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(cè)中心站,四川 瀘州 646000)
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(wèn)題日益突出,已成為影響群眾身體健康、社會(huì)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(wàn)人,全市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá) 40.30 萬(wàn)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(shì)十分嚴(yán)峻?!洞髿馕廴痉乐涡袆?dòng)計(jì)劃》實(shí)施以來(lái),瀘州市大氣環(huán)境質(zhì)量逐步改善,但顆粒物污染問(wèn)題仍然突出。根據(jù)2017~2019年P(guān)M2.5、PM10污染整體變化趨勢(shì)(圖1)可以看出,PM2.5年均濃度呈先降后升的趨勢(shì),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(duì)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(shuō)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(duì)人類(lèi)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(duì)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(shuō)明主城區(qū)細(xì)顆粒物污染較重,且呈逐年惡化趨勢(shì),也表明PM2.5的控制成效不及PM10,主要原因在于PM2.5的來(lái)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(wèn)題,開(kāi)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
1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源
數(shù)據(jù)來(lái)源于瀘州市環(huán)保在線(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)共享平臺(tái),包括瀘州市主城區(qū)4個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)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(shí)均值,以及相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)。
1.2 分析方法
利用對(duì)比分析法,將2019年3月~2020年2月劃分為四季,通過(guò)日變化數(shù)據(jù)對(duì)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(shí)間的變化特征,分析4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位顆粒物的來(lái)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(duì)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。
2.1 PM2.5與PM10的時(shí)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(guò)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(shì)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(shí)變化特征
基于2019年3月~2020年2月瀘州市主城區(qū)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),通過(guò)平均值得到研究區(qū)域每小時(shí)顆粒物的平均濃度,可以直觀的反映顆粒物24h的變化趨勢(shì)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(shí)變化圖,可以看出PM2.5與PM10的小時(shí)變化趨勢(shì)較為一致,且不同季節(jié)的24h小時(shí)變化特征也類(lèi)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(shì),從18∶00開(kāi)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(shì),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(shí)變化圖
圖4 不同季節(jié)PM10平均質(zhì)量濃度逐小時(shí)變化圖
2.2 各站點(diǎn)PM2.5與PM10的風(fēng)玫瑰圖分析
從4個(gè)監(jiān)測(cè)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(lái)源方位基本一致。九獅山站點(diǎn)的大氣顆粒物主要來(lái)源于東南、正東方向,部分來(lái)源于正西方向;小市上碼頭站點(diǎn)的大氣顆粒物主要來(lái)源于正西、西北方向,部分來(lái)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(lái)源于西北、正北、正南方向,部分來(lái)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(lái)源較為集中,主要來(lái)源于西北、正北方向。
圖5 4個(gè)站點(diǎn)PM2.5風(fēng)向玫瑰圖
圖6 4個(gè)站點(diǎn)PM10風(fēng)向玫瑰圖
圖7 PM2.5和PM10污染來(lái)源方向圖
根據(jù)以上各個(gè)站點(diǎn)污染來(lái)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(gè)站點(diǎn)共同污染來(lái)源方向均指向同一個(gè)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(wú)固定污染源(圖7)。
2.3 相關(guān)性分析
通過(guò)對(duì)瀘州市主城區(qū)4個(gè)監(jiān)測(cè)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(duì)較??;小市上碼頭、市環(huán)監(jiān)站和蘭田憲橋3個(gè)站點(diǎn)PM2.5、PM10與CO、NO2的相關(guān)性較高,SO2影響相對(duì)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(guò)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(yáng)輻射相對(duì)較強(qiáng),邊界層大氣對(duì)流活動(dòng)旺盛,且降水充足,風(fēng)速較大,對(duì)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?xún)?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(zhǎng)時(shí)間、大面積的重污染天氣過(guò)程。工藝過(guò)程源對(duì)PM10和PM2.5貢獻(xiàn)主要來(lái)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(gè)站點(diǎn)也可以看出,顆粒物污染來(lái)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(dòng)車(chē)尾氣
機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放除直接對(duì)顆粒物有貢獻(xiàn)外,其排放的NOX和碳?xì)浠衔?,又是形成二次污染的重要前體物,對(duì)顆粒物也有一定的貢獻(xiàn)[8]。截至2019年,瀘州市汽車(chē)保有量為40.30萬(wàn)輛,其中貨運(yùn)車(chē)輛2.25萬(wàn)輛,貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量相當(dāng)于川南其他三個(gè)城市總和,而貨車(chē)往往車(chē)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(dòng)車(chē)中柴油重型載貨汽車(chē)對(duì)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(gè)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(lái)自于機(jī)動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)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(gè)監(jiān)測(cè)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(wèn)題突出,由于精細(xì)化管理水平不高,焚燒秸稈、垃圾、樹(shù)葉、枯草等情況時(shí)有發(fā)生,屢禁不止,排放的污染物通過(guò)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(lái)源于道路交通、建筑或市政施工等,近年來(lái)機(jī)動(dòng)車(chē)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(shuō)明顆粒物受揚(yáng)塵污染較為明顯。
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(duì)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(duì)“散亂污”企業(yè)進(jìn)一步清理,加快整治力度;開(kāi)展工業(yè)爐窯污染整治,重點(diǎn)對(duì)污染物排放量大的磚瓦和玻瓶行業(yè)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)治理,加強(qiáng)企業(yè)無(wú)組織管控。
3.2 加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染防治
結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,強(qiáng)化“油路車(chē)”綜合整治。嚴(yán)厲打擊劣質(zhì)油品的生產(chǎn)、銷(xiāo)售和使用;開(kāi)展柴油貨車(chē)超標(biāo)排放專(zhuān)項(xiàng)整治;加快完成非道路移動(dòng)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(dòng)機(jī)械區(qū)域;依法查處超標(biāo)機(jī)動(dòng)車(chē)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(shí)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(jí)及以上城市建成每小時(shí)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(shí)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(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)安裝,對(duì)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(mǎn)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(kāi)展多種技術(shù)手段協(xié)同監(jiān)測(cè),建設(shè)顆粒物組分站,提高顆粒物化學(xué)組分監(jiān)測(cè)分析能力,切實(shí)開(kāi)展顆粒物源解析工作,并利用網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)、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(dòng)態(tài)的污染源排放清單數(shù)據(jù)庫(kù)已勢(shì)在必行。