铜川市十年空气质量变化趋势及其对策分析

侯美玲等

摘要：以铜川市三项主要污染因子为基础，采用对比法、污染指数法、污染负荷系数法、秩相关系数法等统计方法，分析了污染物年均浓度、月浓度及其变化趋势。得出了空气质量逐年好转，空气污染为典型的煤烟型污染类型且逐步由单一性向复合型转化，颗粒物主要来源于煤炭燃烧、工业排放的结果。提出了今后大气污染防治须加大投入、加强工业企业脱销工程的力度，减少城市建筑及道路扬尘污染等。

关键词：空气质量；污染物；变化趋势；对策；铜川市

中图分类号： X823

文献标识码： A 文章编号： 16749944（2015）06020004

1 引言

铜川市位于陕西省中部，地处关中平原向陕北黄土高原过渡地带，地貌分山丘、台原和川道三大类。铜川市因煤炭而设立，因煤而兴旺。而与此同时，煤炭、水泥、陶瓷等工业的快速发展，带来的环境问题使得铜川市大气污染变得十分严重。1993年，中央电视台曾以“一座卫星上看不到的城市”为题，报道了铜川市大气污染严重的情况，这座城市以污染之重“闻名”于世。

2 点位、执行标准

空气质量自动监测系统自2002年5月开始运行，包括3个控制点和1个对照点；主要监测因子为二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物3项；执行标准为《环境空气质量标准》（GB3095-1996）及其修改单（环发[2001]1号）二级标准值。本次分析以2003～2012年10年监测数据为准。

3 污染物变化及趋势

3.1 年均值、月均值、优良天数变化

采用对比法将所监测项目的浓度值（日、月或年均值）与评价标准对比，大于该标准时，按超标计（表1，表2，表3）。

污染物年均值二氧化氮10年均符合标准；二氧化硫3年超出标准，7年符合标准值；可吸入颗粒物6年超出标准，其余年份符合标准限值；二氧化硫由0.096 mg/m3下降到0.029mg/m3，下降了69.8%；可吸入颗粒物由0.159mg/m3下降到0.095mg/m3，下降了40.2%；

二氧化硫由超标0.60倍下降到0.17倍后，未出现超标；可吸入颗粒物由0.59倍下降到2011年的0.07倍。

二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物三项浓度值在当年11月～次年3月较高，1月份最高。这一现象同当地的地形气候条件及居民生活习惯相关。关中地区为盆地，冬季大气层结稳定，风速小，大气污染物扩散能力差，不利于污染物的迁移扩散[1]。加之采暖期城市用煤量急剧增加，污染物排放量增大，且大多污染物低空排放，使得近地面大气层污染负荷增加[1]。因此，这一时期的污染特征为典型的煤烟型污染类型，其主要特征是由煤炭燃烧排放出的烟尘、二氧化硫等一次污染物以及由这些污染物发生化学反应而生成二次污染物所构成的污染[2]。污染较轻的月份是7～9月，这一时期居民用煤量较少，大气稳定性差，污染物容易扩散，近地面大气层大污染负荷相对较低，且雨水较多，对空气有一定的洗刷作用。

优良天数由最初的200d增加到329d，增加了129d；优良天数比例由54.8%上升到90.1%，上升了35.3%。

3.2 污染趋势

空气污染趋势通过空气污染综合指数法、污染负荷系数法和秩相关系数法进行分析。

（1）空气污染综合指数法是各项空气污染物的单项指数的加和，可用于评价城市空气质量整体水平、年际及季节变化情况。

污染负荷系数法反映各项污染物的构成比例，确定各污染因子对空气污染的影响大小。其数学表达式分别为：

其中：P为空气污染综合指数； Pi为i项空气污染物的分指数；Ci为i项空气污染物的日均值； Coi为i项空气污染物的标准值； n为污染因子数；Fi为i项空气污染物的负荷系数。

（2）秩相关系数法是衡量时间序列变化趋势在统计上有无显著性的常用方法[3]，可以更好地表征空气环境质量的变化趋势，其计算公式如下：

其中：rs为秩相关系数，di为变量xi和yi的差值，xi为周期1到N按浓度值从小到大排列的序号，yi为按时间排列的序号，N为时间周期。

单项污染指数PPM10>PSO2>PNO2；综合污染指数P2003年最大，为3.69，2009年最小，为1.80；由2003年的3.69下降1.95，下降了47%，下降速度明显（表4）。

