2008—2016年济南市SO2污染特征及变化趋势分析

桑博，孙明虎

（1.山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101；2.山东大学环境科学与工程学院，山东济南250100；3.济南市环境保护局，山东济南250033）

2008—2016年济南市SO2污染特征及变化趋势分析

桑博1，2，孙明虎3*

（1.山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101；2.山东大学环境科学与工程学院，山东济南250100；3.济南市环境保护局，山东济南250033）

根据2008—2016年济南市大气中SO2的监测数据，分析了SO2浓度的时间变化特征。结果表明，相比于2008年，2016年济南市SO2年均浓度累计降低了约58%，年均浓度变化率为-0.008mg/（m3·a）；济南市SO2的月均浓度呈U型分布，在季节分布上呈现出冬季＞春季＞秋季＞夏季的特征，采暖季SO2浓度明显高于非采暖季。

二氧化硫；年际变化；季节变化；月变化；济南市

SO2作为一种重要的大气污染物，在城市区域的大气环境中，其主要来自于化石燃料的燃烧过程[1]。SO2对环境的影响主要表现在两个方面：一方面SO2通过气粒转化形成粒径小于2.5μm的硫酸盐气溶胶，为雾霾的主要成分之一，降低大气能见度，直接影响人体健康；另一方面SO2及其氧化产物可以与水分子结合，通过湿沉降的形式降落至地面，这种酸性较强的湿沉降会对自然生态系统造成破坏。基于SO2的环境危害，包括我国和美国在内的多个国家，均将SO2作为判断城市环境空气质量状况的指标之一[2-3]。为了抑制SO2排放量的不断增长，1998年国务院正式批复了关于酸雨控制区和SO2污染控制区的划分方案。位于“两控区”内的城市自此开始将环保工作的重点确定为SO2污染防治，督促工业污染源及燃煤设施增设脱硫装置。

作为最早纳入到常规监测的大气污染物，国内针对SO2的浓度现状、影响因素等作了大量的研究。这些研究开展于20世纪末至21世纪初，主要集中于北京、广州、深圳等城市，较多的关注于具体污染事件或某一时段的SO2变化规律，关于长时间序列的SO2变化特征研究较少[4-6]。济南作为东部沿海省份的省会城市，工业结构偏重，燃煤消耗巨大。本研究利用2008—2016年SO2逐时浓度监测数据，分析了济南市SO2时间变化特征，评价了该地区SO2污染的最新现状，以期为环境保护管理部门提供准确、全面的SO2污染信息。

1 研究方法

1.1 样品采集

观测始于2008年1月1日，到2016年12月31日结束。观测点设置于济南市中心城区的核心位置——泉城广场，其附近主要为居民区及商业区，周围5 km范围内无工业企业。该区域的大气污染主要来自于机动车尾气污染。该站点的观测仪器设置在恒隆广场楼顶（36.66°N，117.02°E），海拔高度约36 m，采样口距地面约20 m。样品的采集与输送分析的仪器设备均采用聚四氟乙烯材料，尽量避免仪器本身对样品造成污染。

1.2 实验仪器

本次观测使用的SO2分析仪器为美国热电环境仪器公司（TEI）生产的43 S型紫外脉冲荧光法SO2分析仪。分析仪最低检出限为0.6×10-9（体积分数），零漂小于1×10-9（24 h），跨漂±0.5%/7 d。仪器采样响应时间为120 s。观测为24 h自动连续进行，利用观测仪器自带的软件每分钟记录一次浓度数据。浓度数据的处理以及作图分别用Microsoft Excel和Origin两个软件进行。

2 结果与讨论

2.1 SO2年际变化

图1是2008—2016年济南市环境空气中SO2浓度、SO2排放量、燃煤消耗量的逐年变化曲线图。从图1可以看出，自2008年以来，济南市环境空气中SO2年均浓度呈下降趋势。SO2年均浓度最高值出现在2008年，达到了0.116 mg/m3。2015年，济南市SO2年均浓度首次低于《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）二级浓度限值（0.060mg/m3）。2016年济南市环境空气中SO2浓度达到这一时期的最低值0.049 mg/m3。令人意外的是，2013年SO2浓度出现了大幅度反弹，年均浓度高达0.115 mg/m3，该年份SO2排放量及燃煤消耗量在这几年中处于中等水平。由此可见，SO2排放总量的增加并不是SO2浓度上升的主要原因，SO2浓度上升的原因将在下文中详细讨论。

