上海外高橋港口空氣污染物特征研究

吳 鴻（上海市環(huán)境監(jiān)測技術(shù)裝備有限公司， 上海 200235）

隨著我國“一帶一路”國家戰(zhàn)略的實施及經(jīng)濟的高速增長，我國港口建設(shè)近年來呈快速發(fā)展態(tài)勢，對港口的建設(shè)及轉(zhuǎn)型升級也提出了新的要求?，F(xiàn)代化港口倡導(dǎo)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”港口，因此建設(shè)港口環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)及平臺，科學(xué)評估港口的環(huán)境空氣質(zhì)量具有重要意義[1]。根據(jù)交通運輸部的要求，上海市交通委于 2014 年在外高橋港區(qū)建設(shè)了環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)試點工程并負責(zé)日常運維管理。

由于港口大量人員聚集，交通活動強度越來越大，排放的顆粒物和 CO、NOx、SO2和 VOCs 空氣污染物也大量增加，因此港口區(qū)域的生產(chǎn)活動及排放對港口大氣的影響愈發(fā)受到重視。上海港作為世界貨物吞吐量最大的港口，其船舶活動日益增加，并且港區(qū)的污染物排放給港區(qū)及周邊地區(qū)帶來了潛在的環(huán)境問題。傅夏明、伏晴艷、孫偉等人[2-4]對港口船舶、集輸運車輛等的排放清單和現(xiàn)狀研究表明，港口空氣污染排放主要為 NOx、SO2、顆粒物等，且與船用柴油機含硫燃料的使用、港作機械、集輸運車尾氣密切相關(guān)。

本文研究目的是運用在線的空氣質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)手段，從觀測的角度識別港區(qū)特征污染因子，評價港區(qū)船舶排放對港區(qū)空氣質(zhì)量的影響及特征，科學(xué)掌握污染物排放規(guī)律，為港口污染減排提供科學(xué)依據(jù)。

1 監(jiān)測方法及數(shù)據(jù)質(zhì)量保證

港區(qū)在線空氣監(jiān)測共 2 個點位，分別位于上海市吳淞國際郵輪碼頭，外高橋二期集裝箱碼頭（外二）和外高橋四期集裝箱碼頭（外四），各點位位置分布見圖 1。外二站點的常規(guī)空氣質(zhì)量監(jiān)測使用已有的空氣自動站的設(shè)備，自動站采樣口離地面約 4 m，站房距離江岸約 1 200 m，各監(jiān)測儀器從主采樣管分支路進氣，并行監(jiān)測。外四站點常規(guī)空氣質(zhì)量監(jiān)測使用已有的空氣自動站的設(shè)備，從房頂平臺采集氣體，采樣口離地面約 4 m。站房距離江岸約 100 m。

圖 1 港口監(jiān)測點位圖

監(jiān)測系統(tǒng)主要依據(jù)的技術(shù)規(guī)范包括 HJ/T 193—2005《環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》、HJ/T 194—2005《環(huán)境空氣質(zhì)量手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》、HJ/T 352—2007《環(huán)境污染源自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術(shù)規(guī)范（試行）》、HJ/T 212—2005《污染源在線自動監(jiān)控(監(jiān)測)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準》。

港區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)包括常規(guī)的空氣質(zhì)量指標(biāo)，即NO2、SO2、CO、O3、PM2.5、PM10，另外也包括輔助性的氣象要素，即風(fēng)速，風(fēng)向，溫度，相對濕度等。具體內(nèi)容見表 1。

表 1 監(jiān)測站點及監(jiān)測指標(biāo)

空氣質(zhì)量自動監(jiān)測設(shè)備有 Thermo-SO2分析儀、NONO2-NOx分析儀、CO 分析儀、O3分析儀，顆粒物采用微量振蕩天平顆粒物測量儀（TEOM 熱電）。為了保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性，各儀器均按照國家相關(guān)規(guī)范要求進行質(zhì)量保證（QA）和質(zhì)量控制（QC）。具體監(jiān)測方法見表 2。

表 2 監(jiān)測因子及檢測方法

2 港口空氣污染物特征

2.1 污染物濃度總體分布特征

對監(jiān)測點外二站點、外四站點，2016 年全年的污染氣體的濃度與 2016 年全年上海市的濃度進行對比分析以獲取上海市污染物及港口的污染物總體特征。接著，提取出2016 年全年的 SO2、NO2、O3、CO 的平均濃度值，污染物比較情況見圖 2、圖 3。

