2020年春節(jié)期間徐州市區(qū)污染物來源解析及管控建議

李 輝,饒永才,花小春

（江蘇省徐州環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 徐州 221000）

0 引言

2020年隨著全面建成小康社會的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)在即，人們對空氣質(zhì)量的好壞越來越重視，近年來大氣顆粒物污染問題日益嚴(yán)峻，并受到廣泛關(guān)注[1]，顆粒物組分的分析及來源正是對污染物來源的詳細(xì)解析與探討。資源型城市和老工業(yè)基地為基礎(chǔ)的徐州，是大氣復(fù)合型污染問題突出的重點(diǎn)城市，空氣質(zhì)量的源解析及改善面臨重大難題，目前針對該地區(qū)的污染物源解析工作正在進(jìn)行，但如何在春節(jié)期間更有效的開展合理管控措施，仍需加強(qiáng)。本文主要通過春節(jié)期間我市污染物的源解析情況分析結(jié)論，利用多方面技術(shù)手段，結(jié)合氣象條件及內(nèi)外因素，真正找清徐州地區(qū)空氣質(zhì)量污染原因，為下一步更精細(xì)化管控重點(diǎn)企業(yè)污染物排放、區(qū)域內(nèi)源污染綜合整治等方面提出有效的建議。

1 2020年春節(jié)以來徐州市空氣質(zhì)量概況

1.1 空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

2020年1月24 日～2月9日（除夕至正月十六），徐州市日均AQI 值在38（2月6日）至196（1月30日）之間波動(dòng)，空氣質(zhì)量為“優(yōu)”至“中度污染”，其中2 d 優(yōu)，6 d 良，3 d 中度污染，6 d 輕度污染，優(yōu)良率47.0%，首要污染物為PM2.5。變化趨勢見圖1。

圖1 1月24日～2月9日日均AQI 變化趨勢

1.2 主要污染物濃度變化

春節(jié)期間（除夕至初五）環(huán)境空氣主要污染物濃度變化見表1。由表1 可知，今年春節(jié)期間同去年春節(jié)期間相比，徐州市大氣中SO2，O3-8h濃度上升10%，17.8%，CO 濃度持平，NO2，PM10，PM2.5濃度分別降低27.3%，28.9%，14.7%。

表1 春節(jié)期間徐州市區(qū)環(huán)境空氣主要污染物濃度變化 μg·m-3

2 污染成因分析

2.1 氣象因素及區(qū)域傳輸影響分析

（1）2020年1月期間氣象條件整體不利

氣象條件對大氣中污染物的擴(kuò)散、積累和稀釋具有重要的作用[2]，全市1月平均氣溫3.0 ℃，與常年相比偏高2.3 ℃，僅低于2002 和2014年，位列歷史第三高，較去年同期高1.5 ℃。相對濕度76%，比去年同期（67%）偏高；近地面以南風(fēng)為主，風(fēng)速1.4 m/s，略高于去年同期（1.2 m/s）。整體來看，2020年1月冷空氣比去年同期明顯偏弱，冷空氣的清除作用不明顯，并且大氣溫度及濕度整體高于去年同期，對污染物的二次轉(zhuǎn)化非常有利。

（2）區(qū)域外排放源貢獻(xiàn)是造成徐州市2020年1月PM2.5污染的重要因素

區(qū)域性霧霾及污染氣團(tuán)間接輸入，形成本區(qū)域空氣質(zhì)量惡化，稱為空氣流動(dòng)時(shí)的外來輸送污染物[3]，通過溯源模擬結(jié)果顯示，2019年10～12月本市區(qū)域人為源排放是徐州市PM2.5污染的主要來源，貢獻(xiàn)比例為62.3%，區(qū)域外貢獻(xiàn)為37.7%。進(jìn)入2020年1月，區(qū)域外人為源排放貢獻(xiàn)率上升，貢獻(xiàn)比例達(dá)到59.5%，本市貢獻(xiàn)比例僅為40.5%。

