何肖忠， 仇雁翎

(同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200082)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，曾經(jīng)一些發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)歷了百余年的空氣污染問(wèn)題在我國(guó)近20年內(nèi)集中爆發(fā)。2018年7月3日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，計(jì)劃目標(biāo)通過(guò)3年的努力，大幅度減少主要大氣污染物排放總量，同時(shí)減少溫室氣體的排放，進(jìn)一步明顯降低PM2.5濃度，明顯減少重污染天數(shù)，明顯改善環(huán)境空氣的質(zhì)量，明顯增強(qiáng)人民的藍(lán)天幸福感。

上海市楊浦區(qū)位于上海中心城區(qū)東北部，是上海市中心城區(qū)面積最大的一個(gè)區(qū)，也曾經(jīng)是上海市最大的工業(yè)聚集地。區(qū)內(nèi)坐擁百年大學(xué)、百年市政、百年工業(yè)的“三個(gè)百年”歷史。近年來(lái)，從“工業(yè)楊浦”到“知識(shí)楊浦”、再到“創(chuàng)新楊浦”的轉(zhuǎn)型發(fā)展理念是區(qū)內(nèi)重要的發(fā)展目標(biāo)。本文主要研究了近年來(lái)?xiàng)钇謪^(qū)環(huán)境空氣中的主要特征污染物中與工業(yè)生活最為相關(guān)的幾個(gè)指標(biāo)：二氧化硫、可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物[1～6]。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 二氧化硫(SO2)

SO2是一種最常見(jiàn)的空氣污染氣體，在工業(yè)革命開(kāi)始后，在人類所有工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，主要是發(fā)電過(guò)程以及含硫燃料的使用過(guò)程中，這些生產(chǎn)工藝流程中都會(huì)產(chǎn)生二氧化硫氣體。該地區(qū)降雨、降雪等氣候現(xiàn)象在形成過(guò)程中，水分溶解并吸收了空氣中殘存的二氧化硫氣體后，就會(huì)形成pH值小于5.6的酸性降水，也就是日常生活中所說(shuō)的酸雨。2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織和國(guó)際性癌癥科學(xué)研究組織發(fā)布的《致癌物清單基本梳理參照》中，二氧化硫被列為3類致癌物。人類長(zhǎng)期性接觸低濃度的二氧化硫?qū)?huì)影響呼吸系統(tǒng)和肺功能，進(jìn)而會(huì)引發(fā)咳嗽、黏液分泌、加重哮喘和慢性支氣管炎等癥狀，呼吸道感染也有明顯上升。環(huán)境空氣中二氧化硫濃度升高會(huì)導(dǎo)致死亡率的上升，當(dāng)環(huán)境空氣中有懸浮顆粒物的協(xié)同作用時(shí)，這種污染的空氣對(duì)人體健康造成的影響更為顯著。

2.2 可吸入顆粒物(PM10)

PM10是總懸浮顆粒物中的一種，通常指粒徑在10 μm以下的顆粒物，也可以稱為可吸入顆粒物。PM10的化學(xué)和物理成分較為復(fù)雜，組成與該地區(qū)的氣候、季節(jié)等環(huán)境因素有著較大的關(guān)系。當(dāng)PM10在環(huán)境空氣中長(zhǎng)時(shí)間存在時(shí)，對(duì)該地區(qū)的大氣能見(jiàn)度，當(dāng)?shù)厝嗣竦纳眢w健康都有著很大程度的影響。PM10的來(lái)源主要是由各式各樣工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中直接排放的顆粒物組合而成，有一部分是大氣環(huán)境中成型的超細(xì)顆粒物與氣溶膠等。陳亦晨等人[7]認(rèn)為PM10和PM2.5與慢性阻塞性肺疾病的死亡率有明顯的相關(guān)性。上海地區(qū)的PM10與兒童哮喘發(fā)病之間呈正相關(guān)，長(zhǎng)期生活在空氣污染的家庭環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致兒童哮喘發(fā)病率的升高和癥狀嚴(yán)重程度的加重。上海市PM10中還含有As、Cd和Cr，這三種元素有致癌風(fēng)險(xiǎn)，且成年人高于兒童，室內(nèi)高于室外[8]。

2.3 細(xì)顆粒物(PM2.5)

