姚玉蘭，李小宇，閆海全，肖旖旎，馬 強(qiáng)

(四川省瀘州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 瀘州 646000)

前 言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市大氣污染中特別是可吸入顆粒物(PM10)和細(xì)顆粒物(PM2.5)問題日益突出，已成為影響群眾身體健康、社會和諧穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的重要因素。瀘州市是四川盆地主要城市之一，截止2019年，瀘州市城區(qū)常住人口近200萬人，全市機(jī)動車保有量達(dá) 40.30 萬輛。工業(yè)化進(jìn)程加快，加之盆地特殊地形和氣象條件 ，大氣污染形勢十分嚴(yán)峻?！洞髿馕廴痉乐涡袆佑?jì)劃》實(shí)施以來，瀘州市大氣環(huán)境質(zhì)量逐步改善，但顆粒物污染問題仍然突出。根據(jù)2017～2019年P(guān)M2.5、PM10污染整體變化趨勢(圖1)可以看出，PM2.5年均濃度呈先降后升的趨勢，2019年同比2017年降低20.8%，但近三年的年均濃度均超標(biāo)，最大超標(biāo)近0.5倍；PM10逐年降低且降幅較大，2019年同比2017年降低32.2%，僅2017年超標(biāo)。因PM2.5/PM10(PM2.5質(zhì)量濃度占PM10質(zhì)量濃度的比例)的變化特征對于了解顆粒物的產(chǎn)生原因具有重要意義[1]，PM2.5/PM10越大，說明空氣中細(xì)顆粒物的質(zhì)量濃度越高，細(xì)顆粒物污染越嚴(yán)重，對人類健康的威脅能力也越大[2]，通常認(rèn)為PM2.5/PM10比值在0.3～0.4之間污染較輕，在0.5～0.7之間污染較重[3]，故進(jìn)一步對PM2.5/PM10進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn) 2017～2019年瀘州市主城區(qū)PM2.5/PM10的比值逐年升高，分別為0.65、0.67和0.76，說明主城區(qū)細(xì)顆粒物污染較重，且呈逐年惡化趨勢，也表明PM2.5的控制成效不及PM10，主要原因在于PM2.5的來源更為復(fù)雜，既有一次排放也有二次轉(zhuǎn)化形成[4]。如何加強(qiáng)大氣污染防治、改善環(huán)境空氣質(zhì)量，是市委、市政府十分關(guān)注的問題，開展大氣污染治理的研究迫在眉睫。

圖1 2017～2019年瀘州市主城區(qū)PM2.5、PM10平均濃度年際變化圖

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于瀘州市環(huán)保在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)共享平臺，包括瀘州市主城區(qū)4個國控監(jiān)測點(diǎn)位2019年3月～2020年2月六參數(shù)日均值、2019年3月～2020年2月PM2.5與PM10小時均值，以及相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)。

1.2 分析方法

利用對比分析法，將2019年3月～2020年2月劃分為四季，通過日變化數(shù)據(jù)對比不同季節(jié)的污染狀況，研究主城區(qū)顆粒物在一天中隨時間的變化特征，分析4個監(jiān)測點(diǎn)位顆粒物的來源方向以及污染物之間的相關(guān)性。根據(jù)污染變化特征分析污染成因并提出相應(yīng)的污染防治對策。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和圖形繪制，利用Origin 2017進(jìn)行風(fēng)向玫瑰圖制作和相關(guān)性分析，利用GraphPad Prism 8進(jìn)行相關(guān)性圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5與PM10的時間變化特征