2.2 企業(yè)污染源影響分析

（1）重點(diǎn)行業(yè)節(jié)前氮氧化物管控效果不顯著

徐州重點(diǎn)行業(yè)污染源在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，2019年10月～2020年1月，煙塵排放量在黃色和橙色管控期間均有所降低，排放量均為管控前的77.4%；SO2在黃色和橙色管控期間均有所降低，排放量分別為管控前的78.3%和84.2%；NOx在黃色和橙色管控期間均有所降低，但減排幅度不顯著，排放量分別為管控前的90.1%和88.6%。管控期間NOx平均減排比例僅為煙塵和SO2的47%和57%。

（2）過渡期企業(yè)排放量較為突出

徐州鋼鐵企業(yè)集中，部分鋼鐵企業(yè)冶煉工藝落后，存在高耗能、高排放、高污染的問題[4]。從在線監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，對2019年10月至2020年1月排污量日均值進(jìn)行分析，鋼鐵行業(yè)過渡期企業(yè)的煙塵、SO2和NOx排放量分別為鋼鐵行業(yè)總排放量的88.9%，93.6%和80.0%；焦化行業(yè)過渡期企業(yè)的煙塵、SO2和NOx排放量分別為焦化行業(yè)總排放量的72.7%，45.7%和57.7%。

（3）施工工地、機(jī)動(dòng)車排放對國控站點(diǎn)影響較大

根據(jù)車載走航監(jiān)測結(jié)果，市區(qū)7 個(gè)國控站點(diǎn)不同程度受到工地施工作業(yè)、道路揚(yáng)塵和機(jī)動(dòng)車排放的影響。其中，徐州新城區(qū)站點(diǎn)附近城中村多處貨車運(yùn)輸點(diǎn)，農(nóng)科院站點(diǎn)附近G104，232 省道、G2513 持續(xù)施工，黃河新村站點(diǎn)附近G104 國道兩側(cè)工地施工，銅山區(qū)招生辦附近重型大貨車運(yùn)輸，由于管控措施不到位導(dǎo)致的揚(yáng)塵污染和機(jī)動(dòng)車污染較為突出。

（4）生物質(zhì)開放燃燒現(xiàn)象較為突出

春節(jié)期間，生物質(zhì)等燃燒源污染情況也較為嚴(yán)重，除夕至初五，徐州市新城區(qū)相較于春節(jié)前的ρ（OC）/ρ（EC）（7.8），春節(jié)以來ρ（OC）/ρ（EC）顯著升高（18.1），且K+濃度是春節(jié)前（1月1日～23日）的3.2 倍。

（5）鋼鐵行業(yè)在春節(jié)期間排放量顯著增加

根據(jù)典型城市徐州市污染源在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，與春節(jié)前重污染天氣預(yù)警管控期間（1月12日～23日）相比，春節(jié)期間（除夕～初五）徐州市鋼鐵行業(yè)煙塵、SO2和NOx排放量分別增加了29.0%，19.9%，21.1%；與春節(jié)前非管控期間（1月6日～11日）相比，春節(jié)期間鋼鐵行業(yè)煙塵、SO2和NOx排放量分別增加了15.6%，-0.3%，21.0%。

3 春節(jié)期間徐州市區(qū)污染物來源解析

3.1 顆粒物質(zhì)量濃度分析

2020年1月24 日～2月9日PM2.5質(zhì)量濃度范圍為12.0～222.0 μg/m3，PM10質(zhì)量濃度范圍為23.0～277.0 μg/m3。對ρ（PM2.5）/ρ（PM10）的比值進(jìn)行研究，監(jiān)測期間ρ（PM2.5）/ρ（PM10）平均值為82.1%，可見以細(xì)顆粒物為主。濃度變化見圖2。

