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        撫順市環(huán)境空氣質(zhì)量與污染源相關(guān)性分析

        2017-07-05 10:32苑宏剛
        綠色科技 2017年10期
        關(guān)鍵詞:二氧化氮二氧化硫污染源

        苑宏剛

        摘要:在系統(tǒng)闡明了撫順市城區(qū)高污染燃料的消耗特征、大氣污染物治理排放特征以及環(huán)境空氣質(zhì)量狀況與評價基礎(chǔ)上,采用相關(guān)性分析的方法,系統(tǒng)分析了撫順市城區(qū)2014年環(huán)境空氣質(zhì)量污染物的濃度量值、首要污染物天數(shù)的及月分布,與高污染燃料燃燒污染物排放量之間的關(guān)系。研究表明:PM10、PM2.5代表的煙(粉)塵顆粒物和NO2是首要的污染物因子;煙氣SO2的排放量的擬合線與環(huán)境空氣SO2月濃度的擬合均是一致的凹拋物線,具有良好的一致性;煙(粉)塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度存在的良好的相關(guān)性;煙氣NOx的月排放量及其擬合線與NO2月濃度變化趨勢具有良好的一致性。

        關(guān)鍵詞:空氣質(zhì)量;污染源;相關(guān)性;二氧化氮;二氧化硫

        中圖分類號:X831

        文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:16749944(2017)10006303

        1 引言

        大量研究表明,區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量與區(qū)域污染源具有極強的相關(guān)性[1~3]。在特定區(qū)域內(nèi),環(huán)境空氣質(zhì)量污染物在濃度量值、首要污染物天數(shù),以及出現(xiàn)的特定時間段上會呈現(xiàn)特定特征[4]。筆者在系統(tǒng)分析了撫順市城區(qū)高污染燃料的消耗特征、大氣污染物治理排放特征以及環(huán)境空氣質(zhì)量狀況與評價的基礎(chǔ)上,采用相關(guān)性分析的方法,系統(tǒng)分析了撫順市城區(qū)2014年環(huán)境空氣質(zhì)量污染物的濃度量值、首要污染物天數(shù)的及月分布,與高污染燃料燃燒污染物排放量之間的關(guān)系,為高污染燃料禁燃區(qū)科學(xué)客觀地劃分提供必要條件。

        2 主要污染物的識別與確定

        高污染燃料禁燃區(qū)劃分方案需要明確確定影響區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量的主要污染物。中國國家標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)共確定六項污染物[5],分別是SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5。這六項污染物在撫順城區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量濃度特征、首要污染物天數(shù)以及時間分布上呈現(xiàn)了以下明顯特點。

        (1)以PM10、PM2.5代表的煙(粉)塵顆粒物和O3,是自2012年全市有系統(tǒng)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)以來最主要的三種污染物。2012年二級空氣質(zhì)量以下污染天數(shù)為73 d,O3占了47 d約64%,PM10為26 d約36%;2013年二級空氣質(zhì)量以下污染天數(shù)為78 d,O3占了21 d約27%,PM10為30 d約38%,PM2.5為27 d約35%;距現(xiàn)在最近的2014年,二級空氣質(zhì)量以下污染天數(shù)為123 d,O3占了41 d約33%,PM10為10 d約8%,PM2.5達(dá)到了71 d約58%(圖1)。這些數(shù)據(jù)表明,撫順市的環(huán)境空氣污染的主要污染物即為O3和煙(粉)塵顆粒物。

        (2)PM10、PM2.5和O3污染物在年度內(nèi)出現(xiàn)的時間段上,PM10、PM2.5主要出現(xiàn)春、秋和冬季三季,O3污染物主要出現(xiàn)在夏季。

        (3)SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5六項污染物,特別是PM10、PM2.5和O3污染物在濃度上,年度內(nèi)呈現(xiàn)規(guī)律性分布。SO2、NO2、PM10和PM2.5一直呈凹型拋物線,這表明4種污染物在污染排放源上具有同一性,而O3呈凸型拋物線。研究表明,O3是環(huán)境空氣的二次污染物,是由于NO2引發(fā),在夏季強紫外光輻射照射下產(chǎn)生了NO、O、NO2、O2和O3各成分間循環(huán)的光化學(xué)反應(yīng)。圖1也表明,O3的存在與撫順市的光照時間存在良好的相關(guān)性,盡管日照時間僅是NO、O、NO2、O2和O3各成分間轉(zhuǎn)化的一個因素,但是光照時間卻和紫外線的輻射強度存在一致性。因此,在污染源對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響方面,應(yīng)O3將與NO2歸類,分析NO2與污染源排放的關(guān)系。

