關(guān)中地區(qū)某縣大氣污染特征分析研究

王 芳 蒙鐘文 崔 翠

（1 中圣環(huán)境科技發(fā)展有限公司 陜西西安 710000 2 渭南市生態(tài)環(huán)境局蒲城分局 陜西渭南 715500）

引言

隨著關(guān)中地區(qū)區(qū)縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也更受重視，尤其在大氣環(huán)境方面，一方面自身累積的污染量較大，盡管開展整治和執(zhí)法行動(dòng)，原有的存量得到部分削減，但本地污染源貢獻(xiàn)存量依然明顯；另一方面新的污染源還在增加，有效控制和削減污染增量的任務(wù)十分艱巨，污染防治任務(wù)重。

1 2017-2020 年某縣空氣質(zhì)量整體現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)情況

1.1 空氣質(zhì)量六參數(shù)整體變化趨勢(shì)分析

關(guān)中某縣PM10 在2017-2019 年濃度整體呈上升趨勢(shì)，2020 年出 現(xiàn)下降；PM2.5、SO2、CO 和NO2在2017-2020 年變化趨勢(shì)較一致，整體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，僅在2019 年有所回升；O3濃度在2019-2020 年整體呈下降趨勢(shì)。2017-2020 年，PM10、PM2.5、SO2、CO 和NO2均在2019 年出現(xiàn)濃度回升現(xiàn)象，又都在2020 年出現(xiàn)濃度下降現(xiàn)象。一是2019 年本地污染源管控方面力度不夠，二是本地生產(chǎn)活動(dòng)和居民生活活動(dòng)強(qiáng)度明顯減弱，污染物排放量有所下降，空氣質(zhì)量得以改善。

1.2 空氣質(zhì)量六參數(shù)逐月濃度變化趨勢(shì)分析

從2017-2020 年逐月濃度變化趨勢(shì)圖可以看出，某縣PM10、PM2.5、SO2、NO2以及CO 均表現(xiàn)出11 月、12 月、次年1-2 月濃度相比其他月份濃度值高，且1-2 月份濃度最大；而O3則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，在5-9月濃度出現(xiàn)高值?？梢钥闯鯬M10、PM2.5、SO2、NO2和CO 的月變化趨勢(shì)較一致，趨勢(shì)圖呈現(xiàn)出“凹型”，O3則與其相反，趨勢(shì)圖呈現(xiàn)出“凸型”。

圖1 2017-2020年P(guān)M10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3逐月變化趨勢(shì)

1.3 優(yōu)良天數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

某縣2017 年優(yōu)良天數(shù)為182 天，重污染天數(shù)為16 天；2018 年優(yōu)良天數(shù)為211 天，重污染天數(shù)為8 天；2019 年優(yōu)良天數(shù)為192 天，重污染天數(shù)為20 天；2020年優(yōu)良天數(shù)為259 天，重污染天數(shù)為6 天。整體上來(lái)看，優(yōu)良天逐漸在增加，重污染天逐漸在減少。

1.4 首要污染物統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)對(duì)首要污染物統(tǒng)計(jì)，得出2017-2020 年某縣主要首要污染物為PM10、PM2.5 以及O3-8h，且占比大小從大到小依次為PM10、O3-8h 和PM2.5。某縣空氣質(zhì)量改善的主要污染因子就是PM10、O3和PM2.5，這在關(guān)中地區(qū)表現(xiàn)出區(qū)域性共性特征。

1.5 超標(biāo)情況統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)2017-2020 年某縣超標(biāo)污染天統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)PM10 超標(biāo)月2017 年主要發(fā)生在3-5 月及11-12 月、2018 年在1-4 月及11-12 月、2019 年在3-5 月、2020年在10-11 月；PM2.5 超標(biāo)月2017 年和2020 年主要發(fā)生在12 月及1-2 月、2018 年主要在1-2 月、2019年在1-2 月及11-12 月；O3超標(biāo)月每年均主要發(fā)生在5-9 月。且每年1-2 月及12 月均產(chǎn)生重度及以上污染天。一方面來(lái)源于氣象條件，秋冬季氣象擴(kuò)散條件較不利，表現(xiàn)出相對(duì)濕度大、風(fēng)速低、氣溫低、容易出現(xiàn)逆溫層等氣象環(huán)境[1]，另一方面冬季采暖導(dǎo)致污染物排放量增加，同時(shí)引起顆粒物的二次形成情況，兩者均造成11 月-2 月PM10、PM2.5 超標(biāo)天數(shù)較多，尤其1-2月春節(jié)、元宵節(jié)等傳統(tǒng)節(jié)日煙花爆竹燃放進(jìn)一步加劇了污染物排放強(qiáng)度，容易產(chǎn)生重污染天氣。臭氧則主要受高溫、強(qiáng)光輻射天氣影響容易生成累積，因此超標(biāo)天主要發(fā)生在夏季，集中表現(xiàn)在5-9 月。同時(shí)發(fā)現(xiàn)PM10超標(biāo)也容易發(fā)生在3-5 月，這主要是受春季沙塵天氣影響粗顆粒物PM10 濃度變化，高強(qiáng)度的沙塵天可以導(dǎo)致PM10 濃度快速增高，直接導(dǎo)致出現(xiàn)重污染天氣。