圖2 2020年1月24日～2月9日常規(guī)監(jiān)測因子小時(shí)濃度變化

3.2 顆粒物組分分析

PM2.5化學(xué)組成及百分比時(shí)間序列見圖3。由圖3 可知，2020年1月24日～2月9日PM2.5質(zhì)量濃度變化趨勢與化學(xué)組分變化趨勢一致。觀測期間，PM2.5化學(xué)組成質(zhì)量濃度范圍為13.9～216.2 μg/m3，按平均質(zhì)量濃度大小依次為：ρ（OM）（有機(jī)物，20.0 μg/m3）＞ρ（NO3-）（19.9 μg/m3）＞ρ（SO42-）（14.4 μg/m3）＞ρ（NH4+）（12.2 μg/m3）＞ρ（Cl-）（3.4 μg/m3）＞ρ（重金屬）（2.3 μg/m3）＞ρ（K+）（1.9 μg/m3）＞ρ（EC）（1.0 μg/m3）＞ρ（Na+）（0.3 μg/m3）＞ρ（Mg2+）（0.2 μg/m3）＞ρ（Ca2+）（0.1 μg/m3）。水溶性離子作為大氣顆粒物中一類較為重要的物質(zhì)，占PM2.5質(zhì)量濃度的68.2%，OM（OC×1.4）占PM2.5質(zhì)量濃度的26.1%，可見水溶性無機(jī)離子和OM 是PM2.5的重要組分。

圖3 PM2.5 化學(xué)組成及百分比時(shí)間序列

除夕（1月24日）至初五（2月1日）發(fā)現(xiàn)主城區(qū)內(nèi)有零星燃放煙花爆竹現(xiàn)象，但周圍縣域鄉(xiāng)鎮(zhèn)燃放較多，幾個(gè)重要節(jié)點(diǎn)如除夕、初一、正月十五煙花爆竹燃放量仍然很大，導(dǎo)致污染物濃度上升[5]，形成污染團(tuán)影響城區(qū)和周邊城市。從PM2.5組分上看，和煙花爆竹燃放有較大關(guān)系的SO42-，Cl-，K+和Mg2+等組分共出現(xiàn)3 個(gè)高值，分別為除夕至初一凌晨、26日夜間至28日早間、29日夜間至30日午間。分析表明，除夕至初一凌晨K+和Mg2+比非燃放時(shí)段（12月）分別上升高達(dá)6 倍和9 倍左右；26日夜間至28日早間K+和Mg2+比非燃放時(shí)段（12月）分別上升高達(dá)5 倍左右；29日夜間至30日午間K+和Mg2+比非燃放時(shí)段（12月）分別上升高達(dá)7 倍左右，由此可見，污染期間煙花爆竹燃放導(dǎo)致污染物大量增加，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)差。離子示蹤物分析結(jié)果見圖4。

圖4 離子示蹤物分析

由圖4 可知，由于離子組分的來源不同，對離子示蹤物進(jìn)行分析，圖中ρ（Ca2+）/ρ（PM2.5），ρ（K+）/ρ（PM2.5），ρ（EC）/ρ（PM2.5）比值分別指向揚(yáng)塵或沙塵、生物質(zhì)燃燒和燃煤源。結(jié)果表明，監(jiān)測期間生物質(zhì)燃燒影響整體呈下降趨勢，其中24日夜間至26日早間受生物質(zhì)燃燒影響較大，2月5日午后至6日受揚(yáng)塵影響較大，燃煤源的影響在監(jiān)測期間整體偏高，其中2月5日至9日表現(xiàn)最明顯。

顆粒物中，碳是重要的元素，通常以有機(jī)碳（OC）、元素碳（EC）和碳酸鹽（CC）的形式存在。EC由不完全燃燒過程產(chǎn)生，而OC 既有污染源直接排放的一次有機(jī)碳（POC），也可以通過大氣化學(xué)反應(yīng)途徑二次生成（SOC）。通常用OC/EC 作為判斷二次污染的依據(jù)，當(dāng)ρ（OC）/ρ（EC）＞2 時(shí)，說明存在SOC污染。整體而言，監(jiān)測期間徐州地區(qū)ρ（OC）/ρ（EC）介于3.2 和44.4 之間，說明徐州市大氣環(huán)境中存在SOC 污染。平均值見表2。

表2 2020年1月24日～2月9日徐州市OC/EC 平均值

由表2 可知，不同的ρ（OC）/ρ（EC）可以代表不同的排放源：ρ（OC）/ρ（EC）為1.0～4.2 時(shí)表明機(jī)動(dòng)車尾氣排放，2.0～10.5 時(shí)表明燃煤排放，16.8～40.0時(shí)表明生物質(zhì)燃燒排放，32.9～81.6 時(shí)表明烹調(diào)排放，13.1 時(shí)為地面揚(yáng)塵排放，12.7 時(shí)為家庭天然氣排放。監(jiān)測期間徐州市ρ（OC）/ρ（EC）日均值為7.7～22.4，表明碳質(zhì)顆粒物存在不同的污染源，主要為生物質(zhì)燃燒排放。