圖 2 污染物濃度對比圖

圖 3 上海市各污染物占比與港口監(jiān)測站各污染物濃度占比

由上述對比分析圖可以看出，上海市大氣污染物中，CO 為主要污染物，第二是 O3，第三是 SO2。對于港口的空氣環(huán)境而言，NO2污染物占比有一定幅度增加，成為第二大污染物，同時其他 NOx 的濃度也顯著增加。各污染物中，除 O3港口濃度較全市低外，SO2、NOx濃度均較全市高，其中NOx增加幅度較大，NO2增加幅度最大。

2.2 NOx 污染物分布特征

NOx作為港口與全市主要的區(qū)別性污染物需重點研究。因分布特征對外二站點和外四站點的常規(guī)空氣質(zhì)量指標(biāo)進行分析，結(jié)合氣象參數(shù)的監(jiān)測識別港口特征污染因子，分析其對港區(qū)空氣質(zhì)量的影響。選取一次氣態(tài)污染物（NO2、SO2），并結(jié)合上海市的平均因子濃度進行對比分析。

外二站點、外四站點的 NOx濃度（日均）與上海市平均 NO2濃度（日均）的對比見圖 4。監(jiān)測期間 2 站點數(shù)據(jù)完整，數(shù)據(jù)質(zhì)量較為理想。從曲線中可以看出，外高橋港區(qū)的NOx濃度明顯高于上海市平均水平，其中外四站點的 NO2濃度在 4～6 月份高于外二站點，而 7～10 月份二者相近且呈現(xiàn)高相關(guān)性，再次驗證了 NOx為港區(qū)污染的主要特征因子這一觀點。將港區(qū)的 NO2和上海市 NO2濃度進行了回歸分析，可知整個監(jiān)測期間二者存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)一般，為 0.387。從統(tǒng)計來看，監(jiān)測期間港區(qū)的平均NOx濃度為 73 μg/m3，同期上海市平均水平為 40 μg/m3，港區(qū)較上海市平均高約 83%。由此可見，NO2作為指征港區(qū)作業(yè)的特征污染物，應(yīng)作為減排目標(biāo)加以控制。

圖 4 外高橋港區(qū) NO2 濃度與上海市平均濃度對比

提取全年監(jiān)測站點 NOx全年月平均濃度，對監(jiān)測站點的 NOx的月平均濃度進行對比分析，見表 3 和圖 5。對比分析可知，外二站點、外四站點 NOx濃度從 1～3 月呈現(xiàn)高位；5～8 月呈下降趨勢；之后又呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢。由表3 可知，外二站點、外四站點的監(jiān)測 NOx污染氣體的濃度同期相比變化較小，在第二、三季度 NOx的平均濃度最小。

表 3 監(jiān)測點氮化物季度平均濃度 mg/m3

圖 5 測站 NOx 每月平均濃度

以上現(xiàn)象主要是因為上海處于長三角地區(qū)，風(fēng)場存在顯著的季節(jié)性變化，不同季節(jié)輸送氣流不同。春夏季以東南風(fēng)為主，東南向是海面，利于濃度相對較低；秋冬季西北風(fēng)為主不利消散，以上游加本地污染為主[5-6]。

港區(qū)的 NOx明顯受到自身排放的影響。為更明確地研究 NOx的來源，本項目利用站點并行的氣象風(fēng)場觀測，分別統(tǒng)計了不同風(fēng)向上的 NOx平均濃度。NO2風(fēng)向玫瑰圖見圖 6。從圖 6 中可以明顯看出，高 NOx濃度均主要發(fā)生在內(nèi)陸風(fēng)向為主的角度區(qū)間，表明港區(qū) NOx主要來自陸源的機動車排放，而船舶排放（河面方向）對港區(qū) NOx的貢獻較小，因此港區(qū)的 NOx更多地來自港區(qū)或者市區(qū)的機動車排放，這與港區(qū)的 NOx與上海市 NOx的濃度水平呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性是一致的。

