石獅市環(huán)境空氣氮氧化物污染特征

＊黃清涯

（泉州市石獅環(huán)境監(jiān)測站 福建 362700）

據(jù)統(tǒng)計，2018—2022年影響石獅市環(huán)境空氣質量的主要指標是O3、PM10、PM2.5、NO2。2019年石獅市委托技術單位開展大氣O3源解析研究，發(fā)現(xiàn)石獅受外來輸入性O3以及NOx、VOCs等前體物傳輸?shù)绞{并在本地發(fā)生光化學反應生成的O3影響很大[1]。由于VOCs物種繁多及其與NOx反應非線性，同時受復雜氣象條件影響，O3的形成和污染存在一定的復雜性和不確定性[2-3]，管控提升難度較大。隨著大氣污染防治工作的實施，石獅市PM10、PM2.5平均濃度分別由2018年的48μg/m3、26μg/m3下降到2022年的32μg/m3、16μg/m3，管控提升空間較小。NO2指標管控成為下一步持續(xù)改善石獅市環(huán)境空氣質量關注的焦點。

目前研究認為，NOx污染大部分來自火電、工業(yè)、交通等人為源排放[4-5]。王肖漢等[6]通過對珠三角地區(qū)NO2濃度時空變化特征分析發(fā)現(xiàn)NO2濃度與城市的經(jīng)濟狀況、產(chǎn)業(yè)結構、常住人口數(shù)量及機動車保有量具有一定的相關關系。徐恒等[7]分析了長三角地區(qū)NO2污染的時空分布特征及污染來源，結果顯示上海地區(qū)NO2濃度受交通排放影響較大。石獅市的相關研究尚未見報道。因此，本研究擬利用石獅市2018—2022年環(huán)境空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析環(huán)境空氣質量NOx污染特征及主要NOx污染源對石獅市NOx濃度的影響，以期為石獅市NOx污染防治和環(huán)境空氣質量提升提供參考。

1.數(shù)據(jù)與方法

（1）研究區(qū)概況。石獅市位于福建東南沿海，陸域面積158.91平方千米，屬亞熱帶海洋性季風氣候。2022年石獅市生產(chǎn)總值1159.68億元，其中三次產(chǎn)業(yè)比重為2.7:44.0:53.3。區(qū)域內現(xiàn)有3家燃煤熱電廠，總裝機容量3234MW；2個主要貨運港口，2022年貨物總吞吐量為4020.61萬噸；1個國家級中心漁港，2021年有機動漁船1122艘。2020年石獅市常住人口68.6萬人，機動車保有量24.92萬輛。石獅市主要NOx污染源構成為火力發(fā)電49%、漁業(yè)船舶25%、其它船舶11%、柴油車6%、汽油車4%、工業(yè)燃燒4%、其它1%。

（2）數(shù)據(jù)來源。本研究2018—2022年空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于石獅市4座省控環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測站（前廊站、金林站、寶蓋山站、石湖作業(yè)區(qū)站）；熱電廠NOx排放量數(shù)據(jù)來源于石獅市生態(tài)環(huán)境部門重點污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)；交通車流量數(shù)據(jù)來源于石獅市交警部門統(tǒng)計。

（3）研究方法。應用WPS Office軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。結合2018—2022年石獅市環(huán)境空氣質量6項污染物濃度的變化趨勢，分析NO2分布特征。采取比較分析法，選取特征路段交通、熱電廠NOx排放、漁業(yè)船舶等NOx污染源影響較為突出或較小特殊時段，對比同期三者與石獅市或相關站點NOx平均濃度變化情況，分析之間影響關系。以2021—2022年石湖作業(yè)區(qū)站（2021年建成）NO2濃度情況模擬港口貨船貨車等的NO2污染程度，對比同時間石獅市NO2濃度情況，討論石湖作業(yè)區(qū)貨運活動影響。通過Pearson相關分析確定各指標間的相關性。

2.結果與分析

（1）2018—2022年石獅市環(huán)境空氣NO2分布特征。計算石獅市2018—2022年4項環(huán)境空氣指標年均濃度，結果如表1所示。石獅市NO2年均濃度逐年下降，2022年較2018年下降了36.36%。

表1 石獅市2018—2022年4項環(huán)境空氣指標年均濃度情況（單位：μg/m3）

圖1為石獅市2021—2022年O3和NO2在00—23時點的平均濃度變化曲線，發(fā)現(xiàn)兩者負相關性非常強，相關系數(shù)為-0.900（P＜0.01）。

圖1 石獅市2021—2022年O3和NO2在00—23時點的平均濃度變化曲線

城市O3污染來源主要是由NOx和VOCs前體物經(jīng)過一系列復雜光化學反應生成[8]，顆粒物具有消光作用，可以吸收和散射太陽輻射，致使光化學反應減弱，從而影響O3生成[9]?？紤]石獅市2021年以來未新增重大NOx減排項目，NO2濃度下降很大可能是因為PM10、PM2.5度水平變低、太陽輻射吸收和散射作用變弱，導致部分NO2通過光化學反應轉化為O3所造成。

（2）獅城大道大貨車進出城數(shù)量對前廊站NOx濃度的影響。獅城大道位于前廊站北側約200m，是石獅大貨車進出城主要干道?？疾?022年1月16日至2月15日前廊站、金林站和寶蓋山站在00—23時點的NOx平均濃度情況，發(fā)現(xiàn)前廊站每個時點的NOx平均濃度均高于金林站和寶蓋山站，在22—08時大貨車避開交通高峰上路時段尤其明顯（見表2），在該時段前廊站NOx平均濃度分別比金林站、寶蓋山站高出了64.51%和126.72%。