3.3 雷達(dá)監(jiān)測結(jié)果分析

從2020年1月24日～2月9日氣溶膠雷達(dá)圖來看，監(jiān)測期間污染主要受本地生成和外來輸送的共同影響。

1月24日，近地面相對濕度較高，風(fēng)速較小，有利于污染物的吸濕增長和二次轉(zhuǎn)化，顆粒物濃度先升后降，空氣質(zhì)量以輕度污染為主，短時(shí)出現(xiàn)重度污染，雷達(dá)監(jiān)測顯示，近地面高消光低退偏值，表明細(xì)顆粒物占比突出。25日～26日早間，近地面相對濕度不斷下降，大氣擴(kuò)散條件較好，顆粒物濃度維持低值，空氣質(zhì)量整體以良為主。26日午間～27日，受降水（雪）影響，由于冷空氣勢力很弱，大氣中的垂直運(yùn)動(dòng)相對有限，顆粒物濃度出現(xiàn)小幅度上升，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)為輕度污染。28日，邊界層不斷抬升，近地面相對濕度降低，顆粒物濃度于當(dāng)日11 時(shí)出現(xiàn)斷崖式下降。1月29日～2月1日，受高壓前部的影響，大氣擴(kuò)散條件總體較差，有利于顆粒物的累積和二次轉(zhuǎn)化，顆粒物濃度維持高值。

圖6 2020年2月3日02:00 徐州市48 h 后向軌跡

2日～3日受冷空氣和污染輸送影響，顆粒物濃度整體呈下降趨勢。結(jié)合后向軌跡分析，此次污染來自西北方向，運(yùn)動(dòng)軌跡見圖6。2月2日2 時(shí)污染氣團(tuán)從大于2.5 km 高空開始下沉，2日14 時(shí)沉降至約1.5 km 高空，后繼續(xù)沉降至近地面，與近地面污染氣團(tuán)混合。

2月4日～6日，在較強(qiáng)偏東風(fēng)的作用下，大氣擴(kuò)散條件較好，邊界層維持2.0 km，有利于污染物的擴(kuò)散，PM2.5質(zhì)量濃度于5日14:00 出現(xiàn)監(jiān)測期間最小值，為12 μg/m3。7日夜間～9日，近地面以偏南風(fēng)為主，風(fēng)力微弱，有利于顆粒物的累積和二次轉(zhuǎn)化，空氣質(zhì)量逐漸轉(zhuǎn)為良。

3.4 PM2.5 來源解析

對春節(jié)以來（2020年1月24日～2月9日）的顆粒物組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行PMF 在線源解析，解析因子個(gè)數(shù)為6。顆粒物主要來源為：二次離子（39.38%）＞燃燒（19.90%）＞燃煤（18.29%）＞其他（10.10%）＞工業(yè)源（6.47%）＞機(jī)動(dòng)車（5.79%），結(jié)果見圖7。

圖7 1月24日～2月9日顆粒物源解析結(jié)果

4 結(jié)論

（1）春節(jié)以來，徐州市大氣污染污染主要受本地生成及外來輸入共同影響顯著。春節(jié)期間徐州共經(jīng)歷4 次污染過程，根據(jù)氣象條件進(jìn)行分析，冷空氣總體偏弱，近地面平均風(fēng)速較小，平均濕度偏高，加之外來輸入污染不斷累積，表明空氣質(zhì)量受靜穩(wěn)高濕天氣污染物的累積和二次轉(zhuǎn)化影響較大。

（2）春節(jié)期間市區(qū)周邊區(qū)域煙花爆燃放進(jìn)一步加劇空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)差。和煙花爆竹燃放有較大關(guān)系的SO42-，Cl-，K+和Mg2+等組分均有所增加，除夕至初一凌晨K+和Mg2+比非燃放時(shí)段上升均高達(dá)5 倍以上。