2.1.1 季變化和日變化

2019年3月～2020年2月，瀘州市主城區(qū)春季PM2.5與PM10的平均濃度分別為41.3μg/m3、54.4μg/m3，夏季PM2.5與PM10的平均濃度分別為24.7μg/m3、38.0μg/m3，秋季PM2.5與PM10的平均濃度分別為31.8μg/m3、44.1μg/m3，冬季PM2.5與PM10的平均濃度分別為61.9μg/m3、74.4μg/m3，均表現(xiàn)出冬季>春季>秋季>夏季的特點(diǎn)，冬季污染最為嚴(yán)重，這與李敏等[5]的研究結(jié)果相似，顆粒物濃度隨季節(jié)的變化，很大程度上與氣象條件有關(guān)。PM2.5與PM10日均濃度范圍分別為8.3～125.0μg/m3、10.0～150.8μg/m3，二者最高濃度均出現(xiàn)在2019年3月13日，期間出現(xiàn)了兩次短暫的污染過程，為2019年12月8日～12月12日和2020年1月1日～1月4日，從圖2可以看出，PM2.5與PM10在不同季節(jié)的日變化趨勢均具有較好的一致性。

圖2 2019年不同季節(jié)PM2.5、PM10平均質(zhì)量濃度逐日變化圖

2.1.2 逐小時變化特征

基于2019年3月～2020年2月瀘州市主城區(qū)4個監(jiān)測點(diǎn)位的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過平均值得到研究區(qū)域每小時顆粒物的平均濃度，可以直觀的反映顆粒物24h的變化趨勢和規(guī)律[6]。圖3和圖4為不同季節(jié)PM2.5、PM10平均質(zhì)量濃度逐小時變化圖，可以看出PM2.5與PM10的小時變化趨勢較為一致，且不同季節(jié)的24h小時變化特征也類似，高值區(qū)間主要集中在夜間20∶00～次日凌晨02∶00，峰值均出現(xiàn)在夜間23∶00～00∶00之間，最小值均集中在下午16∶00～17∶00之間，白天的質(zhì)量濃度明顯低于夜間[7]。PM2.5在00∶00～次日17∶00呈逐漸降低的趨勢，從18∶00開始又逐漸上升。PM10在00∶00～次日17∶00之間總體上呈逐漸降低的趨勢，但在春季、秋季和冬季的上午09∶00～12∶00之間有小幅度的回彈。

圖3 不同季節(jié)PM2.5平均質(zhì)量濃度逐小時變化圖

圖4 不同季節(jié)PM10平均質(zhì)量濃度逐小時變化圖

2.2 各站點(diǎn)PM2.5與PM10的風(fēng)玫瑰圖分析

從4個監(jiān)測點(diǎn)位的風(fēng)向玫瑰分析可以看出(圖5、圖6)，PM2.5與PM10的主要來源方位基本一致。九獅山站點(diǎn)的大氣顆粒物主要來源于東南、正東方向，部分來源于正西方向；小市上碼頭站點(diǎn)的大氣顆粒物主要來源于正西、西北方向，部分來源于正南和東南方向；蘭田憲橋站點(diǎn)的大氣顆粒物貢獻(xiàn)方位分布較為均勻，大部分來源于西北、正北、正南方向，部分來源于正西和西南方向；市環(huán)監(jiān)站站點(diǎn)的大氣顆粒物來源較為集中，主要來源于西北、正北方向。

圖5 4個站點(diǎn)PM2.5風(fēng)向玫瑰圖

圖6 4個站點(diǎn)PM10風(fēng)向玫瑰圖

圖7 PM2.5和PM10污染來源方向圖

根據(jù)以上各個站點(diǎn)污染來源方位，結(jié)合瀘州市主城區(qū)功能區(qū)劃情況，九獅山、小市上碼頭和市環(huán)監(jiān)站3個站點(diǎn)共同污染來源方向均指向同一個區(qū)域，該區(qū)域?yàn)闉o州市規(guī)劃建設(shè)新城區(qū)，屬于瀘州市主城區(qū)最北面，現(xiàn)有面積約6km2，區(qū)域內(nèi)有較多建筑工地，無固定污染源(圖7)。

2.3 相關(guān)性分析

通過對瀘州市主城區(qū)4個監(jiān)測點(diǎn)位的氣態(tài)污染物相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(圖8)，九獅山站點(diǎn)的PM2.5、PM10與CO、SO2的相關(guān)性較高，NO2影響相對較小；小市上碼頭、市環(huán)監(jiān)站和蘭田憲橋3個站點(diǎn)PM2.5、PM10與CO、NO2的相關(guān)性較高，SO2影響相對較小。

