)生成CO、CO2、SO2及少量SO3、NOx、烴類有機(jī)物等有害氣體,對(duì)環(huán)境及人體健康造成危害[1-5]。北京市環(huán)保監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)表明,本地污染源中,燃煤對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率是22.4%,僅次于機(jī)動(dòng)車(chē)[6]。因此,治理散煤是北京能源清潔化、大氣污染防治的重點(diǎn)工作內(nèi)容之一[7-10]。據(jù)統(tǒng)計(jì),北京市農(nóng)村地區(qū)2014年全年煤炭消費(fèi)286萬(wàn)t,其中60%～70%用于冬季采暖,戶均采暖用煤2.6 t。農(nóng)村住宅普遍缺乏保溫措施,采用設(shè)施效率低,采暖能耗達(dá)28.3 kg·m-2(以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)),遠(yuǎn)高于城鎮(zhèn)8 kg·m-2的水平[11]?？梢?jiàn),有效減少農(nóng)村地區(qū)煤炭消費(fèi),尤其是冬季采暖煤炭消費(fèi),是推動(dòng)北京市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整及大氣污染治理的關(guān)鍵。

為改善空氣質(zhì)量,減少農(nóng)村燃煤污染,北京市自2013年8月啟動(dòng)了農(nóng)村地區(qū)“減煤換煤、清潔空氣”行動(dòng),該行動(dòng)的主要措施包括“煤改電”、型煤置換、天然氣入戶、太陽(yáng)能熱利用、液化石油氣下鄉(xiāng)、沼氣利用、農(nóng)村住宅清潔能源分戶自采暖等多種方式[12-15]。其中,“煤改電”措施具有污染物零排放、采暖效率高、耗能低等優(yōu)點(diǎn),受到廣大農(nóng)村用戶的一致認(rèn)可。為進(jìn)一步推進(jìn)“煤改電”工程,北京市市政府出臺(tái)了電價(jià)補(bǔ)貼、采暖設(shè)備補(bǔ)貼、電網(wǎng)改造投資補(bǔ)貼等多項(xiàng)優(yōu)惠政策[16-18]。2015年北京市共有72個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、166個(gè)村、5萬(wàn)居民實(shí)施“煤改電”工程。目前,“煤改電”主要有空氣源熱泵、蓄熱式電采暖器、電地暖、電鍋爐供暖等多種方式,其中,空氣源熱泵因功率小、耗能低、散熱均勻、保溫效果好等優(yōu)點(diǎn),最受居民青睞[19-21]。

迄今為止,北京市農(nóng)村地區(qū)“煤改電”工程已實(shí)施3 a,該工程的效果以及對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境的改善作用如何,都迫切需要科學(xué)評(píng)估。已有相關(guān)研究多基于設(shè)備耗能情況及國(guó)家相關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算污染物排放總量[22-23],或基于排放因子法估算減少燃煤導(dǎo)致的大氣污染物減排量[5-7],而缺乏基于實(shí)際大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析。

該研究以門(mén)頭溝區(qū)“煤改電”工程為例,選擇典型地區(qū)設(shè)置大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)照樣點(diǎn),對(duì)比PM2.5、PM10、SO2及NO2等大氣污染物濃度的差異,以及采暖季和非采暖季各污染物濃度的差異,分析“煤改電”工程的大氣污染物減排效果,為北京市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整及大氣污染治理提供決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

截至2015年底,門(mén)頭溝區(qū)已累計(jì)完成11個(gè)村“煤改電”計(jì)劃,涉及3 815戶6 622人,累計(jì)減煤1.15萬(wàn)t[24]。綜合考慮“煤改電”工程實(shí)施情況、區(qū)域代表性、電力供應(yīng)條件及設(shè)備維持需求,項(xiàng)目選擇門(mén)頭溝區(qū)王平鎮(zhèn)轄區(qū)內(nèi)的東馬各莊村和西石古巖村分別作為實(shí)施“煤改電”工程和未實(shí)施“煤改電”工程的典型區(qū)域,設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)開(kāi)展大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)。2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基本情況如表1所示。

