吳 鴻（上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)裝備有限公司， 上海 200235）

隨著我國(guó)“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施及經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，我國(guó)港口建設(shè)近年來呈快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，對(duì)港口的建設(shè)及轉(zhuǎn)型升級(jí)也提出了新的要求?，F(xiàn)代化港口倡導(dǎo)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”港口，因此建設(shè)港口環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及平臺(tái)，科學(xué)評(píng)估港口的環(huán)境空氣質(zhì)量具有重要意義[1]。根據(jù)交通運(yùn)輸部的要求，上海市交通委于 2014 年在外高橋港區(qū)建設(shè)了環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)試點(diǎn)工程并負(fù)責(zé)日常運(yùn)維管理。

由于港口大量人員聚集，交通活動(dòng)強(qiáng)度越來越大，排放的顆粒物和 CO、NOx、SO2和 VOCs 空氣污染物也大量增加，因此港口區(qū)域的生產(chǎn)活動(dòng)及排放對(duì)港口大氣的影響愈發(fā)受到重視。上海港作為世界貨物吞吐量最大的港口，其船舶活動(dòng)日益增加，并且港區(qū)的污染物排放給港區(qū)及周邊地區(qū)帶來了潛在的環(huán)境問題。傅夏明、伏晴艷、孫偉等人[2-4]對(duì)港口船舶、集輸運(yùn)車輛等的排放清單和現(xiàn)狀研究表明，港口空氣污染排放主要為 NOx、SO2、顆粒物等，且與船用柴油機(jī)含硫燃料的使用、港作機(jī)械、集輸運(yùn)車尾氣密切相關(guān)。

本文研究目的是運(yùn)用在線的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，從觀測(cè)的角度識(shí)別港區(qū)特征污染因子，評(píng)價(jià)港區(qū)船舶排放對(duì)港區(qū)空氣質(zhì)量的影響及特征，科學(xué)掌握污染物排放規(guī)律，為港口污染減排提供科學(xué)依據(jù)。

1 監(jiān)測(cè)方法及數(shù)據(jù)質(zhì)量保證

港區(qū)在線空氣監(jiān)測(cè)共 2 個(gè)點(diǎn)位，分別位于上海市吳淞國(guó)際郵輪碼頭，外高橋二期集裝箱碼頭（外二）和外高橋四期集裝箱碼頭（外四），各點(diǎn)位位置分布見圖 1。外二站點(diǎn)的常規(guī)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)使用已有的空氣自動(dòng)站的設(shè)備，自動(dòng)站采樣口離地面約 4 m，站房距離江岸約 1 200 m，各監(jiān)測(cè)儀器從主采樣管分支路進(jìn)氣，并行監(jiān)測(cè)。外四站點(diǎn)常規(guī)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)使用已有的空氣自動(dòng)站的設(shè)備，從房頂平臺(tái)采集氣體，采樣口離地面約 4 m。站房距離江岸約 100 m。

圖 1 港口監(jiān)測(cè)點(diǎn)位圖

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要依據(jù)的技術(shù)規(guī)范包括 HJ/T 193—2005《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、HJ/T 194—2005《環(huán)境空氣質(zhì)量手工監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》、HJ/T 352—2007《環(huán)境污染源自動(dòng)監(jiān)控信息傳輸、交換技術(shù)規(guī)范（試行）》、HJ/T 212—2005《污染源在線自動(dòng)監(jiān)控(監(jiān)測(cè))系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》。

港區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括常規(guī)的空氣質(zhì)量指標(biāo)，即NO2、SO2、CO、O3、PM2.5、PM10，另外也包括輔助性的氣象要素，即風(fēng)速，風(fēng)向，溫度，相對(duì)濕度等。具體內(nèi)容見表 1。

表 1 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)及監(jiān)測(cè)指標(biāo)

空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備有 Thermo-SO2分析儀、NONO2-NOx分析儀、CO 分析儀、O3分析儀，顆粒物采用微量振蕩天平顆粒物測(cè)量?jī)x（TEOM 熱電）。為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性，各儀器均按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行質(zhì)量保證（QA）和質(zhì)量控制（QC）。具體監(jiān)測(cè)方法見表 2。

表 2 監(jiān)測(cè)因子及檢測(cè)方法

2 港口空氣污染物特征

2.1 污染物濃度總體分布特征

對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)外二站點(diǎn)、外四站點(diǎn)，2016 年全年的污染氣體的濃度與 2016 年全年上海市的濃度進(jìn)行對(duì)比分析以獲取上海市污染物及港口的污染物總體特征。接著，提取出2016 年全年的 SO2、NO2、O3、CO 的平均濃度值，污染物比較情況見圖 2、圖 3。