（3）1月24日～2月9日燃燒源在PM2.5來源占比顯著增加。對春節(jié)以來顆粒物組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行PMF在線源解析，顆粒物主要來源分析數(shù)據(jù)看，春節(jié)以來，機(jī)動(dòng)車、建筑揚(yáng)塵對大氣的影響明顯減小，而燃燒源影響凸顯。由于春節(jié)疫情期間采暖需求量增大，各供暖企業(yè)燃煤量上升，污染物排放量不斷增加，空氣污染持續(xù)加重[6]。

（4）重點(diǎn)企業(yè)管污染物排放控效果不顯著。一是重點(diǎn)行業(yè)氮氧化物管控效果不顯著，減排幅度不明顯。二是過渡期企業(yè)排放量較為突出。鋼鐵、焦化行業(yè)過渡期企業(yè)的大氣污染物排放量占比仍然較高。

5 建議

（1）加大對污染傳輸通道上的重點(diǎn)企業(yè)、重點(diǎn)地區(qū)的監(jiān)管力度。秋冬季徐州市主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|、偏北風(fēng)為主。徐州的電力、鋼鐵、焦化和水泥等重點(diǎn)污染源主要分布于徐州市區(qū)的北部和東北部上風(fēng)向，在偏東、偏北風(fēng)時(shí)，這些污染源排放的大氣污染物對下游市區(qū)的擴(kuò)散和傳輸對市區(qū)空氣質(zhì)量有直接影響。因此，嚴(yán)格落實(shí)大氣重污染預(yù)警管控要求，嚴(yán)格監(jiān)管上游區(qū)域鋼鐵、焦化重點(diǎn)企業(yè)和重點(diǎn)區(qū)域，在大氣重污染管控期間必須限產(chǎn)、停產(chǎn)到位。

（2）加強(qiáng)國控站點(diǎn)周邊環(huán)境精細(xì)化管理。加強(qiáng)各國控站點(diǎn)周邊道路揚(yáng)塵管控，增加吸塵、濕掃保潔頻次。新城區(qū)、黃河新村等站點(diǎn)要加大查處散煤燃燒及生物質(zhì)露天焚燒等問題，需重點(diǎn)加強(qiáng)燃煤、生物質(zhì)燃燒、垃圾焚燒問題的監(jiān)察和管控力度，降低本地燃燒源的污染排放。對于居民用煤，要加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，認(rèn)識燃燒劣質(zhì)散煤對人體的危害。

（3）緊盯企業(yè)在線數(shù)據(jù)謹(jǐn)防其他企業(yè)節(jié)后出現(xiàn)報(bào)復(fù)性復(fù)產(chǎn)。強(qiáng)化污染源在線系統(tǒng)的智能化監(jiān)管作用，通過在建監(jiān)測實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)有效監(jiān)控污染源排放情況[7]。因2020年春節(jié)受到新型冠狀病毒引發(fā)的肺炎疫情影響，全國大面積出現(xiàn)工廠停工，企業(yè)停產(chǎn)情況。徐州地區(qū)部分重點(diǎn)企業(yè)也面臨春節(jié)及疫情過后復(fù)產(chǎn)復(fù)工問題，通過在線監(jiān)控這邊，嚴(yán)格把控企業(yè)恢復(fù)生產(chǎn)后狀況，嚴(yán)禁一味追求利益最大化，報(bào)復(fù)性、超負(fù)荷擴(kuò)大生產(chǎn)能力而忽視了達(dá)標(biāo)排放，節(jié)能減排的行為。

（4）結(jié)合徐州地區(qū)網(wǎng)格化大氣監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)預(yù)警。大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng),能有效提升治理霧霾的工作效率,能為環(huán)境監(jiān)管提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持等優(yōu)勢,成為治霾的新主流[8]。近年來徐州各個(gè)街道鄉(xiāng)鎮(zhèn)辦事處均安裝了空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，大氣污染治理精細(xì)到城市每個(gè)區(qū)域，盡快的發(fā)揮數(shù)據(jù)預(yù)警作用，能夠及時(shí)有效的偵測到重點(diǎn)區(qū)域的數(shù)據(jù)變化情況，結(jié)合實(shí)地管控措施，確?？諝赓|(zhì)量在分片區(qū)及整體區(qū)域內(nèi)全面得到提升。