表1監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本情況

Table1Introductiontomonitoringsites

監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理位置村莊面積/hm2海拔/m總?cè)丝?人常住人口/人常住人口密度/(人·hm-2)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)主要能源消費(fèi)取暖方式東馬各莊村39.9627°N,116.0269°E602202541502.50種植業(yè)電、天然氣空氣源熱泵西石古巖村39.9735°N,116.0005°E901923802002.22種植業(yè)型煤型煤

2個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)地理位置毗鄰,周邊自然地理環(huán)境相仿,氣象條件大體一致,因此,可以認(rèn)為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的大氣環(huán)境本底基本相同,大氣污染物濃度之間的差異主要受區(qū)域人類活動(dòng)的影響。由于2個(gè)村莊均無(wú)工業(yè)生產(chǎn),除民用燃燒外,區(qū)域內(nèi)的人為排放源主要包括汽車(chē)尾氣、道路揚(yáng)塵及農(nóng)業(yè)施肥等。2個(gè)村莊規(guī)模均較小,村莊內(nèi)道路狹窄,過(guò)往機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量有限,種植的作物又基本一致,據(jù)此推測(cè)2個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)大氣污染物濃度之間的差異主要與型煤燃燒有關(guān)。

為進(jìn)一步分析2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與門(mén)頭溝區(qū)及北京市城區(qū)整體大氣環(huán)境質(zhì)量狀況的差異性,研究采用北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心發(fā)布的門(mén)頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)和北京市城區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)空間分布如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)空間分布示意Fig.1 Distribution of monitoring sites

1.2 監(jiān)測(cè)及檢測(cè)方法

研究主要對(duì)PM2.5、PM10、SO2及NO2這4項(xiàng)大氣污染物濃度進(jìn)行分析,其中,PM2.5與PM10數(shù)據(jù)取自2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的在線顆粒物監(jiān)測(cè)儀,其采樣時(shí)間為1 min,基于每分鐘數(shù)據(jù)計(jì)算每小時(shí)濃度值,進(jìn)而計(jì)算日濃度值。每隔24 h對(duì)SO2、NO2空氣樣品進(jìn)行1次樣品采集,樣品檢測(cè)結(jié)果即為日濃度值,日濃度監(jiān)測(cè)值符合GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[25]對(duì)數(shù)據(jù)有效性的規(guī)定。

1.2.1PM2.5與PM10監(jiān)測(cè)

使用北京市環(huán)科公司研發(fā)HBKLW-2型在線顆粒物監(jiān)測(cè)儀,開(kāi)展顆粒物濃度連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)時(shí)間為2015年3月5日—4月17日,根據(jù)當(dāng)?shù)匦畔T的記錄,3月下旬開(kāi)始,村民們陸續(xù)開(kāi)始停止采暖,至3月31日,停止采暖的戶數(shù)達(dá)到各村總戶數(shù)的90%左右。因此,將3月31日之前視為采暖季,3月31日之后視為非采暖季。

1.2.2SO2與NO2監(jiān)測(cè)

采樣點(diǎn)、采樣環(huán)境、采樣高度及采樣頻率按HJ/T 194—2005《環(huán)境空氣質(zhì)量手工監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[26]執(zhí)行,采樣儀器為KB-BE型大氣采樣儀。采樣前使用皂膜流量計(jì)進(jìn)行流量校準(zhǔn),采樣流量的相對(duì)誤差小于±5%。采樣時(shí)取內(nèi)裝50.0 mL吸收液的多孔玻板吸收瓶, 以0.2 L·min-1流量進(jìn)行24 h連續(xù)采

樣。采樣結(jié)束時(shí),迅速將采樣管用硅膠管封閉。

NO2:根據(jù)HJ 479—2009《環(huán)境空氣 氮氧化物(一氧化氮和二氧化氮)的測(cè)定 鹽酸萘乙二胺分光光度法》[27]測(cè)定,檢出限為0.005 mg·m-3。