圖 6 外高橋港區(qū)四期站點 NO2 濃度的風(fēng)向分布

2.3 SO2 污染物分布特征

外二站點和外四站點與上海市平均 SO2日均濃度對比見圖 7。與 NOx情況相似，港區(qū) SO2濃度均明顯高于同期的上海市平均濃度，外四站點濃度較外二站點更高。港區(qū) SO2濃度與上海市平均水平進行回歸分析，港區(qū) SO2與上海市平均濃度相關(guān)性較低，僅為 0.22，可認為不相關(guān)。這也同樣表明，港區(qū) SO2明顯地受到本地排放的影響。從整個監(jiān)測時段來看，港區(qū)站點的平均 SO2濃度約為 33.8 μg/m3，而上海市平均水平約為 13.4 μg/m3，高出上海市水平 152%。這與船舶柴油機含硫燃料的使用有關(guān)。

圖 7 外高橋港區(qū) SO2 濃度與上海市平均濃度對比

為更清晰地分析出 SO2的來源，本項目同樣對 SO2做了風(fēng)向分布，見圖 8。從圖 8 中可以清晰地看出，SO2的風(fēng)向分布與 NOx有相反的特征，其高濃度主要發(fā)生于風(fēng)向來自河道方向的時間段，而內(nèi)陸風(fēng)向扇面濃度較低，表明河道的船舶排放是造成港區(qū) SO2濃度升高的最直接原因，而港區(qū)獲市區(qū)的 SO2輸送效應(yīng)處于次要地位。因此，船舶作為港區(qū)的最具特征性的污染源，6 項常規(guī)污染指標(biāo)中的 SO2可以作為指征船舶排放貢獻的重要因子。

圖 8 外高橋港區(qū)四期站點 SO2 濃度的風(fēng)向分布

提取監(jiān)測站點 SO2每個月的平均濃度，對監(jiān)測站點的SO2的月平均濃度進行對比分析，由上述對比分析圖 9 可知，外二站點、外四站點的 SO2污染氣體平均濃度大于上海市 SO2污染氣體平均濃度；且由于外四站點距河道更近，船舶污染排放特征污染物 SO2月平均濃度始終大于外二站點濃度。

圖 9 測站 SO2 每月平均濃度

3 結(jié) 語

本項目利用在線空氣質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)對港區(qū)的空氣質(zhì)量進行了實時監(jiān)測，分析了大氣污染特征，配合氣象觀測資料，研究了大氣污染物的來源或形成機制，得到如下結(jié)論。

（1）相比上海市污染物排序 CO、O3和 SO2，對于港口的空氣環(huán)境而言， CO 占比上升，NO2是第二大污染物，二者明顯不同。

（2）對 NOx污染物的分布進行研究分析，港口的監(jiān)測NOx污染氣體的濃度高于上海市品均濃度，第四季度尤為明顯。港區(qū) NOx主要來自于陸源集輸運車輛、港作機械等的排放，而船舶排放（河面方向）對港區(qū) NOx的貢獻較小。

（3）對 SO2污染物的分布進行研究分析，港區(qū) SO2污染排放有顯著的季節(jié)效應(yīng)，冬末春初的春節(jié)高峰尤為明顯。港區(qū) SO2濃度均明顯高于同期的上海市平均濃度。由于柴油機含硫燃料的使用，河道的船舶排放是造成港區(qū) SO2濃度升高的最直接原因，6 項常規(guī)污染指標(biāo)中的 SO2可以作為指征船舶排放貢獻的重要因子。

目前我國航行船舶的廢氣排放控制標(biāo)準十分欠缺，遠遠落后于國際公約標(biāo)準，尤其對于大量的老舊航行船舶，其廢氣排放實際上處于“無標(biāo)可依”的失控狀態(tài)。另外，港區(qū)作業(yè)機械、集運輸車輛的廢氣排放更是無標(biāo)可依。船舶和港區(qū)污染排放控制應(yīng)盡早納入大氣污染防治工作計劃，制訂港口船舶、集輸運車輛、港作機械的大氣污染物排放控制對策。通過推進科技創(chuàng)新，倡導(dǎo)綠色港口建設(shè)，改進落后船舶動力裝置、提高燃料燃燒利用率，推進低硫燃料的使用，港作機械采用先進技術(shù)和工藝設(shè)備，全面實行清潔生產(chǎn)[7]，從而推進港口污染減排工作全面開展。