散煤燃燒對(duì)貴州省農(nóng)村地區(qū)空氣質(zhì)量影響初探

曾昭嬋，高蘭蘭，戴 剛

(貴州省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，貴州 貴陽(yáng) 550000)

1 引言

近年來(lái)，隨著淘汰落后產(chǎn)能、加大重污染行業(yè)綜合治理力度、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔能源替代等多措并舉，對(duì)抑制污染物排放起到重要作用[1～3]，但2020年貴州省仍累計(jì)有192 d次出現(xiàn)不同程度的污染，其中中度污染6 d次，輕度污染186 d次，發(fā)生在冬季采暖期(1～3月份，12月份)的占73.4%。冬季污染情況明顯高于夏季，與冬季傳統(tǒng)散燒供暖有較大關(guān)系[4～7]。貴州省以小型煤礦為主且煤炭生產(chǎn)較為分散，加之農(nóng)村地區(qū)監(jiān)管力度薄弱、劣質(zhì)煤價(jià)格優(yōu)勢(shì)等均使得貴州農(nóng)村地區(qū)普遍采用散燒煙煤的供暖方式。而散煤燃燒效率低下，污染物低空排放，大多無(wú)治污設(shè)施，集中燃燒于采暖期，這些因素都使散煤燃燒對(duì)空氣質(zhì)量的影響顯著[8～11]。

目前，傳統(tǒng)的散煤使用可能是繼工業(yè)及交通后另一個(gè)重要的污染貢獻(xiàn)源，特別是重灰霾頻發(fā)與燃煤集中在冬季高度重合的現(xiàn)象，更引起公眾對(duì)農(nóng)村散煤嚴(yán)重污染的關(guān)注[12，13]。據(jù)支國(guó)瑞等對(duì)我國(guó)北方農(nóng)村生活燃煤情況的研究表明，散煤在農(nóng)村生活能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)性地位，由于農(nóng)村散煤燃燒排放高度較低，其單位排放對(duì)空氣污染的貢獻(xiàn)要遠(yuǎn)高于高架源排放，再加上其污染物排放因子更高，對(duì)空氣的污染效率更大[14]，加之農(nóng)村地區(qū)散煤面源的污染效率較高[15]，因而應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注。

貴州省無(wú)集中供暖設(shè)施，冬季采暖問(wèn)題由居民自行解決。其煤炭資源豐富，當(dāng)前煤礦開(kāi)采以小型煤礦為主，煤炭生產(chǎn)較為分散，加之特殊的地理環(huán)境和少數(shù)民族分散居住現(xiàn)狀，貴州省農(nóng)村地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主。但針對(duì)貴州省農(nóng)村地區(qū)散煤使用情況的調(diào)查研究較少，缺乏直接的數(shù)據(jù)支持。為了解貴州省農(nóng)村地區(qū)散煤燃燒情況及其對(duì)空氣環(huán)境的影響，本研究對(duì)貴州省36個(gè)典型村鎮(zhèn)的生活能源(含散煤)使用情況進(jìn)行實(shí)地抽樣調(diào)查，同時(shí)分別于冬、夏兩季對(duì)典型村鎮(zhèn)空氣質(zhì)量進(jìn)行采樣與分析，進(jìn)而研究農(nóng)村地區(qū)散煤燃燒對(duì)空氣質(zhì)量的影響情況，為摸清貴州省農(nóng)村地區(qū)燃煤利用現(xiàn)狀及其環(huán)境污染狀況，填補(bǔ)貴州省農(nóng)村地區(qū)燃煤利用現(xiàn)狀調(diào)查空白，進(jìn)而為農(nóng)村地區(qū)大氣環(huán)境保護(hù)與管理提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與決策參考。