SO2:根據(jù)HJ 482—2009《環(huán)境空氣 二氧化硫的測(cè)定 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》[28]測(cè)定,檢出限為0.007 mg·m-3。

SO2及NO2的監(jiān)測(cè)時(shí)間分為2個(gè)階段(每個(gè)階段分為1周采樣期和1周室內(nèi)測(cè)試分析期),其中,3月6—13日為采暖季監(jiān)測(cè)時(shí)段,4月11—17日為非采暖季監(jiān)測(cè)時(shí)段。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

受意外斷電及異常干擾活動(dòng)等不可控因素的影響,部分日期的顆粒物濃度數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺測(cè)和誤測(cè)。2015年3月5日和4月17日分別為儀器安裝和卸載日期,從3月5日10時(shí)開(kāi)始獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),至4月17日15時(shí)結(jié)束監(jiān)測(cè);3月8日、3月11日、3月27日和4月9日各有5 min的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失,4月12日有20 min的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失;3月14日、3月19日、3月20日及4月15日均有2～5 min的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常,表現(xiàn)為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驟然升高數(shù)十倍。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制分析,對(duì)缺測(cè)及誤測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了剔除,進(jìn)而獲得有效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用SPSS 17.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.1.1PM2.5日濃度變化分析

監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)PM2.5日濃度呈波動(dòng)變化趨勢(shì),日變化情況主要受區(qū)域大氣環(huán)境的氣象條件影響。日濃度較小值一般出現(xiàn)在強(qiáng)風(fēng)或降水天氣過(guò)后,如4月1—2日出現(xiàn)降雨過(guò)程,4月12日出現(xiàn)4～5級(jí)北風(fēng)。日濃度較大值出現(xiàn)在連續(xù)的低壓、無(wú)風(fēng)、較高相對(duì)濕度的霧霾天氣下。此外,受元宵節(jié)燃放煙花爆竹等特殊事件的影響,3月5—6日PM2.5濃度出現(xiàn)高峰(圖2)。

圖2 PM2.5日濃度變化曲線Fig.2 Daily variation curve of PM2.5 concentration

將監(jiān)測(cè)結(jié)果與HJ 633—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較可知,監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi),各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均出現(xiàn)PM2.5濃度超標(biāo)情況,具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)PM2.5日濃度對(duì)應(yīng)空氣質(zhì)量等級(jí)統(tǒng)計(jì)

Table 2 Statistics of daily PM2.5 concentration and its corresponding grade of air quality within the monitoring period d

由表2可知,東馬各莊村PM2.5日濃度所對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量級(jí)別以優(yōu)、良為主,占監(jiān)測(cè)總天數(shù)的77.3%。西石古巖村PM2.5日濃度有2 d達(dá)嚴(yán)重污染級(jí)別,只有19 d空氣質(zhì)量為優(yōu)、良級(jí),達(dá)標(biāo)率僅為43.2%。北京城區(qū)和門(mén)頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)的PM2.5日濃度達(dá)標(biāo)率均為50%左右。

2.1.2PM2.5日均濃度分析

經(jīng)過(guò)“煤改電”的東馬各莊村PM2.5日均濃度為(54±38) μg·m-3,明顯低于其他3個(gè)區(qū)域。西石古巖村的PM2.5日均濃度最大,達(dá)(99±63) μg·m-3,龍泉鎮(zhèn)和北京市城區(qū)的PM2.5日均濃度差異較小(表3)。

表3PM2.5日濃度統(tǒng)計(jì)分析

Table 3 Statistics of daily PM2.5 concentration μg·m-3

方差分析表明,兩村監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5日濃度之間存在極顯著差異(sig.值=0.0001,P<0.01)?？梢?jiàn),“煤改電”工程的實(shí)施能夠有效降低大氣中PM2.5濃度,可使其濃度水平下降45%左右。