图1 2008—2016年SO2年际变化曲线

2008—2016年间，SO2年均浓度相比上年度下降的比例分别为1.72%、6.14%、15.89%、4.44%、-34.88%、32.76%、23.08%和18.33%。整个这一时期，SO2浓度下降趋势波动较大，甚至出现反弹。总之，2016年与2008年年均浓度相比累积降低了57.76%，SO2年均浓度的变化率为-0.008 mg/（m3·a）。

利用SPSS计算空气中SO2浓度、SO2排放量和燃煤消耗量三者之间的相关性关系，发现济南市SO2浓度与全市SO2排放量有着明显的正相关关系，相关系数为0.852；但SO2浓度与燃煤量之间关系不明显，相关性仅为-0.233。济南市SO2排放量的削减并不是单纯对燃煤量进行控制取得的。“十三五”期间，对于SO2排放大户的工业污染源，环保部门督促其全部建设了脱硫、脱硝、除尘等污染治理设施；对于工业及民用的燃煤品质，济南市也提出了明确的要求。通过提高煤炭质量、升级改造SO2治理设施等措施，济南市在煤炭消耗小幅下降的背景下，实现了SO2排放量的大幅削减，从而使得大气中SO2浓度下降。

2.2 SO2季节变化

图2是2008—2016年济南市SO2浓度的季节分布。由图2可见，SO2浓度的季节变化极为明显。2008—2016年这9年间，春季（3月～5月）、夏季（6月～8月）、秋季（9月～11月）、冬季（12月、1月、2月）的平均浓度分别为0.074 mg/m3、0.046 mg/m3、0.071 mg/m3、0.172 mg/m3，整体呈现出冬季浓度最高、春秋季次之、夏季浓度最低的季节变化特征，这与北京、太原等北方城市的SO2季节变化规律基本一致[7-8]。SO2浓度的季节性变化与燃煤消耗以及大气边界层高度、风向风速等气象因素的季节变化有着重要关联[9]。出现SO2浓度高值的冬季，季节性的供暖企业开始生产，大量耗煤，贡献了大量的SO2，另外，城郊及乡镇居民为取暖大量燃烧散煤，也贡献了大量的SO2；除了排放源强较高外，这一季节的气象条件也不利于污染物扩散，济南冬季大部分时间处于高压控制下的静稳天气，使得水平和垂直方向均不利于污染物扩散，从而导致近地面大气中SO2浓度偏高。对于出现SO2浓度低值的夏季而言，相当一部分工业污染源在这一时期对生产设备进行检修，这使得夏季成了SO2排放量最低的时期；另外，夏季大气边界层高度相对较高，大气对流活动强烈，使得近地面大气中SO2在垂直方向上被充分稀释；高强度的太阳辐射更有利于光化学反应的进行，SO2快速与大气中OH自由基以及臭氧等物质反应，氧化成硫酸盐；夏季频繁的降雨也对SO2起到了有效的清除作用。以上这几个方面的因素共同作用，使得夏季地面SO2浓度相对较低。而对于春秋两季来说，其污染物排放源强和大气扩散条件介于夏季和冬季之间，这使得SO2浓度也处于中间水平。

从图2可见，2013年的SO2浓度明显高于其前一年，比其之后的几年也要高出不少。究其原因，主要是2013年冬季SO2浓度显著升高。2013年冬季SO2浓度偏高，主要是由于当年1月份的SO2浓度月均值高达0.302 mg/m3，这是2008—2016年这9年间月均浓度的最高值。出现这样的高值是因为2013年1月包括济南在内的我国中东部地区发生持续性的大范围雾霾天气，此次雾霾天气导致济南市环境质量指数（AQI）持续爆表，受不利气象因素影响，SO2、PM2.5等大气污染物在很长一段时间内保持在较高的浓度水平[10]。1月份较高的SO2浓度水平，拉高了2013年全年的SO2年均浓度值，使得该年度济南SO2浓度大幅度反弹，空气质量出现恶化趋势。

图2 2008—2016年SO2浓度的季节分布

从2008—2016年采暖季和非采暖季SO2浓度分布上看（图3），2008—2016年采暖季SO2浓度为0.063～0.192mg/m3，非采暖季SO2浓度为0.040～0.068 mg/m3。采暖季浓度明显高于非采暖季浓度，前者为后者的2.54倍，这说明采暖季遍布全市的采暖锅炉及居民使用的散煤排放出大量的SO2气体，使得SO2浓度处于较高水平[11]。对于不同的年份而言，采暖季与非采暖季的SO2浓度比值呈现下降趋势，由最高时的3.25倍已经降至2016年的1.57倍（最低值）。2013年以来，济南市为落实《大气污染防治行动计划》，积极采取一系列措施，截止到2016年，已关停济钢烧结厂等重污染企业，对建成区100余台燃煤锅炉进行了淘汰或清洁能源改造，集中供热企业全部实现超低排放，这使得采暖季空气质量有了明显好转，采暖季SO2浓度的大幅下降就是表现之一。