隨著近年來(lái)全國(guó)各地不斷爆發(fā)的環(huán)境污染和空氣質(zhì)量問(wèn)題，人們關(guān)注的重點(diǎn)也從剛開(kāi)始的可吸入顆粒物PM10，更進(jìn)一步開(kāi)始關(guān)注細(xì)顆粒物PM2.5，并開(kāi)始對(duì)PM2.5進(jìn)行研究。顆粒物懸浮在環(huán)境空氣中，當(dāng)其空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于2.5 μm時(shí)，就稱為PM2.5。PM2.5的組成較為復(fù)雜，可能含有重金屬，也可能含有多環(huán)芳烴等有毒成分。PM2.5的活性很強(qiáng)，容易吸附微生物等有害物質(zhì)。PM2.5也能夠和PM10一樣長(zhǎng)時(shí)間懸浮于環(huán)境空氣中，影響環(huán)境空氣質(zhì)量和大氣能見(jiàn)度。由于PM2.5粒徑比PM10更小，人類的鼻腔、咽喉都無(wú)法抵擋其進(jìn)入細(xì)支氣管、肺泡，PM2.5通過(guò)肺泡壁進(jìn)入毛細(xì)血管內(nèi)，再進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng)中，對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成一定傷害。江曉棟等人[9]研究表明PM2.5表現(xiàn)出急性毒性和發(fā)育毒性，危害人體健康。對(duì)顆粒污染物的長(zhǎng)期暴露可引發(fā)心血管病和呼吸道疾病以及肺癌。當(dāng)空氣中PM2.5的濃度長(zhǎng)期高于10 μg/m3，會(huì)導(dǎo)致死亡風(fēng)險(xiǎn)的上升。濃度每增加10 μg/m3，總死亡風(fēng)險(xiǎn)上升接近4%，心肺疾病帶來(lái)的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升6%，肺癌帶來(lái)的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升8%。此外，大氣中的PM2.5極易吸附多環(huán)芳烴類的有機(jī)污染物和重金屬污染物，從而致使PM2.5對(duì)人體在致癌、致畸、致突變的機(jī)率上出現(xiàn)明顯升高[10]。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 二氧化硫(SO2)

2014～2018年上海市楊浦區(qū)內(nèi)二氧化硫濃度變化從3～66 μg/m3。日均值最大值分別為66；63；51；27；32 μg/m3，呈明顯下降趨勢(shì)。日均值的年平均分別為16.9；14.4；11.7；11.1；8.4 μg/m3，且呈現(xiàn)出逐年下降態(tài)勢(shì)(圖1)。

圖1 2014～2018年SO2(μg/m3)日均值的最小值、最大值、和均值

從二氧化硫日均值(圖2)可以看出，整體SO2濃度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2014～2016年期間還出現(xiàn)過(guò)個(gè)別濃度較高的日期，但均未超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)160 μg/m3，2016年作為“十三五”的開(kāi)年，楊浦區(qū)政府都提出了新的節(jié)能減排的要求和目標(biāo)，隨著老舊工業(yè)廠房的改造、搬遷和升級(jí)，楊浦區(qū)內(nèi)的SO2排放濃度也出現(xiàn)了明顯下降，從圖2中也能看出2016年后沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)單日濃度特別高的情況，基本保持在一個(gè)穩(wěn)定的低濃度排放區(qū)間內(nèi)。

3.2 可吸入顆粒物(PM10)

2014～2018年上海市楊浦區(qū)內(nèi)可吸入顆粒物(PM10)濃度變化從8～256 μg/m3。參考《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]，年均值是70 μg/m3。PM10(μg/m3)年均值分別為72.8、71.0、57.1、60.0、51.1 μg/m3(圖3)，2014和2015超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，自2016年起連續(xù)3年低于70μg/m3，達(dá)到了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，呈現(xiàn)出明顯的逐年下降態(tài)勢(shì)。

圖2 2014～2018年SO2 (μg/m3)日均值

圖3 2014～2018年P(guān)M10(μg/m3)日均值的最小值、最大值、和均值

圖4為2014～2018年P(guān)M10日均值分布圖，圖中紅線為國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)單日最大濃度150 μg/m3，從圖4中可以看出，PM10的超標(biāo)天數(shù)逐年減少。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，5年中PM10超標(biāo)天數(shù)一共52 d，占比2.85%。其中2014年22 d，當(dāng)年超標(biāo)率6.03%。2015年16 d，當(dāng)年超標(biāo)率4.38%。2016年7 d，當(dāng)年超標(biāo)率1.91%。2017年4 d，當(dāng)年超標(biāo)率1.1%。2018年3 d。當(dāng)年超標(biāo)率0.82%。從超標(biāo)率的數(shù)據(jù)也可以看出PM10呈現(xiàn)逐年下降態(tài)勢(shì)，也代表著空氣質(zhì)量的改善。近年來(lái)區(qū)內(nèi)對(duì)攪拌站、堆場(chǎng)和道路揚(yáng)塵的重點(diǎn)管控和治理對(duì)PM10的下降也起到了一定的作用。

圖4 2014～2018年P(guān)M10(μg/m3)日均值

3.3 細(xì)顆粒物(PM2.5)

2014～2018年上海市楊浦區(qū)內(nèi)細(xì)顆粒物(PM2.5)濃度變化從4～227 μg/m3。參考《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，24小時(shí)均值是75 μg/m3，年均值是35μg/m3。2014～2018年P(guān)M2.5(μg/m3)年均值分別為53.5、53.6、44.4、38.9、36.0 μg/m3(圖5)，近年來(lái)有改善趨勢(shì)，但仍未達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 2014～2018年P(guān)M2.5(μg/m3)日均值的最小值、最大值、和均值