2.1.3PM2.5小時(shí)濃度分析

以監(jiān)測(cè)期間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)每分鐘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)每小時(shí)PM2.5濃度的平均值,進(jìn)而計(jì)算顆粒物逐小時(shí)PM2.5濃度平均值，計(jì)算結(jié)果圖3所示。由圖3可見(jiàn)，采取“煤改電”措施的東馬各莊村每小時(shí)PM2.5濃度均遠(yuǎn)低于其他3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。從波動(dòng)幅度來(lái)看,西石古巖村的波動(dòng)幅度最大,中午11時(shí)至次日凌晨為全天濃度最高值,17時(shí)至次日凌晨的PM2.5濃度水平明顯高于其他3個(gè)區(qū)域,這與該村村民夜間的燃煤取暖活動(dòng)密切相關(guān)。

D8 FOCUS X射線衍射儀(德國(guó)布魯克)。工作條件：CuKα射線；Ni濾波；電壓為40kV；電流為40mA；LynxEye192位陣列探測(cè)器；掃描步長(zhǎng)(2θ)為0.01°；掃描速度每步為0.1s；波長(zhǎng)為0.154nm。

2.2 PM10監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.2.1PM10日濃度變化分析

PM10日濃度變化總體上與PM2.5的變化一致,其濃度值大約是PM2.5濃度的1.5～2倍左右(圖4)。

圖3 PM2.5小時(shí)濃度變化曲線Fig.3 Hourly variation curve of PM2.5 concentration

圖4 PM10日濃度變化曲線Fig.4 Daily variation curve of PM10 concentration relative to monitoring site

監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi),各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均出現(xiàn)PM10濃度超標(biāo)情況,東馬各莊村和龍泉鎮(zhèn)的PM10日濃度對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量級(jí)別以優(yōu)、良為主,兩者占監(jiān)測(cè)總天數(shù)的63.6%,北京城區(qū)達(dá)標(biāo)天數(shù)占比為56.8%,而西石古巖村的空氣質(zhì)量達(dá)優(yōu)、良等級(jí)天數(shù)僅占43.2%,空氣污染比較嚴(yán)重(表4)。

表4監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)PM10日濃度對(duì)應(yīng)空氣質(zhì)量等級(jí)統(tǒng)計(jì)

Table 4 Statistics of daily mean PM10 concentration and its corresponding grade of air quality within monitoring period d

2.2.2PM10日均濃度分析

門(mén)頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)PM10日均濃度最小,為(131±82) μg·m-3,西石古巖村PM10日均濃度最大,達(dá)(198±119) μg·m-3。實(shí)施“煤改電”的東馬各莊村和北京市城區(qū)基本持平,PM10日均濃度分別為(149±98)和(144±84) μg·m-3(表5)。

表5PM10日濃度統(tǒng)計(jì)分析

Table 5 Statistics of daily PM10 concentration μg·m-3

方差分析表明,兩村監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM10日濃度之間存在顯著性差異(sig.值=0.038,P<0.05),而東馬各莊村和城區(qū)PM10日濃度之間不存在顯著性差異(sig.值=0.15,P>0.05)?？梢?jiàn),“煤改電”工程的實(shí)施能夠有效降低大氣中PM10濃度,可使其濃度水平下降25%左右。

2.2.3PM10小時(shí)濃度分析

圖5 PM10小時(shí)濃度變化曲線Fig.5 Hourly variation curve of PM10 concentration

從日變化規(guī)律來(lái)看,17時(shí)以前2個(gè)監(jiān)測(cè)村的變化趨勢(shì)基本一致,東馬各莊村的PM10濃度低于西石古巖村,17時(shí)以后,東馬各莊村PM10濃度呈明顯下降趨勢(shì),而西石古巖村的PM10濃度居高不下,并且各時(shí)刻濃度均高于其他3個(gè)區(qū)域(7時(shí)除外),反眏出煤炭燃燒對(duì)區(qū)域大氣質(zhì)量的負(fù)面影響。

