郑州市空气颗粒物污染特征分析

陈 静 申 剑 徐晓力 郭跃松

(河南省环境监测中心， 郑州 450004)

郑州市空气颗粒物污染特征分析

陈 静 申 剑 徐晓力 郭跃松

(河南省环境监测中心， 郑州 450004)

结合近三年PM2.5和PM10污染变化趋势，对郑州市2016年1-6月环境空气质量污染状况与气象条件进行分析，研究表明气象条件及周边城市的颗粒物输入对空气质量影响不大，郑州市空气污染主要原因是大量的城中村拆迁建筑工地和建设工地扬尘，高速增长的机动车尾气污染物和交通扬尘造成的面源污染，以及燃煤作为主要能源所产生的污染和火电厂、水泥/陶瓷业、有色金属冶炼等高污染工业行业的污染物排放。

郑州市；颗粒物；污染特征；污染源

国家统计局发布的《2015年国民经济和社会发展统计公报》[1]和环境保护部发布的《2015中国环境状况公报》[2]显示，按照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)监测评价的338个地级以上城市中，城市空气质量达标的城市占21.6%，未达标的城市占78.4%，我国城市空气污染形势严峻。环保部按照环境空气质量综合指数对全国74个重点城市进行排名，2013年以来倒数后十名城市基本位于京津冀及周边地区，郑州市始终处于污染较重的行列，且名次逐年退后，2016年上半年倒数第三位。

1 空气质量污染状况

根据环境空气质量监测数据分析，郑州市2016年1-6月空气综合质量指数8.56，为中污染(表1)。首要污染物PM10，浓度均值超《环境空气质量标准》(GB3095-2012)二级标准1.4倍；其次为PM2.5，浓度均值超二级标准1.3倍。上半年优良天数61天，污染天数为121天，其中重度及以上污染天数达到20天；污染天气中，PM2.5、PM10分别为首要污染物的天数均为42天。

表1 2016年1-6月及近三年空气质量AQI和颗粒物监测结果

2013年以来，郑州市环境空气质量级别均超二级标准，颗粒物(PM10、PM2.5)浓度均值超标1倍以上，污染状态居高不下。从环境空气质量日达标情况来看，优、良天数比例不足一半，重度及以上污染天数比例高于10%。颗粒物为环境空气影响最为严重的因素。

环境空气污染具有明显的季节性变化特征[3]，由于气候及植被影响，夏季空气质量最好、冬季污染程度最高。从全年污染天气级别分布比例来看(图1)，夏季“优良空气”和“轻度污染”较多，其次是春季，冬季最差。

图1 郑州市空气质量季节性分布情况

2 PM2.5和PM10分析

2013-2015年，PM2.5对郑州市的影响最为严重(表2)。2015年PM2.5为首要污染物的天数为193天(占比52.9%)，其中上半年为115天(占比63.5%)；2016年上半年，PM2.5为首要污染物的天数为49天(占比26.9%)。但是，PM10对空气质量的影响在持续增大，2015年为首要污染物的天数110天(占比30.1%)，其中上半年为46天(占比25.4%)；2016年上半年为首要污染物的天数为77天(占比42.3%)。

表2 环境空气污染负荷分析

颗粒物(PM10、PM2.5)处于高污染态势，长期超二级标准，为环境空气污染防治重点。两项因子浓度均值具有明显的季节性变化特征，呈现典型的U型分布，即冬季浓度最高，春、秋季次之，夏季最轻(图2)。

图2 2015年1月-2016年6月PM10、PM2.5月均浓度趋势图

3 污染特征

3.1 颗粒物污染与天气的关系

郑州市2016年1-6月天气较为平稳，以晴和多云为主。风力以3级以下微风为主，偶有3～4级、4～5级阵风，平均风速在2.0～2.4m/s之间；主导风向为北风，比例为82.4%，其他风向占17.6%。仅有24天降雨，多为小雨、阵雨/雪，降水集中在6月份。雾天和连续大风等极端天气较少出现(表3)。