2 調(diào)查與數(shù)據(jù)分析

2.1 調(diào)查方式與內(nèi)容

本文以貴州省農(nóng)村地區(qū)為研究區(qū)域，選取散煤能耗占比不同、地域不同、經(jīng)濟(jì)發(fā)展不同、民族生活不同、資源稟賦不同和避開(kāi)工業(yè)污染源的36個(gè)典型村鎮(zhèn)開(kāi)展了農(nóng)村生活能源使用情況入戶(hù)調(diào)查，采用抽樣調(diào)查的形式，每個(gè)典型村鎮(zhèn)隨機(jī)選取30戶(hù)村民進(jìn)行調(diào)查，共計(jì)36個(gè)村鎮(zhèn)的1080戶(hù)村民接受了調(diào)查。為適應(yīng)當(dāng)?shù)厍闆r，保證調(diào)查順利開(kāi)展，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)明易懂的調(diào)查問(wèn)卷，調(diào)查內(nèi)容主要包括：煤質(zhì)情況、煤爐類(lèi)型、散煤來(lái)源、燃煤用途、散煤量、型煤量、用電量、液化氣、沼氣、柴草/秸稈的用量及家庭常住人口數(shù)量、家庭總收入等。

2.2 環(huán)境空氣采樣與分析

調(diào)查分別對(duì)冬、夏兩季的環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測(cè)采樣及分析。每個(gè)典型村鎮(zhèn)布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，其中上風(fēng)向20 m處布設(shè)1個(gè)無(wú)組織排放對(duì)照監(jiān)控點(diǎn)，村民聚集中心布設(shè)2個(gè)無(wú)組織排放監(jiān)控點(diǎn)。監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物和細(xì)顆粒物4項(xiàng)空氣質(zhì)量主要污染物，監(jiān)測(cè)頻次為連續(xù)監(jiān)測(cè)5 d，每天監(jiān)測(cè)不低于20 h。樣品采集嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境空氣質(zhì)量手工監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(HJ/T194-2017)和環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技術(shù)要求及檢測(cè)方法(HJ 93-2013)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 煤質(zhì)采集與分析

研究根據(jù)商品煤樣人工采取方法(GB475-2008)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)各地區(qū)主要礦區(qū)煤樣進(jìn)行采集，并對(duì)灰分、全硫、發(fā)熱量、揮發(fā)分、固定碳和水分等煤質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

對(duì)選擇的典型農(nóng)村燃煤調(diào)查數(shù)據(jù)按煤炭消耗量、能源結(jié)構(gòu)、燃煤品質(zhì)、燃煤爐具、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和區(qū)域分布進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)煤炭消耗量較高區(qū)域，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)落后、空氣質(zhì)量相對(duì)較差的典型區(qū)域典型地區(qū)農(nóng)村燃煤狀況實(shí)地調(diào)查和數(shù)據(jù)收集。對(duì)燃煤污染源排放因子實(shí)地調(diào)查研究，通過(guò)對(duì)排放樣品分析測(cè)試，計(jì)算出貴州省典型區(qū)域燃煤與空氣質(zhì)量關(guān)系。

3 結(jié)果與討論

3.1 貴州省煤炭資源產(chǎn)儲(chǔ)量及其分布情況

通過(guò)調(diào)查貴州省煤炭資源分布、煤炭資源儲(chǔ)量、勘探開(kāi)采數(shù)量以及目前共擁有的各類(lèi)煤礦數(shù)量、產(chǎn)量、煤礦區(qū)域分布等情況，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出，貴州省煤炭資源主要分布在北(遵義市)、西(畢節(jié)市、六盤(pán)水市、黔西南州)部地區(qū)，4個(gè)地區(qū)儲(chǔ)煤量合計(jì)占全省的93.9%。煤炭資源耗煤量最大的地區(qū)主要集中在六盤(pán)水市、畢節(jié)市、遵義市，其耗煤量合計(jì)占全省的81.8%?？梢?jiàn)與貴州省六盤(pán)水市、畢節(jié)市、遵義市的煤炭產(chǎn)銷(xiāo)量呈正相關(guān)，而黔西南州由于其海拔較低，年均氣溫較高的原因?qū)е潞拿毫坑兴陆?圖1、2)。