2.3 SO2檢測(cè)結(jié)果分析

監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)門(mén)頭溝3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和北京市城區(qū)的SO2日濃度全部達(dá)標(biāo),且絕大多數(shù)達(dá)到一類區(qū)要求,其對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量也以優(yōu)級(jí)為主(表6)。

表6監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)SO2日濃度達(dá)標(biāo)天數(shù)統(tǒng)計(jì)

Table 6 Statistics of up-to-standard daily SO2 concentration within monitoring period d

東馬各莊村及西石古巖村的SO2日均濃度分別為(0.019 5±0.018 1)和(0.024 5±0.019 5) mg·m-3,龍泉鎮(zhèn)和北京城區(qū)SO2日均濃度分別為(0.014 3±0.011 5)和(0.019 2±0.014 9) mg·m-3(表7)。東馬各莊村SO2日均濃度較西石古巖村下降20.41%,表明“煤改電”工程的實(shí)施能夠降低大氣中SO2濃度,可使其濃度水平下降20%左右。

2.4 NO2檢測(cè)結(jié)果分析

監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)門(mén)頭溝3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)NO2日濃度全部達(dá)標(biāo)。其中東馬各莊村和西石古巖村的空氣質(zhì)量以優(yōu)級(jí)為主,龍泉鎮(zhèn)優(yōu)、良級(jí)各占一半。北京市城區(qū)有12 d達(dá)優(yōu)級(jí),另外3 d的NO2日濃度超過(guò)0.08 mg·m-3,屬于輕度污染等級(jí)。監(jiān)測(cè)期內(nèi),東馬各莊村NO2日濃度全部達(dá)到一類區(qū)要求,且其對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量等級(jí)全部為優(yōu)。從NO2日濃度的達(dá)標(biāo)情況和對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量級(jí)別來(lái)看,實(shí)施了“煤改電”工程的東馬各莊村整體情況要好其他3個(gè)區(qū)域。監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi),各監(jiān)測(cè)點(diǎn)NO2日濃度均達(dá)標(biāo)(表8)。

表7SO2日濃度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

Table 7 Statistics of daily SO2 concentration mg·m-3

表8監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)NO2日濃度達(dá)標(biāo)天數(shù)統(tǒng)計(jì)

Table 8 Statistics of up-to-standard daily NO2 concentra-tion within monitoring period d

由各監(jiān)測(cè)點(diǎn)NO2日濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表9)可知,東馬各莊村的NO2日均濃度最低,為(0.022 3±0.013 3) mg·m-3；其次為西石古巖村,為(0.030 3±0.020 3) mg·m-3；龍泉鎮(zhèn)為(0.042 9±0.022 0) mg·m-3；北京市城區(qū)最高,達(dá)(0.053 2±0.025 7) mg·m-3。東馬各莊村NO2日均濃度較西石古巖村下降26.67%，表明“煤改電”工程的實(shí)施能夠降低大氣中NO2濃度,可使其濃度水平下降25%左右。農(nóng)村地區(qū)的NO2日濃度要明顯低于城區(qū)(sig.值=0.002,P<0.01)。

表9NO2日濃度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

Table 9 Statistics of daily NO2 concentration mg·m-3

2.5 采暖季及非采暖季大氣污染物濃度比較分析

從監(jiān)測(cè)結(jié)果(圖6)可知,4個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域采暖季內(nèi)各類大氣污染物濃度均高于非采暖季。PM2.5、PM10、SO2和NO2的采暖季日均濃度分別為91、182、23和43 μg·m-3,分別是非采暖季的1.4、1.6、1.8和1.4倍。采暖季與非采暖季之間的濃度差異主要是由于氣象條件和冬季燃煤取暖等活動(dòng)的影響。

圖6 采暖季與非采暖季大氣污染物日均濃度比較Fig.6 Comparison between heating season and non-heating season in daily mean concentration of atmospheric pollutants