圖8 瀘州市主城區(qū)氣態(tài)污染物相關(guān)性圖

2.4 污染成因分析

2.4.1 氣象條件先天不足

從以上分析發(fā)現(xiàn)，不同季節(jié)PM2.5、PM10濃度差異明顯，造成這種季節(jié)差異特征的原因是：瀘州市位于四川盆地南部邊緣向云貴高原的過渡地帶，風(fēng)向反氣旋偏轉(zhuǎn)明顯，易形成明顯的“回水區(qū)”或靜風(fēng)現(xiàn)象，污染物容易累積，不易擴(kuò)散。受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，季節(jié)特征明顯，冬季少雨，光照較弱，靜風(fēng)、逆溫出現(xiàn)頻率高，大氣層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不利于空氣污染物的輸送、擴(kuò)散和清除；而夏季太陽輻射相對較強(qiáng)，邊界層大氣對流活動旺盛，且降水充足，風(fēng)速較大，對污染物的輸送、擴(kuò)散和清除較為有利。夏、秋季有利的污染氣象條件是空氣質(zhì)量較好的重要因素，冬季不利污染氣象條件是造成各種污染物累積及細(xì)顆粒物二次轉(zhuǎn)化的根本原因。

2.4.2 污染物排放量大

2.4.2.1 工業(yè)企業(yè)

瀘州市第二產(chǎn)業(yè)占比較高，比例明顯高于川南其他城市，而且?guī)状蠊I(yè)園區(qū)大都布局在主城區(qū)周邊15km范圍以內(nèi)，大量的污染物在秋冬季節(jié)靜風(fēng)條件下極易在主城區(qū)聚集，造成長時間、大面積的重污染天氣過程。工藝過程源對PM10和PM2.5貢獻(xiàn)主要來自磚瓦、玻瓶、燃煤鍋爐和化工等行業(yè)。從九獅山、小市上碼頭和市環(huán)監(jiān)站3個站點(diǎn)也可以看出，顆粒物污染來源指向同一塊區(qū)域，而該區(qū)域分布有大量相關(guān)污染物排放的工業(yè)企業(yè)。

2.4.2.2 機(jī)動車尾氣

機(jī)動車尾氣排放除直接對顆粒物有貢獻(xiàn)外，其排放的NOX和碳?xì)浠衔铮质切纬啥挝廴镜闹匾绑w物，對顆粒物也有一定的貢獻(xiàn)[8]。截至2019年，瀘州市汽車保有量為40.30萬輛，其中貨運(yùn)車輛2.25萬輛，貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量相當(dāng)于川南其他三個城市總和，而貨車往往車況較差，污染物排放量大，根據(jù)張自全等[9]的研究，在所有機(jī)動車中柴油重型載貨汽車對PM2.5和PM10污染貢獻(xiàn)最高。結(jié)合本研究污染特征分析，小市上碼頭、市環(huán)監(jiān)站和蘭田憲橋3個站點(diǎn)PM2.5、PM10與CO、NO2的相關(guān)性較高，而NO2主要人為源排放來自于機(jī)動車尾氣等化石燃料燃燒產(chǎn)生，因此瀘州市數(shù)量龐大的機(jī)動車尾氣排放是影響主城區(qū)大氣顆粒物污染的重要原因。

2.4.2.3 生物質(zhì)燃燒

以上分析中，主城區(qū)4個監(jiān)測點(diǎn)位PM2.5、PM10均與CO的相關(guān)性最高，而CO是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物。從近幾年的調(diào)查和上訪情況看，瀘州市主城區(qū)周邊露天焚燒問題突出，由于精細(xì)化管理水平不高，焚燒秸稈、垃圾、樹葉、枯草等情況時有發(fā)生，屢禁不止，排放的污染物通過大氣傳輸直接影響主城區(qū)的空氣質(zhì)量，顆粒物濃度受生物質(zhì)焚燒影響日益突出。