污染负荷二氧化硫所占由43.36%下降到24.84%，二氧化氮由13.55%上升到26.34%，可吸入颗粒物中有升有降，总体呈上升趋势。

二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物秩相关系数分别为：-0.733、0.394、-0.758；污染趋势是：二氧化硫和可吸入颗粒物呈下降趋势，二氧化氮呈上升趋势；二氧化硫和可吸入颗粒物下降趋势具有显著意义，二氧化氮上升趋势不具有显著意义，即不明显（表6，表7）。

4 空气污染分析

4.1 污染类型为典型的煤烟型

造成铜川市市区煤烟型大气污染的原因很多，第一，烟煤是市区的主要能源构成。铜川是因煤而兴的工业城市，煤炭是工业生产和居民生活的主要能源。据统计，2012年城市生活煤炭消耗总量85万t，其中80%以上为燃煤锅炉所用，每年生活用煤向大气环境排放二氧化硫约20400t，氮氧化物5950t，烟（粉）尘6800t；第二，居民、单位使用高硫、高挥发分的烟煤，特别是采暖期集中大量燃用，是造成煤烟型大气污染的根本原因。第三，燃煤方式落后与烟尘低空排放也是造成煤烟型大气污染的主要原因之一。燃煤锅炉及茶浴炉是铜川市市区主要的大气污染源，居民及饮食服务业燃煤炉具热效率低，煤炭不能充分燃烧且低空排放，造成烟尘排放量大、面广。第四，市区地处河谷，川道狭窄，特别是在冬季易形成逆温和静风天气，不利于污染物扩散。第五，以煤炭、建材等重污染行业为主的产业结构和工业企业紧邻城市的高密度布局，加剧了市区的大气污染[4]。

4.2 颗粒物主要来源于煤炭燃烧、工业、建筑排放

煤烟型大气污染最主要的原因为煤炭的大量使用，其所排放的颗粒物较多。铜川市用煤灰分含量较高，且大多为直接燃烧，所用燃煤灰分最高含量为37.0%，据统计仅1999年市区居民用煤产生的烟尘量为23200t，加上工业用煤产生的烟尘量这一数据更大。

铜川市受产业结构的限制，工业以水泥、陶瓷、金属冶炼为主，尤其是水泥企业是粉尘的排放大户，2003年，全市水泥粉尘排放量达到6.3万t，占全市粉尘排放总量的97%。而全市工业粉尘和烟尘排放总量为67074t，如此巨大量的粉尘、烟尘排放进入空气，造成空气中颗粒物浓度较高。因此，工业粉尘排放是铜川市空气中颗粒物含量高的另一个主要原因（表8）。

建筑施工、物料运输、裸露地面扬尘、露天堆场、城市保洁时落后清扫方式造成的二次扬尘等，带来的污染也成为影响空气质量的因素之一。近年来，随着城市建设步伐的不断加快，城市开挖面积快速增加，目前铜川市正处在城市基础建设的高峰期，房屋拆迁、建筑工地及道路施工、料堆扬尘和运输车辆的撒、漏、滴等运输过程中产生的扬尘量较大。2012年铜川市房屋施工面积349.79万m2，以辽宁省城区建筑施工扬尘排放量计算方法计算[5]共向大气中排放的扬尘量为22001.83t，是全市烟粉尘排放量总量的52.2%。

4.3 二氧化硫、粉尘治理效果明显，氮氧化物治理效果不理想

多年来，为了破解大气污染难题，铜川市主要采取了多种措施：主要是以结构调整削减和控制工业粉尘排放总量，另一方面是开展市区煤烟污染治理，减少二氧化硫、氮氧化物排放。淘汰关闭水泥机立窑和中空窑，关闭拆除不符合国家产业政策的小电石、小白灰、小砖瓦等落后产能，对湿法旋窑采用先进的干法技术进行改造；要求电厂使用低硫、低灰煤，推广固硫剂技术，配套建设高效除尘脱硫设施；通过改造燃煤锅炉、拆煤棚、堵烟道、清存煤、天然气通达等措施以减少市区居民民用带来的硫的排放。由此可见，十多年来，大气污染治理重点是除尘、脱硫，未将脱氮列入治理中心，因而二氧化硫、粉尘治理效果较为明显，氮氧化物治理效果不突出。反映到数据上则是二氧化硫和可吸入颗粒物双下降，二氧化氮上升。