圖1 貴州省各地區(qū)煤炭資源產(chǎn)量占比情況分布

3.2 貴州省主要礦區(qū)燃煤品質(zhì)

通過(guò)對(duì)貴州省各地區(qū)主要礦區(qū)(煤炭)煤成分進(jìn)行分析，貴州省約45%的產(chǎn)煤為無(wú)煙煤，集中分布在貴陽(yáng)市、畢節(jié)市、安順市、黔西南州，煙煤則集中分布在六盤(pán)水和黔南州。從煤的工業(yè)成分分析來(lái)看，貴州省主要煤礦煤質(zhì)為中灰分中高硫煤，其中，中硫煤和高硫煤產(chǎn)量約占總產(chǎn)煤量的94%，低中灰份，中灰份和中高灰份含量約占84%。產(chǎn)煤硫含量和灰份含量較高，煤質(zhì)品質(zhì)一般。

圖2 貴州省各地區(qū)煤炭資源消耗量占比情況分布

3.3 貴州省典型村鎮(zhèn)能源結(jié)構(gòu)及利用方式

貴州省大部分地區(qū)典型村鎮(zhèn)散煤能源占比最高，占71%，電能占18%，其他能源在典型村鎮(zhèn)占比相對(duì)較小。燃煤是貴州省農(nóng)村地區(qū)采用的主要能源。通過(guò)調(diào)查可知，走訪(fǎng)的農(nóng)戶(hù)普遍采用回風(fēng)爐、土灶爐、蜂窩煤爐等。全部為直接燃燒和直接排放，且無(wú)治理措施，加上燃燒效率低，集中燃燒于采暖期，這些因素都使散煤燃燒對(duì)空氣質(zhì)量有一定的影響。

3.4 貴州省典型村鎮(zhèn)環(huán)境空氣質(zhì)量

3.4.1 總體評(píng)價(jià)

按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095-2012)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行年度評(píng)價(jià)，全省36個(gè)典型村鎮(zhèn)的環(huán)境空氣質(zhì)量中，13個(gè)典型村鎮(zhèn)達(dá)標(biāo)，占36.1%；14個(gè)典型村鎮(zhèn)的可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物兩項(xiàng)指標(biāo)濃度均超標(biāo)，占38.9%；1個(gè)典型村鎮(zhèn)的二氧化硫、細(xì)顆粒物兩項(xiàng)指標(biāo)濃度均超標(biāo)，占2.8%；8個(gè)典型村鎮(zhèn)的細(xì)顆粒物濃度超標(biāo)，占22.2%(圖3)。

3.4.2 主要污染指標(biāo)情況

按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095-2012)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行年度評(píng)價(jià)，全省36個(gè)典型村鎮(zhèn)二氧化氮年均濃度值均達(dá)標(biāo)；1個(gè)典型村鎮(zhèn)的二氧化硫年均濃度值超標(biāo)，占2.8%；14個(gè)典型村鎮(zhèn)的可吸入顆粒物年均濃度值超標(biāo)，占38.9%；23個(gè)典型村鎮(zhèn)的細(xì)顆粒物年均濃度值超標(biāo)，占63.9%。主要污染指標(biāo)年均濃度統(tǒng)計(jì)情況詳見(jiàn)表1。

3.4.3 季節(jié)性變化分析

貴州省典型村鎮(zhèn)環(huán)境空氣質(zhì)量季節(jié)性變化明顯，各污染指標(biāo)冬季濃度值普遍高于夏季濃度值，冬季超標(biāo)情況較夏季嚴(yán)重。其中，二氧化硫指標(biāo)夏季平均濃度超標(biāo)的典型村鎮(zhèn)數(shù)占2.8%，冬季則占8.3%；二氧化氮指標(biāo)夏季平均濃度超標(biāo)的典型村鎮(zhèn)數(shù)占0%，冬季則占2.8%；可吸入顆粒物指標(biāo)夏季平均濃度超標(biāo)的典型村鎮(zhèn)數(shù)占13.9%，冬季則占55.6%。細(xì)顆粒物指標(biāo)夏季平均濃度超標(biāo)的典型村鎮(zhèn)數(shù)占30.6%，冬季則占83.3%(圖4)。