由气象条件与环境空气质量监测数据分析，颗粒物污染变化与风向无明显相关性，在相同风向既出现较重污染也出现良好；污染变化与季节温度变化没有明显的相关性[3]；降雨使颗粒物污染下降；当天气情况不利于扩散和沉降时，颗粒物污染呈现持续性[4]。

表3 2016年1-6月气象条件统计

3.2 周边城市影响分析

郑州市周边城市的PM2.5、PM10污染情况见表4。周边的西北部三个城市部分时段浓度高于郑州市，主要集中于冬季和早春1-3月份。污染相对较重的新乡、焦作市位于北部及西北方向60km处，在北风作用下污染物可能影响，但郑州市主要风力为3级以下微风，通过区域传输外来污染的影响较小。因此周边城市的影响不显著。

表4 2016年1-6月份周边五个城市空气质量颗粒物监测结果 单位：μg/m3

4 颗粒物污染原因分析

4.1 污染源情况

根据污染源解析结果[5]，郑州市受外省远距离输送PM2.5的影响贡献率为18%～27%，以本地污染排放为主；机动车、工业过程、燃煤和扬尘是本地四大主要污染来源，贡献率依次为：扬尘25.4%、工业过程20.2%、机动车和燃煤均为19%，其它16%可能来源于生物质燃烧、餐饮、汽车修理、涂料等。

工业过程及燃煤污染源主要分布于市区西部和西南县区，重点是非金属矿物制品业、电厂和有色金属冶炼和压延加工业，烟粉尘约占全市工业总排放量的85%，其中非金属矿物制造业主要是水泥厂、碳素厂，有色冶炼行业主要是铝加工，以及分散在城乡结合部和农村的燃煤。

扬尘污染源是房地产和市政建设工地、道路清扫、机动车和生活炉灶等。据市建委统计,2016年6月建筑工地1995个，尚不包括按行业划分到其它职能部门管理的建设工地，诸如城管、交通、园林、水务、国土、南水北调办以及轨道交通公司等。扬尘尤其冬、春季较高，究其原因是冬季气候比较干燥，且裸土面积增大，而春季风沙、风频较秋季大。

统计数据显示,郑州市2015年机动车保有量261万辆，且每年以30万辆的速度递增，已超过广州等一线城市，主城区机动车保有量已达160万辆。目前推进黄标车及老旧车辆淘汰，加强机动车源头控制和在用车日常监管，加强机动车污染防治的监管执法，但由于机动车不断增加，机动车污染物排放仍是改善空气质量的颈瓶之一[6]。

4.2 颗粒物污染成因解析

大气环境污染属于煤烟尘、机动车尾气、扬尘和二次气溶胶、氨、挥发性有机物为主的多源复合型污染[7]。由颗粒物污染与天气状况数据可以看出，主导风向为北风，但工业污染源主要集中在西部和西南，空气污染与风向没有明显相关关系；平均风速在2.0～2.4 m/s之间，风力较弱，对颗粒物扩散有一定影响[8]，周边城市的影响不大，输入型污染并不是郑州市空气污染的主要原因。

空气颗粒物污染具有持续性和均匀分布的特征，属于面源型污染。郑州市规划2015年四环内城中村拆迁完毕，2016年年底前四环外、城市规划区内及周边3 km范围内的棚户区改造项目拆迁完毕。建筑施工排放颗粒物主要是在拆迁、地基开挖和原料渣土装卸运输过程中，经调查，3月份在建的建筑工地主要分布在距市中心6km以外的市区边缘，其中40%在市区西北部，并非均匀分布在市区，近距离扬尘有较大影响。积尘负荷高的路段主要特点为邻近施工工地、渣土运输车数量多、道路破损等；由于夜间渣土运输车数量增加，渣土车沿途抛洒与带泥上路等，部分道路积尘负荷夜间高于白天。连片城中村集中拆迁和大量建设工地施工密度之高、力度之大在全国城市中少见，尽管对建设工地采取了六个100%标准来控制扬尘污染，但对颗粒物的贡献不可小视。