        通過上述3個規(guī)律的分析可知,PM10、PM2.5代表的煙(粉)塵顆粒物和NO2是首要的污染物因子。而SO2一直以來作為環(huán)境空氣污染必須分析的污染物,在撫順市的濃度量值在年度內(nèi)的分布特征又與PM10、PM2.5具有相同分布特征和同源性,所以也應(yīng)該把SO2作為污染物因子。因此,撫順市環(huán)境空氣污染物因子確定為PM10、PM2.5、NO2和SO2。

        3 主要污染物與污染源相關(guān)性分析

        兩個變量間的相關(guān)性分析是建立兩種變量是否有關(guān)聯(lián)的重要方法。

        為客觀分析污染物排放源強度與環(huán)境空氣質(zhì)量間的關(guān)系,做如下技術(shù)處理。

        (1)將全年煙氣中的SO2、煙(粉)塵和氮氧化物排放量分為取暖期附加排放量和工業(yè)污染源排放背景值兩部分,工業(yè)污染源各排放總量按12個月平均到每月中,冬季取暖期的排放量按5個月平均,分別再加到1、2、3、11和12月等5個月中。按照此方法,全年分成了取暖期和非取暖期兩段,取暖期分別為1、2、3、11和12月共5個月份,非取暖期為4、5、6、7、8、9和10月共7個月份。冬季取暖期的煙氣污染物排放量包括取暖鍋爐排放源和工業(yè)生產(chǎn)使用的高污染燃料源,非取暖期僅為生產(chǎn)使用的高污染燃料源。

        (2)將各污染物月排放量進行二次曲線擬合,與對應(yīng)污染物的月平均濃度或者污染天數(shù)進行相關(guān)性比較,確定污染物排放是否和環(huán)境空氣污染因子具有相關(guān)性。

        3.1 煙氣SO2的排放量與環(huán)境空氣SO2濃度間的相關(guān)性

        煙氣SO2的排放量與環(huán)境空氣SO2濃度間的相關(guān)性如圖2。

        由圖2可知,煙氣SO2的排放量的擬合線與環(huán)境空氣SO2月濃度的擬合均是一致的凹拋物線,具有良好的一致性,兩者相關(guān)性分別達(dá)到了0.7180和0.9634。凹拋物線特征進一步說明,兩者存在的良好的相關(guān)性,環(huán)境空氣中的SO2的濃度與煙氣排放SO2的數(shù)量極其相關(guān)。SO2的排放量在一年中的1、2和3月及11月、12月高,而環(huán)境空氣SO2對應(yīng)月的平均濃度也高,這也是取暖期比非取暖期多燃燒消耗了大量高污染燃料所致[7]。但是根據(jù)第五章的環(huán)境空氣質(zhì)量分析表明,SO2雖不是首要超標(biāo)污染物,但是仍有一些天IAQI值超過100,因此仍需作為高污染燃料禁燃區(qū)劃分的污染標(biāo)識物之一。

        3.2 煙氣中煙(粉)塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5之間的相關(guān)性

        撫順市高污染燃料燃燒排放煙(粉)塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5之間的相關(guān)性如圖3,4所示(以撫順市2014年污染物排放量和環(huán)境空氣質(zhì)量為代表)。

        由圖3可知,煙氣煙(粉)塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度均呈現(xiàn)1~3月份、11~12月份高而中間各月份低的現(xiàn)象,具有良好的一致性,這表明取暖期比非取暖期多燃燒消耗了大量高污染燃料所致[8]。圖4表明,每月污染天數(shù)的分布特征與煙(粉)塵排放量也呈現(xiàn)良好的相關(guān)系,并且燃燒排放的煙(粉)塵造成空氣中的PM10和PM2.5超標(biāo)的污染物,已經(jīng)在2013年開始成為撫順市的最主要的污染物,2014年兩者污染天數(shù)之和已達(dá)80 d,占全年污染天數(shù)的65%。PM10和PM2.5的污染應(yīng)該受到嚴(yán)格的注意和防控。