PM2.5自開(kāi)始被關(guān)注以來(lái)就一直得到廣泛的重視，PM2.5相較于TSP、PM10的粒徑更小，毒性更強(qiáng)，危害也更大。近年來(lái)PM2.5超標(biāo)也是霧霾天氣的主要元兇之一。圖6為2014～2018年P(guān)M2.5日均值分布圖，途中紅線為國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)75.0μg/m3。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看PM2.5近五年超標(biāo)天數(shù)一共260 d，超標(biāo)率14.24%，首要污染物為PM2.5的天數(shù)占51.9%。其中2014年超標(biāo)72 d，當(dāng)年超標(biāo)率19.73%。2015年超標(biāo)77 d，當(dāng)年超標(biāo)率21.10%。2016年超標(biāo)50 d，當(dāng)年超標(biāo)率13.66%。2017年超標(biāo)29 d，當(dāng)年超標(biāo)率7.95%。2018年超標(biāo)32 d，當(dāng)年超標(biāo)率8.77%。從圖6中看出超標(biāo)主要還是出現(xiàn)在1月份左右，環(huán)境空氣溫度低，大氣擴(kuò)散條件差不利于污染物的擴(kuò)散。近年來(lái)隨著區(qū)政府的重視，對(duì)類揚(yáng)塵的監(jiān)管力度加大，對(duì)企業(yè)的排污監(jiān)察加強(qiáng)，都一定程度上使得PM2.5污染得到緩解。隨著政府部門對(duì)PM2.5的重視，PM2.5還是呈現(xiàn)出逐漸改善的態(tài)勢(shì)，超標(biāo)天數(shù)也有明顯下降。2018年已經(jīng)基本接近國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 2014～2018年P(guān)M2.5(μg/m3)日均值

3.4 主要污染物與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的比較

從圖7中可以看出2014～2018年楊浦區(qū)內(nèi)SO2濃度均值從16.9 μg/m3下降到8.4 μg/m3，5年內(nèi)累計(jì)下降幅度超1倍，下降趨勢(shì)明顯，整體均值遠(yuǎn)低于國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，處于低污染水平。SO2主要來(lái)源在于工業(yè)企業(yè)，近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，各種高效的SO2處理和排放設(shè)備被廣泛應(yīng)用。部分工業(yè)企業(yè)的排放設(shè)備的升級(jí)改造，也有一部分企業(yè)搬遷至上海市內(nèi)指定化工園區(qū)中，這些都對(duì)楊浦區(qū)內(nèi)SO2逐年下降有著重要的貢獻(xiàn)?？晌腩w粒物(PM10)和細(xì)顆粒物(PM2.5)成為近年來(lái)人們對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量最為關(guān)心的指標(biāo)。PM10在2014和2015年都超過(guò)了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2016年開(kāi)始低于國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。PM2.5呈現(xiàn)逐年下降態(tài)勢(shì)，但并沒(méi)有達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。政府部門在控制工業(yè)廢氣、機(jī)動(dòng)車尾氣排放、各類建筑揚(yáng)塵、生活污染排放中還有很長(zhǎng)的路要走。

3.5 主要污染物的季節(jié)變化特征

SO2濃度均值分布為夏季<春季<秋季<冬季，整體變化趨勢(shì)與其他污染物相似，但整體濃度較低，達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。PM10和PM2.5季節(jié)濃度均值分布為夏季<秋季<春季<冬季，夏季和秋季污染濃度為34.1 μg/m3、47.6 μg/m3和40.0 μg/m3、59.4 μg/m3處于低污染水平，夏秋兩季上海經(jīng)常出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)天氣，有利于污染物擴(kuò)散。但春冬兩季明顯升高，主要因?yàn)樯虾Ｊ羞@兩個(gè)季節(jié)降雨偏少，加上北方污染物南下，氣象條件也不利于污染物擴(kuò)散。

4 結(jié)論與建議

(1)綜合以上分析，上海市楊浦區(qū)近年來(lái)空氣質(zhì)量在逐漸變好，主要污染指標(biāo)明顯改善。結(jié)合區(qū)內(nèi)實(shí)行的《三年行動(dòng)計(jì)劃》，在空氣質(zhì)量改善方面效果明顯。

圖8 2014～2018年空氣污染項(xiàng)目季節(jié)濃度均值變化特征

(2)PM2.5成為近些年來(lái)?xiàng)钇謪^(qū)最主要的空氣污染指標(biāo)，在處于污染天氣時(shí)，PM2.5占首要污染物的51.9%。雖然PM2.5整體呈現(xiàn)出逐年下降趨勢(shì)，但仍然未達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，常年處于超標(biāo)狀態(tài)，需要持續(xù)加大關(guān)注。在“十三五”收官的后幾年中，楊浦區(qū)PM2.5雖然已經(jīng)完成“十三五”既定目標(biāo)，但是在解決PM2.5對(duì)環(huán)境空氣污染的道路上還是任重而道遠(yuǎn)。

(3)氣象條件對(duì)各項(xiàng)空氣污染指標(biāo)有一定影響，其中風(fēng)速、降水量都會(huì)影響SO2、PM10、PM2.5這幾項(xiàng)污染指標(biāo)[12]。