2 PM10、PM2.5 以及O3 濃度變化的影響因素分析

（1）PM10、PM2.5、O3與SO2、CO、NO2濃度變化影響關(guān)系。PM10 與NO2和SO2之間的相關(guān)性較強(qiáng)，呈正相關(guān)；PM2.5 與CO 和SO2相關(guān)性較高，呈正相關(guān)；O3與SO2和NO2之間的相關(guān)性較強(qiáng)，呈負(fù)相關(guān)。說(shuō)明SO2、NO2和CO 對(duì)PM10、PM2.5 和O3濃度具有明顯的影響作用，一次污染物會(huì)在大氣中發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)造成二次顆粒物的生成。氮氧化物作為臭氧生成的前體物之一，在白天通過(guò)進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，消耗NO2反應(yīng)生成臭氧，在夜間，沒(méi)法進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，NO2會(huì)與臭氧發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而消耗臭氧。即白天生成臭氧，夜間消耗臭氧，因而臭氧濃度較低時(shí)，NO2消耗變少而累積濃度變多，所以二者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

表1 2017-2020年關(guān)中某縣空氣質(zhì)量六參數(shù)逐月平均表現(xiàn)情況

表2 2017-2020年關(guān)中某縣PM10、PM2.5、O3與CO、SO2和NO2相關(guān)性分析

（2）空氣質(zhì)量六參數(shù)與風(fēng)速、氣溫變化影響關(guān)系。整體上相比風(fēng)速，氣溫與空氣質(zhì)量六參數(shù)的相關(guān)性更大一些，相比PM10、CO 以及NO2，PM2.5、O3和SO2與風(fēng)速的相關(guān)性較強(qiáng)，相比SO2、CO 以及NO2，PM10、PM2.5 和O3與氣溫的相關(guān)性較強(qiáng)。風(fēng)速的大小決定著污染物的擴(kuò)散程度，風(fēng)速越大，污染物越容易擴(kuò)散，濃度出現(xiàn)下降，空氣質(zhì)量也相繼得到改善。臭氧與氣溫呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)（0.973）這是由于臭氧濃度由光化學(xué)反應(yīng)決定，溫度升高，反應(yīng)速率增大，氮氧化物轉(zhuǎn)化速率加快，生成臭氧的自由基濃度也相應(yīng)增加，進(jìn)而導(dǎo)致臭氧濃度升高[2]。所以溫度的升高會(huì)影響到臭氧濃度的升高。此外，O3與風(fēng)速和氣溫均呈現(xiàn)正相關(guān)，其余五參數(shù)與氣溫和風(fēng)速呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；PM10 與風(fēng)速的相關(guān)性相比其他參數(shù)較小。因此以上的分析結(jié)果存在一定的局限性就是在平均風(fēng)速和平均氣溫情況下所發(fā)生的，對(duì)于較大風(fēng)速和較高的氣溫分析結(jié)果將會(huì)有所偏差。

表3 2018-2020年關(guān)中某縣空氣質(zhì)量參數(shù)和風(fēng)速、氣溫逐月平均表現(xiàn)情況

表4 2018-2020年關(guān)中某縣空氣質(zhì)量六參數(shù)與風(fēng)速、氣溫相關(guān)性分析

3 結(jié)合污染來(lái)源分析影響區(qū)域空氣質(zhì)量變化的原因

本文主要從本地污染源來(lái)進(jìn)行分析，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，影響本區(qū)域空氣質(zhì)量的主要污染因子是PM10、PM2.5 以及O3，通過(guò)相關(guān)性分析，與PM10 和O3相關(guān)性較高的是SO2和NO2，與PM2.5 相關(guān)性較高的是SO2和CO，尤其是CO，呈較強(qiáng)正相關(guān)，說(shuō)明燃燒源對(duì)本地PM2.5 濃度水平影響較大。SO2近幾年排放濃度下降幅度較大，說(shuō)明本地在控制工業(yè)含硫污染物減排和散煤治理方面效果顯著，而NO2和CO 治理效果不明顯。