圖 2 污染物濃度對(duì)比圖

圖 3 上海市各污染物占比與港口監(jiān)測(cè)站各污染物濃度占比

由上述對(duì)比分析圖可以看出，上海市大氣污染物中，CO 為主要污染物，第二是 O3，第三是 SO2。對(duì)于港口的空氣環(huán)境而言，NO2污染物占比有一定幅度增加，成為第二大污染物，同時(shí)其他 NOx 的濃度也顯著增加。各污染物中，除 O3港口濃度較全市低外，SO2、NOx濃度均較全市高，其中NOx增加幅度較大，NO2增加幅度最大。

2.2 NOx 污染物分布特征

NOx作為港口與全市主要的區(qū)別性污染物需重點(diǎn)研究。因分布特征對(duì)外二站點(diǎn)和外四站點(diǎn)的常規(guī)空氣質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)合氣象參數(shù)的監(jiān)測(cè)識(shí)別港口特征污染因子，分析其對(duì)港區(qū)空氣質(zhì)量的影響。選取一次氣態(tài)污染物（NO2、SO2），并結(jié)合上海市的平均因子濃度進(jìn)行對(duì)比分析。

外二站點(diǎn)、外四站點(diǎn)的 NOx濃度（日均）與上海市平均 NO2濃度（日均）的對(duì)比見圖 4。監(jiān)測(cè)期間 2 站點(diǎn)數(shù)據(jù)完整，數(shù)據(jù)質(zhì)量較為理想。從曲線中可以看出，外高橋港區(qū)的NOx濃度明顯高于上海市平均水平，其中外四站點(diǎn)的 NO2濃度在 4～6 月份高于外二站點(diǎn)，而 7～10 月份二者相近且呈現(xiàn)高相關(guān)性，再次驗(yàn)證了 NOx為港區(qū)污染的主要特征因子這一觀點(diǎn)。將港區(qū)的 NO2和上海市 NO2濃度進(jìn)行了回歸分析，可知整個(gè)監(jiān)測(cè)期間二者存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)一般，為 0.387。從統(tǒng)計(jì)來看，監(jiān)測(cè)期間港區(qū)的平均NOx濃度為 73 μg/m3，同期上海市平均水平為 40 μg/m3，港區(qū)較上海市平均高約 83%。由此可見，NO2作為指征港區(qū)作業(yè)的特征污染物，應(yīng)作為減排目標(biāo)加以控制。

圖 4 外高橋港區(qū) NO2 濃度與上海市平均濃度對(duì)比

提取全年監(jiān)測(cè)站點(diǎn) NOx全年月平均濃度，對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的 NOx的月平均濃度進(jìn)行對(duì)比分析，見表 3 和圖 5。對(duì)比分析可知，外二站點(diǎn)、外四站點(diǎn) NOx濃度從 1～3 月呈現(xiàn)高位；5～8 月呈下降趨勢(shì)；之后又呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)。由表3 可知，外二站點(diǎn)、外四站點(diǎn)的監(jiān)測(cè) NOx污染氣體的濃度同期相比變化較小，在第二、三季度 NOx的平均濃度最小。

表 3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)氮化物季度平均濃度 mg/m3

圖 5 測(cè)站 NOx 每月平均濃度

以上現(xiàn)象主要是因?yàn)樯虾Ｌ幱陂L(zhǎng)三角地區(qū)，風(fēng)場(chǎng)存在顯著的季節(jié)性變化，不同季節(jié)輸送氣流不同。春夏季以東南風(fēng)為主，東南向是海面，利于濃度相對(duì)較低；秋冬季西北風(fēng)為主不利消散，以上游加本地污染為主[5-6]。

港區(qū)的 NOx明顯受到自身排放的影響。為更明確地研究 NOx的來源，本項(xiàng)目利用站點(diǎn)并行的氣象風(fēng)場(chǎng)觀測(cè)，分別統(tǒng)計(jì)了不同風(fēng)向上的 NOx平均濃度。NO2風(fēng)向玫瑰圖見圖 6。從圖 6 中可以明顯看出，高 NOx濃度均主要發(fā)生在內(nèi)陸風(fēng)向?yàn)橹鞯慕嵌葏^(qū)間，表明港區(qū) NOx主要來自陸源的機(jī)動(dòng)車排放，而船舶排放（河面方向）對(duì)港區(qū) NOx的貢獻(xiàn)較小，因此港區(qū)的 NOx更多地來自港區(qū)或者市區(qū)的機(jī)動(dòng)車排放，這與港區(qū)的 NOx與上海市 NOx的濃度水平呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性是一致的。