        從三者的擬合線來看(圖3),煙(粉)塵的排放量的擬合線與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度擬合線均是一致的凹拋物線型。雖然PM10和PM2.5的擬合度并不高,但是在9次多項式以內(nèi),2次多項式拋物線擬合形式的相關(guān)系數(shù)仍然最高。凹拋物線的特征也說明了煙(粉)塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度存在的良好的相關(guān)性。這個結(jié)論與其他城市的研究結(jié)果相同[9]。

        PM2.5月首要污染天數(shù)間的相關(guān)性

        造成PM10和PM2.5擬合線相關(guān)系數(shù)不高的原因,與非取暖期呈現(xiàn)部分高值有關(guān),這是因為非取暖期高污染燃料燃燒排放煙(粉)塵顆粒物數(shù)量雖然低于取暖期,但由于煙(粉)塵粒度過細(xì),沉降性不佳,幾年累積的結(jié)果,一旦空氣層結(jié)穩(wěn)定,必然會造成環(huán)境空氣PM10和PM2.5偏高的現(xiàn)象[6],研究表明,高污染燃料的燃燒,如果治理水平不高,在常規(guī)的干法除塵工藝條件下,直徑小于2.5 μm的PM2.5無法去除,除非采用濕法除塵。這說明了取暖期和非取暖期高污染燃料燃燒排放的煙(粉)塵均是PM10和PM2.5成為環(huán)境空氣質(zhì)量污染最主要的污染物。因此全國很多城市均把高污染燃料燃燒排放的煙(粉)塵作為環(huán)境空氣PM10和PM2.5超標(biāo)的元兇。

        綜合上述分析,煙氣中煙(粉)塵的排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5之間均在良好的相關(guān)性,PM10和PM2.5的煙(粉)塵應(yīng)作為高污染燃料禁燃區(qū)劃分的最主要的污染標(biāo)識物之一。

        3.3 煙氣NOx的排放量與環(huán)境空氣NO2濃度間的相關(guān)性

        煙氣NOx的排放量與環(huán)境空氣NO2濃度間的相關(guān)性如圖5。

        由圖5可知,煙氣NOx的月排放量及其擬合線與NO2月濃度變化趨勢具有良好的一致性。從兩者的擬合線來看,煙氣NOx的月排放量與環(huán)境空氣NO2月平均濃度的擬合線均是一直的凹拋物線,相關(guān)系數(shù)R2分別為0.7180和0.7294。具有良好的一致性,同前述SO2和煙(粉)塵顆粒物的分析結(jié)果一樣,凹拋物線特征進一步說明了兩者存在的良好相關(guān)性,環(huán)境空氣中的NOx的濃度與煙氣排放NO2的數(shù)量極其相關(guān)[10]。NOx的排放量在一年中的1、2、3、11、12月呈現(xiàn)高值,而環(huán)境空氣NO2在對應(yīng)月上的平均濃度也呈現(xiàn)高值,這與取暖期比非取暖期多燃燒消耗了大量高污染燃料有關(guān)。

        NO2在夏季濃度偏低,還在于夏季轉(zhuǎn)化為O3所致。一般而言,O3與NOx的排放量的關(guān)系如圖6。

        圖6表明,由NOx氧化物、O2和紫外線光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的O3應(yīng)該引起重視。5~9月份雖然出現(xiàn)的降水天氣對煙(粉)塵顆粒物有良好的清除作用,但是這些月份的強輻射,NOx會引發(fā)O3的產(chǎn)生[11]。只有控制了NOx的排放,才能抑制O3的產(chǎn)生,進而改變夏季撫順市空氣O3超標(biāo)的現(xiàn)象。

        因此,NOx作為高污染燃料燃燒的煙氣排放的引發(fā)的O3污染的引發(fā)劑的角度,NO2、NO等NOx也應(yīng)該作為高污染燃料禁燃區(qū)劃分的污染標(biāo)識物。

        4 結(jié)語

        PM10、PM2.5代表的煙(粉)塵顆粒物和NO2是首要的污染物因子;煙氣SO2的排放量的擬合線與環(huán)境空氣SO2月濃度的擬合均是一致的凹拋物線,具有良好的一致性,兩者相關(guān)性分別達(dá)到了0.7180和0.9634;煙(粉)塵的排放量的擬合線與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度擬合線均是一致的凹拋物線型,排放量與環(huán)境空氣PM10和PM2.5月均濃度存在的良好的相關(guān)性;煙氣NOx的月排放量及其擬合線與NO2月濃度變化趨勢具有良好的一致性,擬合相關(guān)系數(shù)R2分別為0.7180和0.7294,具有良好的一致性。

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