4.4 空气污染逐步由单一性向复合型转化

20世纪80年代，市区平均车流量为210辆/h，高峰时达到330辆/h。但到2012年，平均车流量为981辆/h，车流量增加了近5倍，但道路宽度无明显变化，仍为12.1m。2003年铜川市机动车保有量为2.7万辆，至2012年达9.5万辆，10年增加了6.8万辆，年增长率为15%。按照环保部发布的《2013年中国机动车污染防治年报》数据， 2012年全国机动车排放污染物4612.1万t，其中氮氧化物640.0万t，颗粒物62.2万t，碳氢化合物438.2万t，一氧化碳3471.7万t。汽车是污染物总量的主要贡献者，其排放的氮氧化物和颗粒物超过90%[6]。据此推算， 2012年铜川市机动车排放的氮氧化物量为2716t，颗粒物量为264t。2012年全市氮氧化物排放量为51535t，机动车排放占全市排放量的5.2%，机动车已成为氮氧化物的重要排放源之一。随着汽车保有量以每年15%～20%的速度增长，机动车排放的氮氧化物和颗粒物的量将更大，氮氧化物污染负荷会逐年上升。空气污染逐步由典型的煤烟型污染向以煤烟和机动车尾气复合污染转化。

5 空气污染防治对策

5.1 继续抓好空气污染治理，下大力气投入

针对空气污染煤烟型特征发展清洁能源，优化能源消费结构，提高能源有效利用率，改善采暖期空气污染现状。推广型煤及洗选煤的生产和使用，以降低烟尘和二氧化硫的排放量。同时，逐步减少煤炭直接消费，提高燃气、电力等清洁能源的消费比例，重视太阳能、风能等清洁能源的利用。

5.2 下大力气加强工业企业脱销工程的力度

在未来几年的空气污染治理中，要下大力气加强工业企业脱销工程的力度，降低空气中含氮化合物的含量，实现三项污染物齐下降的好态势。同时，关注机动车排气含氮污染物污染现状，在城市人口密集，交通运输量相对较大，机动车保有量不断攀升，尾气污染不断加重的大环境下，发展公共交通和其它环保交通工具，解决居民出行和机动车污染矛盾。

5.3 抓好城市建筑及道路扬尘污染

针对颗粒物污染比重较大的现状，抓好城市建筑及道路扬尘污染，减少颗粒物排放。近年来，随着铜川市城市化进程的加快，城市开挖面积不断加大，建筑工地、道路扬尘，以及由此形成的二次扬尘使得城市空气中颗粒物浓度居高不下[7]，雾霾天气时有发生。由此城市管理者应结合自身的情况，对建筑工地开挖的裸露地面及堆土覆盖，硬化路面，清洗进出工地车辆、改变清扫方式等[8]，以降低颗粒物污染。

参考文献：

[1]赵康民，董孝儒.铜川市大气环境质量现状评价[R].西安：陕西省环境科学学会咨询服务中心，1987.

[2]南宁市环境保护局.大气污染有哪些类型，它们的主要特征是什么[EB/OL].[2014-9-1].http：//jy.nanning.gov.cn/3069/2005_7_4/3069_67955_1120471185141.html.

[3]孙山泽，戴中维.概率与统计[M].2版.北京：科学出版社，2002：179～180.

[4]中国环保网.铜川市市区煤烟型大气污染治理实施方案[EB/OL].[2014-9-1].http：//www.chinaenvironment.com.

[5]辽宁省环境保护厅.关于制定《辽宁省城区建筑施工扬尘排放量计算方法》的公示[EB/OL].[2014-9-10].http：//www.lnepb.gov.cn/zfxxgk/tzgg/tzggzh/201103/t20110309_25063.html.

[6]环境保护部.2013年中国机动车污染防治年报[EB/OL].[2014-10-10].http：//www.mep.gov.cn/gkml/hbb/qt/201401/t20140126_266973.htm.

[7]方 里.盐城市区环境空气污染原因分析及对策建议[J].污染防治技术，2011，23（5）：8～9，43.

[8]刘会建.侯马市环境空气状况探析[J].中国环境管理干部学院学报，2013，23（1）：16.