图3 2008—2016年采暖季和非采暖季SO2浓度分布

2.3 SO2月变化

图4是2008—2016年济南市SO2浓度的逐月变化图。从图中可知，SO2月均浓度曲线整体呈U型分布，1～3月浓度迅速下降，4～10月浓度变化不明显，逐月基本保持稳定，11～12月浓度迅速上升。一年的各月份中，1月、2月、12月的浓度均值最高，9年均值分别为0.195 mg/m3、0.172 mg/m3、0.149 mg/m3，这主要是受冬季采暖用煤的影响[12]，大量的燃煤消耗加之较强的逆温，综合作用导致SO2在近地面大气中累积，形成较高浓度；6月、7月、8月的SO2浓度值最低，9年浓度均值分别为0.052 mg/m3、0.033 mg/m3、0.053 mg/m3，这主要是由于这些月份SO2排放源强较低，另外大气垂直活动活跃，降水事件较多。

2016年12月份的SO2浓度相比于往年同期严重偏低，月浓度仅为0.053 mg/m3；即使与同一年度的其他月份相比，12月份的月均浓度也只属于中间水平。从排放源强和与污染物扩散有关的气象因素两方面分析出现这种情况的原因。对于排放量而言，2016年12月出现了长时间的严重雾霾天气，天数高达15 d左右，为此济南市采取了一系列污染减排措施，包括SO2在内的大气污染物排放量均出现不同程度下降。气象因素方面，受长时间静稳天气影响，12月份的平均风速仅为1.44 m/s，但该月相对湿度高达59%。如图5所示，较高的湿度有利于在颗粒物表面形成水膜，吸附气相中的SO2，并不断地转为硫酸盐[13]。综上所述，虽然2016年12月份风速极低，并出现了15 d左右的雾霾天气，但通过采取一系列污染减排措施，加之较高的空气湿度有利于气相的SO2向硫酸盐转化，这使得空气中SO2的浓度出现低值。

图4 2008—2016年SO2月变化曲线

图5 2016年SO2浓度与空气相对湿度关系曲线

3 结论

（1）2016年与2008年相比，济南市SO2年均浓度出现大幅的下降，下降幅度高达50%以上，这主要归功于SO2排放量的大幅削减。

（2）济南市SO2浓度的季节变化和逐月变化呈现一定的规律性，冬季较高，夏季较低，春季处于中间水平。这主要是各季节和各月份间SO2排放源的排放强度和污染物扩散的气象条件存在差异导致的。

（3）2008—2016年SO2年均浓度下降趋势明显，但偶有反弹，采暖季SO2浓度在全年中的比重呈现下降趋势，说明济南市采取的环保措施发挥了成效。

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（编辑：程俊）

Analysis on The Characteristics and Changing Trends of SO2Pollution from 2008 to 2016 in Jinan

Sang Bo1,2,Sun Minghu3*
（1.Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd,Jinan Shandong 250101,China；2.School of Environmental Science and Engineering,Shandong University,Jinan Shandong 250100,China；3.Jinan Environmental Protection Bureau,Jinan Shandong 250033,China）

Characteristics of the temporal distribution of SO2during 2008 to 2016 were analyzed at an urban site in Jinan.The results showed thatmass concentration of SO2in 2016 decreased about 58%compared to that in 2008,with an annual gradient of-0.008 mg/(m3·a).Monthly average concentration of SO2displayed an U shape curve and the seasonal concentration order of SO2was as follows:winter＞spring＞autumn＞summer.Significantly higher concentrations of SO2were observed in heating season than that in non-heating season.

sulfur dioxide,annual variation,seasonal variation,monthly variation,Jinan

X512

A

1008-813X（2017）02-0075-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.02.20

2017-03-01

桑博（1987-），男，山东聊城人，毕业于山东大学环境工程专业，硕士研究生，工程师，主要从事环境影响评价、环境监测工作。

*通讯作者：孙明虎（1986-），男，山东济南人，毕业于山东大学环境工程专业，博士，主要从事环境行政管理工作。