表2 2022年1月16日至2月15日前廊站、金林站和寶蓋山站22—08時點NOx平均濃度情況（單位：μg/m3）

進一步對比2022年1月16日至2月15日期間00—23每個時點前廊站NOx平均濃度和獅城大道大貨車進出城數(shù)量變化趨勢情況（見圖2），發(fā)現(xiàn)兩者正相關性強，相關系數(shù)為0.714（P＜0.01）。

圖2 2022年1月16日至2月15日00—23每個時點前廊站NOx的平均濃度和獅城大道大貨車進出城數(shù)量變化趨勢情況

（3）3家熱電廠NOx排放情況與石獅市NOx濃度的聯(lián)動關系。對比2022年3月19日至4月4日前廊站、金林站和寶蓋山站NOx小時平均濃度以及3家熱電廠NOx小時排放量的變化趨勢（見圖3），3月19日至30日3家熱電廠NOx小時排放量在1.26～2.28t/h區(qū)間小幅波動，振幅28.81%；3月31日08時出現(xiàn)1個4.39t/h的峰值，前廊站、金林站和寶蓋山站均不約而同在07時出現(xiàn)1個38.211μg/m3、15.636μg/m3、11.898μg/m3的峰值，原因是其中1家熱電廠1臺機組停爐06時起NOx排放濃度升高至518.724mg/m3超標值推高所導致；隨后繼續(xù)在更低水平的0.79～1.47t/h區(qū)間小幅波動，振幅30.09%。而前廊站、金林站和寶蓋山站NOx小時平均濃度變化趨勢基本一致，波動頻發(fā)且幅度較大，最大幅度分別為85.94%、78.40%和99.90%。通過相關分析，3家熱電廠NOx小時排放量與前廊站、金林站和寶蓋山站NOx小時平均濃度相關性非常弱，說明3家熱電廠在NOx穩(wěn)定排放情況下，對石獅市NOx濃度的波動影響較小，但在NOx異常排放時會一定程度推高石獅市NOx濃度。

圖3 2022年3月19日至4月4日各站點NOx小時平均濃度以及3家熱電廠NOx小時排放量的變化趨勢

（4）漁業(yè)船舶對石獅市NO2濃度的影響。表3是2018—2022年石獅市伏季休漁期間和非伏季休漁期間NO2平均濃度。

表3 2018—2022年石獅市伏季休漁期間和非伏季休漁期間NO2平均濃度（單位：μg/m3）

石獅市每年伏季休漁期間NO2平均濃度均低于非伏季休漁期間NO2平均濃度，其中2021年差別最大為38.01%，2020年差別最小為6.92%，5年平均差別為20.65%，說明漁船作業(yè)對石獅市NO2濃度有一定程度影響。

（5）石湖作業(yè)區(qū)貨運活動對石獅市NO2濃度的影響。篩選2021年5月2日至8月15日和2022年5月2日至8月15日期間（伏季休漁期，合計210天）、小時風向角度為0～90°（東北風）、石湖作業(yè)區(qū)站NO2小時平均濃度大于等于石獅市NO2小時平均濃度條件的時點。其中符合條件的時點有461個，折19.208天，占期間總天數(shù)的9.15%。通過分析，兩者正相關性強，相關系數(shù)為0.773（P＜0.01）。

以石湖作業(yè)區(qū)站NO2小時平均濃度從小到大排序，繪制石獅市NO2小時平均濃度和小時平均風速變化曲線（見圖4）。的升高，石獅市NO2小時平均濃度隨之上升，且變化幅度更大，在石湖作業(yè)區(qū)站NO2小時平均濃度在14μg/m3（2022年石獅NO2年均濃度）以下及以上時，石獅市NO2小時平均濃度最大值/區(qū)間平均值的值分別為1.879和2.248。在石湖作業(yè)區(qū)站NO2小時平均濃度相同情況下，風速越大即大氣擴散條件越好，石獅市NO2小時平均濃度越低。以石湖作業(yè)區(qū)站NO2小時平均濃度出現(xiàn)次數(shù)最多的12μg/m3（33次）為例，當風速小于3m/s及大于3m/s時，石獅市NO2平均值分別為9.261μg/m3和8.260μg/m3。

圖4 石獅市NO2小時平均濃度和小時平均風速變化曲線

3.結論

（1）近年來石獅市環(huán)境空氣質量NOx濃度下降是因為部分NOx通過光化學反應轉化為O3所造成，對改善環(huán)境空氣質量效果不大。今后可進一步探索NOx與O3濃度合理比值，尋求得到最優(yōu)空氣質量綜合指數(shù)。

（2）受獅城大道大貨車流量影響，前廊站NOx濃度明顯高于金林站和寶蓋山站；石獅市3家熱電廠在NOx穩(wěn)定排放情況下，對石獅市NOx濃度的波動影響較小，但在NOx異常排放時會一定程度推高石獅市NOx濃度。建議采取減少獅城大道大貨車流量、保障石獅市3家熱電廠NOx穩(wěn)定排放等措施有效降低石獅市NOx濃度。

（3）在風向風速等氣象條件不利情況下，石獅市NOx濃度一定程度受漁港漁船作業(yè)和貨港貨運活動影響，可通過船舶分流作業(yè)、船舶NOx排放控制、提高船舶油品質量等辦法減少其對石獅市NOx濃度的影響。