圖3 全省36個(gè)典型村鎮(zhèn)4項(xiàng)污染物不同年均濃度區(qū)間村鎮(zhèn)比例

表1 貴州省36個(gè)典型村鎮(zhèn)環(huán)境空氣質(zhì)量主要污染指標(biāo)年均濃度統(tǒng)計(jì) μg/m3

續(xù)表1

圖4 全省36個(gè)典型村鎮(zhèn)二氧化硫指標(biāo)不同濃度區(qū)間村鎮(zhèn)比例

3.4.4 地理性分布情況

貴州省典型村鎮(zhèn)環(huán)境空氣質(zhì)量地理性分布差異明顯，空氣質(zhì)量超標(biāo)情況主要分布在西(六盤(pán)水市、畢節(jié)市)部、北(遵義市)部和中南(黔南州)部地區(qū)，這與貴州省煤炭資源分布情況相吻合，而東部地區(qū)因煤炭資源相對(duì)匱乏、散煤購(gòu)買(mǎi)不便等原因，空氣質(zhì)量受散煤燃燒污染影響相對(duì)較小，本次調(diào)查的安順市、銅仁市、黔東南州典型村鎮(zhèn)的環(huán)境空氣質(zhì)量均達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

貴州省煤炭資源主要分布在北(遵義市)、西(畢節(jié)市、六盤(pán)水市、黔西南州)部地區(qū)，耗煤量最大的地區(qū)為六盤(pán)水市、畢節(jié)市和遵義市。貴州省煤炭資源以煙煤為主，占55%，集中分布在六盤(pán)水市和黔南州。煤質(zhì)為中灰分中高硫煤，品質(zhì)一般。燃煤是貴州省農(nóng)村地區(qū)采用的主要能源，爐具普遍采用回風(fēng)爐、土灶爐、蜂窩煤爐等，均為直接排放，無(wú)治理措施。本次調(diào)查的36個(gè)典型村鎮(zhèn)中，散煤能源占71%、電能占18%；23個(gè)典型村鎮(zhèn)環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)，占63.9%；主要污染指標(biāo)為可吸入顆粒物和細(xì)顆粒物；污染情況呈季節(jié)性變化，冬季超標(biāo)情況高于夏季，且主要分布在西(六盤(pán)水市、畢節(jié)市)部、北(遵義市)部和中南(黔南州)部地區(qū)，這與貴州省煤炭資源分布情況相吻合，東部地區(qū)因煤炭資源相對(duì)匱乏、散煤購(gòu)買(mǎi)不便等原因，空氣質(zhì)量受散煤燃燒污染影響相對(duì)較小。

4.2 建議

農(nóng)村散煤燃燒因量大、分散、無(wú)治理措施等原因使得農(nóng)村散煤燃燒是農(nóng)村大氣承載力超載的主要原因。因散煤燃燒導(dǎo)致的空氣污染情況不容忽視，建議采取源頭控制、使用經(jīng)過(guò)洗選加工的潔凈型煤、推廣應(yīng)用節(jié)能環(huán)保型燃煤采暖爐具、逐步實(shí)施清潔能源替代等措施，加強(qiáng)政策激勵(lì)和引導(dǎo)，促進(jìn)煤炭由主要燃料向燃料、原料并重轉(zhuǎn)變、煤為能源主體向煤與新能源協(xié)同發(fā)展轉(zhuǎn)變、煤炭由高碳粗放型開(kāi)發(fā)利用向近零排放目標(biāo)的清潔高效利用轉(zhuǎn)變，以最終建立煤炭清潔高效可持續(xù)發(fā)展支撐體系，有效緩解散煤燃燒污染情況。