O3與氣溫呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)，說(shuō)明O3受氣象條件影響較大，這也成為O3治理的一個(gè)難點(diǎn)。從本地人為污染源貢獻(xiàn)來(lái)看，大氣中VOCs 和NOx兩者均為O3生成的關(guān)鍵前體物。采用VOCs/NOx比值法判斷VOCs和NOx對(duì)臭氧生成的影響，中緯度地區(qū)的相關(guān)研究表明，VOCs/NOx比值臨界值一般為5.5 或8.0，此區(qū)域VOCs/NOx=0.13，表明O3生產(chǎn)對(duì)VOCs 敏感，通過(guò)控制VOCs 濃度對(duì)減少臭氧生成效果更好。建議加強(qiáng)對(duì)道路機(jī)動(dòng)車排放及溶劑使用特征行業(yè)，包括印染、涂料、汽車制造等重點(diǎn)排放企業(yè)的管控力度，防治臭氧污染。

結(jié)語(yǔ)

（1）2017-2020 年某縣空氣質(zhì)量六參數(shù)在年度變化中表現(xiàn)出季節(jié)性特征，秋冬季受散煤燃燒取暖和生物質(zhì)燃燒影響造成本地污染物排放量增加，逆溫層的形成導(dǎo)致氣象條件較穩(wěn)定，污染物容易累積不利擴(kuò)散稀釋，造成PM10、PM2.5、SO2、NO2以及CO 秋冬季濃度水平較高；臭氧則主要受高溫、強(qiáng)光輻射天氣影響容易生成[3]，夜間發(fā)生的垂直傳輸影響導(dǎo)致臭氧濃度水平高。

（2）通過(guò)六參數(shù)之間的相關(guān)性分析研究，大氣污染防治中加強(qiáng)一次污染物的減排，對(duì)其本身污染源的管控，以及PM2.5 和O3帶來(lái)積極改善。開展PM2.5 和臭氧的協(xié)同控制，現(xiàn)在環(huán)保政策提出來(lái)要對(duì)VOCs、NOx進(jìn)行減排。

（3）較大的風(fēng)速，較高的氣溫對(duì)污染物可以起到稀釋擴(kuò)散的積極作用；但超過(guò)一定的上限，風(fēng)速過(guò)大，據(jù)研究風(fēng)力達(dá)到4 級(jí)及以上會(huì)造成本地顆粒物濃度快速上漲；而過(guò)高的氣溫，超過(guò)30℃及以上天氣容易導(dǎo)致臭氧的生成和累積。

（4）在區(qū)域空氣質(zhì)量改善方面，建議加強(qiáng)本地機(jī)動(dòng)車尾氣排放、工業(yè)涉氮污染物排放、生物質(zhì)及垃圾燃燒排放等相關(guān)管控；同時(shí)在夏季臭氧防控中，需重點(diǎn)加強(qiáng)高溫時(shí)段的污染物排放環(huán)節(jié)管控，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)動(dòng)車移動(dòng)污染源和有機(jī)溶劑使用污染源，減弱氣象條件給空氣質(zhì)量帶來(lái)的影響強(qiáng)度。在大氣污染治理方面要注重預(yù)防結(jié)合，預(yù)在前防在后，PM10 預(yù)防應(yīng)從3 月份就開始，預(yù)防春季沙塵天氣對(duì)空氣質(zhì)量的影響；PM2.5 預(yù)防應(yīng)從10 月下旬開始，預(yù)防氣象條件轉(zhuǎn)變以及散煤復(fù)燒、垃圾焚燒對(duì)空氣質(zhì)量的影響；O3預(yù)防應(yīng)從5 月開始，預(yù)防氣溫轉(zhuǎn)變對(duì)空氣質(zhì)量的影響還應(yīng)該加強(qiáng)聯(lián)防聯(lián)控，共同防霾保藍(lán)。