郑州市建成区面积392.8 km2，全国排名17，而机动车保有量全国第8，单位面积机动车保有量比例在全国名列前茅，远超北京等大城市和各周边省份省会城市[9]。汽车的快速增长，城市道路负荷过重，势必造成拥堵的日益严重，根据高德地图《2015年中国主要城市交通分析报告》，从实时路况服务覆盖的城市和高速路网中，郑州市全天平均车速仅26.53 km/h。其次，作为重要的交通枢纽、商贸物资集散地，有京港澳、连霍等多条国家和地区性高速公路，公路通行量颇高，过境车辆尤其重型货车非常多，尤其夜间无证照、假证照、超标车辆上路，且高峰期部分公路出现短时间拥堵现象，由此排出的机动车尾气污染物量非常高。2015年机动车尾气排放颗粒物4 547 t，尚不包括过境车辆和非移动工程车辆排放的污染物。

图3 2015年城市单位面积机动车保有量比较

过度依赖煤炭的能源供应结构对颗粒物污染影响巨大，2015年郑州市煤炭消费2 764万t，在能源结构中占绝对主导地位。据调查，郑州市2015年899台锅炉中88.3%为10蒸吨以下小锅炉，其中622台为10蒸吨以下燃煤锅炉，小、散燃煤污染源所产生的污染，尤其20吨以下小型燃煤锅炉存在着监管和治理难的问题，始终是污染排放超标的重灾区。

5 对策建议

5.1 控制扬尘

郑州市扬尘污染是最大污染源，须重视众多施工工地造成的扬尘污染防治，把重心放在控制建筑、交通扬尘上，各局委各司其职、分工负责。城市建成区市政道路施工实行交通高峰错时分段推进，对已开挖路面及时回填，杜绝“围而不建”现象，施工过程中对裸露地面及物料、土方进行有效全遮盖和洒水压尘；施工工地扬尘防治措施不到位一律停工整改；通过对各类破损道路路面修补修复，对城区主次干道及周边道路、高速公路和省市县乡级公路及时清扫、洒水等，减少现有企业物料汽车运输对区域大气环境质量的影响；对建筑垃圾清运车辆实施源头治理，限时、限速行驶；建设专业园区企业集中发展、集中物料全封闭堆场，由铁路专用线集中运输，逐步减少汽车公路物料运输量。

5.2 控制机动车污染

机动车数量的增加速度较快，使用柴油的重型车辆多、过境车辆多，市区施工工地较多，因而非道路移动机械数量多，油品没有保障。郑州市目前的机动车保有量已接近饱和，适时采取限号行驶和限购措施，控制车辆发展速度；采取区域限行，大幅降低市中心区域的车流量，逐步解决拥堵问题；加强对机动车排放的监管，加快淘汰黄标车和老旧车辆；强化公共交通，推动绿色出行。

5.3 控制燃煤

污染防治的重点之一在于优化能源结构，不断增加电力、天然气等清洁能源的供应量，加大各类燃煤设施清洁能源改造力度，建设风力、太阳能发电基础设施，提高非化石能源的比重，每年循序推进煤炭消费总量削减任务；明确规定并严格监管煤炭质量，灰分不能超过35%、硫分低于0.5%；筛查、清理建成区小散锅炉，推进燃煤锅炉拆改配套设施建设；实施清洁煤替代散煤，以电网改造、燃气进户、热力管网辐射为主,低氮燃气锅炉集中供暖、清洁煤替代为辅的方式，推进城乡居民采暖散煤替代,进一步减少分散燃煤锅炉和居民生活用煤污染；建设专业工业园区，实施集中供热(气)，冬季采暖期和重污染天气应急预警期间,采取停产、限产限排措施,减少污染物排放。燃煤锅炉必须安装污染物排放自动监控设备并与环保部门联网，强化监管。