從各監(jiān)測(cè)區(qū)域比較結(jié)果(圖7)來(lái)看,采暖季和非采暖季東馬各莊村各類大氣污染物濃度均低于西石古巖村,表明“煤改電”工程的實(shí)施不僅可以改善采暖季期間的大氣環(huán)境狀況,對(duì)非采暖季期間的大氣環(huán)境改善也有一定的促進(jìn)作用。

從采暖季與非采暖季大氣污染物濃度變化幅度來(lái)看,東馬各莊村SO2和NO2濃度的變化幅度明顯小于其他3個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域,而西石古巖村變化幅度最大,表明在實(shí)施“煤改電”工程后,東馬各莊村采暖季期間的大氣污染物濃度與非采暖季差異較小,而未實(shí)施“煤改電”工程的西石古巖村,其采暖季和非采暖季之間的污染物濃度差異更為明顯,說(shuō)明“煤改電”措施可有效降低采暖季期間的SO2和NO2濃度。4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)顆粒物濃度的變化幅度差異不大,這可能與氣象條件和其他人為因素對(duì)顆粒物濃度的影響有關(guān)。

圖7 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)采暖季與非采暖季大氣污染物日均濃度比較Fig.7 Comparison between heating season and non-heating season in daily mean concentration of atmospheric pollutants relative to monitoring sites

3 結(jié)論

(1)“煤改電”措施實(shí)施后,由于采用了零排放的電力能源,區(qū)域污染物排放總量降低,大氣環(huán)境質(zhì)量趨于改善。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,實(shí)施了“煤改電”工程的東馬各莊村PM2.5、PM10、SO2和NO2日均濃度分別為(54±38) μg·m-3、(131±82) μg·m-3、(0.019 5±0.018 1) mg·m-3和(0.022 3±0.013 3) mg·m-3,比未實(shí)施“煤改電”工程的西石古巖村分別低44.90%、24.75%、20.41%和26.67%?？梢?jiàn),“煤改電”工程能夠有效改善區(qū)域空氣質(zhì)量,尤其在降低細(xì)顆粒物濃度方面具有較好的環(huán)境效益。

(2)與門(mén)頭溝區(qū)龍泉鎮(zhèn)及北京市城區(qū)比較可知,雖然東馬各莊村的PM2.5和NO2濃度水平低于龍泉鎮(zhèn)和北京市城區(qū)平均水平,但是其SO2和PM10濃度要高于后兩者;西石古巖村的PM2.5、SO2和PM10濃度均高于龍泉鎮(zhèn)和北京市城區(qū)平均水平。該結(jié)果表明北京市農(nóng)村地區(qū)的空氣質(zhì)量仍然面臨艱巨考驗(yàn),減煤行動(dòng)有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

(3)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,4個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域PM2.5、PM10、SO2和NO2的采暖季日均濃度分別為91、182、23和43 μg·m-3,是非采暖季的1.4、1.6、1.8和1.4倍。采暖季與非采暖季之間的濃度差異主要受氣象條件和冬季燃煤取暖活動(dòng)等影響。

4 建議

4.1 不確定性分析

研究設(shè)置的2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)雖然在自然地理環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面具有較好的一致性和較高的可比性,但是不能排除2村在交通狀況、燃煤活動(dòng)以外的其他人為干擾等方面的差異性,這些因素對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果具有一定的影響。從PM2.5和PM10小時(shí)濃度變化曲線來(lái)看,某些時(shí)段兩者變化趨勢(shì)有較大差異,這是否與人類活動(dòng)影響相關(guān)有待進(jìn)一步調(diào)查。同時(shí),研究將2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與龍泉鎮(zhèn)和北京市城區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析,由于數(shù)據(jù)來(lái)源不同,監(jiān)測(cè)的儀器、頻率和數(shù)據(jù)采集過(guò)程存在一定的差異性,也可能在一定程度上影響數(shù)據(jù)的可比性。