2.4.2.4 燃煤

2.4.2.5 揚(yáng)塵

揚(yáng)塵主要來源于道路交通、建筑或市政施工等，近年來機(jī)動車和房地產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，使得路網(wǎng)密集的區(qū)域以及建筑施工地區(qū)釋放出較多的顆粒物。2017～2019年，瀘州市主城區(qū)PM2.5/PM10的比值居高不下，分別為0.65、0.67和0.76，說明顆粒物受揚(yáng)塵污染較為明顯。

3 污染防治對策和建議

從前述的污染成因可以看出，瀘州市大氣污染防治短板突出，現(xiàn)提出如下對策和建議。

3.1 加大工業(yè)企業(yè)治理力度

強(qiáng)化工業(yè)企業(yè)監(jiān)管；加快重點(diǎn)污染企業(yè)的搬遷整合，督促水泥等企業(yè)實(shí)現(xiàn)深度治理；對“散亂污”企業(yè)進(jìn)一步清理，加快整治力度；開展工業(yè)爐窯污染整治，重點(diǎn)對污染物排放量大的磚瓦和玻瓶行業(yè)進(jìn)行專項(xiàng)治理，加強(qiáng)企業(yè)無組織管控。

3.2 加強(qiáng)機(jī)動車尾氣污染防治

結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，強(qiáng)化“油路車”綜合整治。嚴(yán)厲打擊劣質(zhì)油品的生產(chǎn)、銷售和使用；開展柴油貨車超標(biāo)排放專項(xiàng)整治；加快完成非道路移動機(jī)械污染源的摸底調(diào)查，劃定并公布禁止使用高排放非道路移動機(jī)械區(qū)域；依法查處超標(biāo)機(jī)動車上路行駛違法行為。

3.3 減少生物質(zhì)燃燒，推進(jìn)綜合利用

一方面，強(qiáng)化焚燒監(jiān)管，加強(qiáng)生物質(zhì)禁燒宣傳和培訓(xùn)工作，抓住關(guān)鍵時段，將工作真正落到實(shí)處。另一方面，要因地制宜，找出破解生物質(zhì)資源化利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建立補(bǔ)貼機(jī)制、創(chuàng)新工作方法[10]，研究秸稈等廢物利用的合適方法，比如機(jī)械化秸稈還田、培育食用菌、制作沼氣、生物質(zhì)發(fā)電、生物降解材料等。

3.4 嚴(yán)格控制煤炭消費(fèi)總量

在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源清潔化利用水平上，進(jìn)一步壓減燃煤量，加快能源清潔化進(jìn)程。嚴(yán)格控制煤炭消費(fèi)，新增耗煤項(xiàng)目實(shí)施煤炭消耗減量替代，擴(kuò)大城市高污染燃料禁燃區(qū)范圍；加大燃煤小鍋爐淘汰力度，特別是縣級及以上城市建成每小時10蒸噸及以下燃煤鍋爐全部淘汰，以氣代煤、以電代煤，不新建每小時35蒸噸以下的燃煤鍋爐，新建燃?xì)忮仩t采用低氮燃燒技術(shù)；推進(jìn)企業(yè)入園，采取集中供熱改建大鍋爐，進(jìn)行超低排放控制。

3.5 有效管控?fù)P塵污染

提高城市精細(xì)化管理水平，加強(qiáng)城市施工工地?fù)P塵管控，建成區(qū)內(nèi)涉及土石方作業(yè)建筑工地配備在線監(jiān)控系統(tǒng)安裝，對建筑工地管控不到位的予以嚴(yán)管重罰。

3.6 加強(qiáng)科學(xué)研究及能力建設(shè)

目前，瀘州市現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)手段和能力難以滿足大氣污染防治工作要求，急需加強(qiáng)相關(guān)科學(xué)研究及能力建設(shè)。一是開展多種技術(shù)手段協(xié)同監(jiān)測，建設(shè)顆粒物組分站，提高顆粒物化學(xué)組分監(jiān)測分析能力，切實(shí)開展顆粒物源解析工作，并利用網(wǎng)格化監(jiān)測、雷達(dá)走航、模型模擬等多種手段分析成因；二是全面加強(qiáng)污染排放源清單工作，建立全面、準(zhǔn)確、動態(tài)的污染源排放清單數(shù)據(jù)庫已勢在必行。