5.4 控制工业大气污染物

根据郑州市规划加快产业结构调整，发展壮大电子信息、汽车及装备制造、新材料、生物及医药等四大战略产业，改造提升现代食品制造、铝及铝精深加工业、家居和品牌服装制造业等三大传统优势产业，压缩淘汰落后产能，重点控制火电、水泥/耐火材料、有色金属冶炼等高污染区域特征行业，分期分批将电力等重污染企业迁出环境空气敏感区；上网燃煤电厂、65蒸吨以上燃煤供热锅炉进行超低排放改造；对高耗能、高污染、产能过剩的钢铁、煤炭、电解铝等工业企业环保执法检查,对污染物超标排放的企业依法采取按日计罚、停产整治等措施；对经整改仍未达到能耗限额标准要求的钢铁、煤炭、电解铝企业依法予以关停。实施严格限排措施，强制企业有效运行治污措施；工业炉窑废气提标治理，严格要求达到DB 41/1066-2015《河南省工业炉窑大气污染物排放标准准》，不能按要求完成治理任务的一律依法停产治理。

[1] 国家统计局.2015年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL].(2016-02-09)[2016-05-24].http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201602/t20160229_1323991.html.

[2] 环境保护部.2015中国环境状况公报[EB/OL].(2016-05-20)[2016-08-21].http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201606/W020160602413860519309.pdf.

[3] 郎凤玲,闫伟奇,张泉.北京大气颗粒物数浓度粒径分布特征及与气象条件的相关性[J].中国环境科学,2013,33(7):1153-1159.

[3] 邓利群,钱骏，廖瑞雪.2009年8～9月成都市颗粒物污染及其与气象条件的关系[J].中国环境科学,2012,32(8)：1433-1438.

[4] 周敏,陈长虹，乔利平. 2013年1月中国中东部大气重污染期间上海颗粒物的污染特征[J].环境科学学报,2013,33(11)：3118-3126.

[5] 多克辛. 大气灰霾追因与防治对策:河南省大气灰霾污染专项研究成果[M].北京：中国环境出版社,2016.

[6] 陈静,多克辛，于莉，等.机动车尾气与秸秆焚烧对雾霾的影响[C].中国环境科学学会学术年会会议论文集,2013，5:4842-4844

[7] 肖致美,毕晓辉，冯银厂.天津市大气颗粒物污染特征与来源构成变化[J].环境科学研究,2014,27(3)：246-252

[8] 陶燕,刘亚梦，米生权.大气细颗粒物的污染特征及对人体健康的影响[J].环境科学学报,2014,34(3):592-597

[9] 国家统计局.2015中国城市统计年鉴[M].北京：中国统计出版社,2016.

An analysis of pollution characteristics for atmospheric particulates in Zhengzhou

Chen Jing, Shen Jian, Xu Xiaoli, Guo Yuesong

(Henan Environmental Monitoring Centre, Zhengzhou 450004, China)

An analysis was carried out based on ambient air environmental quality dada and corresponding meteorological conditions in Zhengzhou from January to June in 2016, while taking into accounts the trends for PM2.5and PM10variation in recent three years. The results showed that the contribution of both meteorological conditions and importing particulates from surrounding cities are insignificant to the ambient air environmental quality. Major contributors for PM2.5and PM10include dust sources for a large amounts of construction and demolishing sites in the city, area sources composed of exhausted gas and traffic dust due to rapidly increased vehicles, as well as point sources such as thermal power, cement and ceramics, non-ferrous metal metallurgical industries etc.

Zhengzhou; atmospheric particulate; pollution characteristics; pollution sources

2016-09-20;2016-10-27修回

陈静，女，1971年生，高级工程师，研究方向：环境科学、环境统计。E-mail:zlchen 0217@sina.com

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