4.2 “煤改電”工程實(shí)施的對(duì)策與建議

建議未來(lái)政府應(yīng)一方面進(jìn)一步加強(qiáng)政府政策引導(dǎo),穩(wěn)步推進(jìn)“煤改電”工程實(shí)施規(guī)模;另一方面,要積極鞏固“煤改電”工程的現(xiàn)有成果,加強(qiáng)監(jiān)督管理,杜絕“煤改電”后返燒散煤的現(xiàn)象。要多角度、全方位地做好“煤改電”工程宣傳工作,采暖設(shè)備供應(yīng)企業(yè)應(yīng)保證設(shè)備質(zhì)量,做好售后服務(wù),及時(shí)解決村民電采暖設(shè)備使用和維修等方面的問(wèn)題。此外,建議將居民用煤污染控制工作與地區(qū)領(lǐng)導(dǎo)和管理部門(mén)的政績(jī)考核掛鉤,促進(jìn)“煤改電”工程的落實(shí)。在加大“煤改電”工程實(shí)施力度、加強(qiáng)監(jiān)督管理的同時(shí),需進(jìn)一步加強(qiáng)區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè),爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)農(nóng)村大氣環(huán)境在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)境出現(xiàn)異常及污染現(xiàn)象,可以及時(shí)查明原因并采取相關(guān)措施。

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MonitoringandAnalysisofEffectofProject"ReplacingCoalWithElectricity"ImprovingAtmosphericEnvironmentalQualityinMentougouDistrict,Beijing.

ZHANG Ji-ping1,2,3, NING Yang-cui1,2,3, LIU Chun-lan1,2,3, LI Zheng1,2,3, WANG Hai-hua1,2,3, CHEN Long1,2,3, LU Chun-xia4

[1.Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection, Beijing 100037, China; 2.National Engineering Research Center of Urban Environmental Pollution Control, Beijing 100037, China; 3.State Environmental Protection Engineering (Beijing) Center for Industrial Wastewater Pollution Control, Beijing 100037, China; 4.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China]

Coal consumption in the rural areas of Beijing severely affects air quality of the region. The government has unfolded a movement entitled "Reducing Coal Consumption and Replacing Coal to Clean the Air", with the project of "Replacing Coal with Electricity" as representative in the rural areas of Beijing in an attempt to clean the air and reduce the pollution of smoke from coal burning. For scientific evaluation of effects of the project on regional air environmental quality, Dongmagezhuang Village and Xishiguyan Village in Wangping Town of Mentougou District were picked as two cases for study, one representing areas before unfolding of the project and the other representing areas after implementation of the project. Comparison was made between the two, in concentration of pollutants in the air, such as PM2.5、PM10、SO2and NO2for analysis of effects of the project reducing pollutant emission into the atmosphere. Results show that Dongmagezhuang Village was 44.90%, 24.75%, 20.41% and 26.67% lower respectively, than Xishiguyan Village in concentration of PM2.5, PM10, SO2and NO2, and mass concentration of PM2.5, PM10, SO2and NO2, in the heating season was 1.4, 1.6, 1.8 and 1.4 times as high as their respective one in the non-heating season. All the findings in the study demonstrate that the project improved the regional air quality, generating better environmental benefits, like lowering PM2.5concentration in the air. It is, therefore, suggested that supervisory management of coal consumption in the rural areas should be strengthened in the future. And in addition to the consolidation of the beneficial effects of the project, more efforts should be devoted to intensification of government guidance using policies and steady extrapolation of the project in scale.

"Replacing coal with electricity" project; atmospheric pollutants; atmospheric environmental monitoring; Beijing; Mentougou District

2016-10-27

北京市科技計(jì)劃(Z161100001116017); 國(guó)家自然科學(xué)基金(41701209,41501607,41371486); 北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院基金(2017-A-03)

① 通信作者E-mail: liuchunlan@cee.cn

X511

A

1673-4831(2017)10-0898-09

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.10.005

張繼平(1983—),女,河南鄭州人,助理研究員,博士,主要研究方向?yàn)槌鞘猩鷳B(tài)學(xué)。E-mail: zhangjiping@cee.cn

責(zé)任編輯： 許 素)