圖 6 外高橋港區(qū)四期站點(diǎn) NO2 濃度的風(fēng)向分布

2.3 SO2 污染物分布特征

外二站點(diǎn)和外四站點(diǎn)與上海市平均 SO2日均濃度對(duì)比見圖 7。與 NOx情況相似，港區(qū) SO2濃度均明顯高于同期的上海市平均濃度，外四站點(diǎn)濃度較外二站點(diǎn)更高。港區(qū) SO2濃度與上海市平均水平進(jìn)行回歸分析，港區(qū) SO2與上海市平均濃度相關(guān)性較低，僅為 0.22，可認(rèn)為不相關(guān)。這也同樣表明，港區(qū) SO2明顯地受到本地排放的影響。從整個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段來看，港區(qū)站點(diǎn)的平均 SO2濃度約為 33.8 μg/m3，而上海市平均水平約為 13.4 μg/m3，高出上海市水平 152%。這與船舶柴油機(jī)含硫燃料的使用有關(guān)。

圖 7 外高橋港區(qū) SO2 濃度與上海市平均濃度對(duì)比

為更清晰地分析出 SO2的來源，本項(xiàng)目同樣對(duì) SO2做了風(fēng)向分布，見圖 8。從圖 8 中可以清晰地看出，SO2的風(fēng)向分布與 NOx有相反的特征，其高濃度主要發(fā)生于風(fēng)向來自河道方向的時(shí)間段，而內(nèi)陸風(fēng)向扇面濃度較低，表明河道的船舶排放是造成港區(qū) SO2濃度升高的最直接原因，而港區(qū)獲市區(qū)的 SO2輸送效應(yīng)處于次要地位。因此，船舶作為港區(qū)的最具特征性的污染源，6 項(xiàng)常規(guī)污染指標(biāo)中的 SO2可以作為指征船舶排放貢獻(xiàn)的重要因子。

圖 8 外高橋港區(qū)四期站點(diǎn) SO2 濃度的風(fēng)向分布

提取監(jiān)測(cè)站點(diǎn) SO2每個(gè)月的平均濃度，對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的SO2的月平均濃度進(jìn)行對(duì)比分析，由上述對(duì)比分析圖 9 可知，外二站點(diǎn)、外四站點(diǎn)的 SO2污染氣體平均濃度大于上海市 SO2污染氣體平均濃度；且由于外四站點(diǎn)距河道更近，船舶污染排放特征污染物 SO2月平均濃度始終大于外二站點(diǎn)濃度。

圖 9 測(cè)站 SO2 每月平均濃度

3 結(jié) 語

本項(xiàng)目利用在線空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)港區(qū)的空氣質(zhì)量進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析了大氣污染特征，配合氣象觀測(cè)資料，研究了大氣污染物的來源或形成機(jī)制，得到如下結(jié)論。

（1）相比上海市污染物排序 CO、O3和 SO2，對(duì)于港口的空氣環(huán)境而言， CO 占比上升，NO2是第二大污染物，二者明顯不同。

（2）對(duì) NOx污染物的分布進(jìn)行研究分析，港口的監(jiān)測(cè)NOx污染氣體的濃度高于上海市品均濃度，第四季度尤為明顯。港區(qū) NOx主要來自于陸源集輸運(yùn)車輛、港作機(jī)械等的排放，而船舶排放（河面方向）對(duì)港區(qū) NOx的貢獻(xiàn)較小。

（3）對(duì) SO2污染物的分布進(jìn)行研究分析，港區(qū) SO2污染排放有顯著的季節(jié)效應(yīng)，冬末春初的春節(jié)高峰尤為明顯。港區(qū) SO2濃度均明顯高于同期的上海市平均濃度。由于柴油機(jī)含硫燃料的使用，河道的船舶排放是造成港區(qū) SO2濃度升高的最直接原因，6 項(xiàng)常規(guī)污染指標(biāo)中的 SO2可以作為指征船舶排放貢獻(xiàn)的重要因子。

目前我國(guó)航行船舶的廢氣排放控制標(biāo)準(zhǔn)十分欠缺，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際公約標(biāo)準(zhǔn)，尤其對(duì)于大量的老舊航行船舶，其廢氣排放實(shí)際上處于“無標(biāo)可依”的失控狀態(tài)。另外，港區(qū)作業(yè)機(jī)械、集運(yùn)輸車輛的廢氣排放更是無標(biāo)可依。船舶和港區(qū)污染排放控制應(yīng)盡早納入大氣污染防治工作計(jì)劃，制訂港口船舶、集輸運(yùn)車輛、港作機(jī)械的大氣污染物排放控制對(duì)策。通過推進(jìn)科技創(chuàng)新，倡導(dǎo)綠色港口建設(shè)，改進(jìn)落后船舶動(dòng)力裝置、提高燃料燃燒利用率，推進(jìn)低硫燃料的使用，港作機(jī)械采用先進(jìn)技術(shù)和工藝設(shè)備，全面實(shí)行清潔生產(chǎn)[7]，從而推進(jìn)港口污染減排工作全面開展。