上海外高桥港口空气污染物特征研究

吴 鸿（上海市环境监测技术装备有限公司， 上海 200235）

随着我国“一带一路”国家战略的实施及经济的高速增长，我国港口建设近年来呈快速发展态势，对港口的建设及转型升级也提出了新的要求。现代化港口倡导“资源节约型、环境友好型”港口，因此建设港口环境空气质量监测系统及平台，科学评估港口的环境空气质量具有重要意义[1]。根据交通运输部的要求，上海市交通委于 2014 年在外高桥港区建设了环境监测网络建设试点工程并负责日常运维管理。

由于港口大量人员聚集，交通活动强度越来越大，排放的颗粒物和 CO、NOx、SO2和 VOCs 空气污染物也大量增加，因此港口区域的生产活动及排放对港口大气的影响愈发受到重视。上海港作为世界货物吞吐量最大的港口，其船舶活动日益增加，并且港区的污染物排放给港区及周边地区带来了潜在的环境问题。傅夏明、伏晴艳、孙伟等人[2-4]对港口船舶、集输运车辆等的排放清单和现状研究表明，港口空气污染排放主要为 NOx、SO2、颗粒物等，且与船用柴油机含硫燃料的使用、港作机械、集输运车尾气密切相关。

本文研究目的是运用在线的空气质量监测技术手段，从观测的角度识别港区特征污染因子，评价港区船舶排放对港区空气质量的影响及特征，科学掌握污染物排放规律，为港口污染减排提供科学依据。

1 监测方法及数据质量保证

港区在线空气监测共 2 个点位，分别位于上海市吴淞国际邮轮码头，外高桥二期集装箱码头（外二）和外高桥四期集装箱码头（外四），各点位位置分布见图 1。外二站点的常规空气质量监测使用已有的空气自动站的设备，自动站采样口离地面约 4 m，站房距离江岸约 1 200 m，各监测仪器从主采样管分支路进气，并行监测。外四站点常规空气质量监测使用已有的空气自动站的设备，从房顶平台采集气体，采样口离地面约 4 m。站房距离江岸约 100 m。

图 1 港口监测点位图

监测系统主要依据的技术规范包括 HJ/T 193—2005《环境空气质量自动监测技术规范》、HJ/T 194—2005《环境空气质量手工监测技术规范》、HJ/T 352—2007《环境污染源自动监控信息传输、交换技术规范（试行）》、HJ/T 212—2005《污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准》。

港区空气质量监测指标包括常规的空气质量指标，即NO2、SO2、CO、O3、PM2.5、PM10，另外也包括辅助性的气象要素，即风速，风向，温度，相对湿度等。具体内容见表 1。

表 1 监测站点及监测指标

空气质量自动监测设备有 Thermo-SO2分析仪、NONO2-NOx分析仪、CO 分析仪、O3分析仪，颗粒物采用微量振荡天平颗粒物测量仪（TEOM 热电）。为了保证监测数据的有效性，各仪器均按照国家相关规范要求进行质量保证（QA）和质量控制（QC）。具体监测方法见表 2。

表 2 监测因子及检测方法

2 港口空气污染物特征

2.1 污染物浓度总体分布特征

对监测点外二站点、外四站点，2016 年全年的污染气体的浓度与 2016 年全年上海市的浓度进行对比分析以获取上海市污染物及港口的污染物总体特征。接着，提取出2016 年全年的 SO2、NO2、O3、CO 的平均浓度值，污染物比较情况见图 2、图 3。

图 2 污染物浓度对比图

图 3 上海市各污染物占比与港口监测站各污染物浓度占比

由上述对比分析图可以看出，上海市大气污染物中，CO 为主要污染物，第二是 O3，第三是 SO2。对于港口的空气环境而言，NO2污染物占比有一定幅度增加，成为第二大污染物，同时其他 NOx 的浓度也显著增加。各污染物中，除 O3港口浓度较全市低外，SO2、NOx浓度均较全市高，其中NOx增加幅度较大，NO2增加幅度最大。

2.2 NOx 污染物分布特征

NOx作为港口与全市主要的区别性污染物需重点研究。因分布特征对外二站点和外四站点的常规空气质量指标进行分析，结合气象参数的监测识别港口特征污染因子，分析其对港区空气质量的影响。选取一次气态污染物（NO2、SO2），并结合上海市的平均因子浓度进行对比分析。

外二站点、外四站点的 NOx浓度（日均）与上海市平均 NO2浓度（日均）的对比见图 4。监测期间 2 站点数据完整，数据质量较为理想。从曲线中可以看出，外高桥港区的NOx浓度明显高于上海市平均水平，其中外四站点的 NO2浓度在 4～6 月份高于外二站点，而 7～10 月份二者相近且呈现高相关性，再次验证了 NOx为港区污染的主要特征因子这一观点。将港区的 NO2和上海市 NO2浓度进行了回归分析，可知整个监测期间二者存在明显的正相关关系，但相关系数一般，为 0.387。从统计来看，监测期间港区的平均NOx浓度为 73 μg/m3，同期上海市平均水平为 40 μg/m3，港区较上海市平均高约 83%。由此可见，NO2作为指征港区作业的特征污染物，应作为减排目标加以控制。

图 4 外高桥港区 NO2 浓度与上海市平均浓度对比

提取全年监测站点 NOx全年月平均浓度，对监测站点的 NOx的月平均浓度进行对比分析，见表 3 和图 5。对比分析可知，外二站点、外四站点 NOx浓度从 1～3 月呈现高位；5～8 月呈下降趋势；之后又呈现持续上升趋势。由表3 可知，外二站点、外四站点的监测 NOx污染气体的浓度同期相比变化较小，在第二、三季度 NOx的平均浓度最小。

表 3 监测点氮化物季度平均浓度 mg/m3

图 5 测站 NOx 每月平均浓度

以上现象主要是因为上海处于长三角地区，风场存在显著的季节性变化，不同季节输送气流不同。春夏季以东南风为主，东南向是海面，利于浓度相对较低；秋冬季西北风为主不利消散，以上游加本地污染为主[5-6]。

港区的 NOx明显受到自身排放的影响。为更明确地研究 NOx的来源，本项目利用站点并行的气象风场观测，分别统计了不同风向上的 NOx平均浓度。NO2风向玫瑰图见图 6。从图 6 中可以明显看出，高 NOx浓度均主要发生在内陆风向为主的角度区间，表明港区 NOx主要来自陆源的机动车排放，而船舶排放（河面方向）对港区 NOx的贡献较小，因此港区的 NOx更多地来自港区或者市区的机动车排放，这与港区的 NOx与上海市 NOx的浓度水平呈现一定的正相关性是一致的。

图 6 外高桥港区四期站点 NO2 浓度的风向分布

2.3 SO2 污染物分布特征

外二站点和外四站点与上海市平均 SO2日均浓度对比见图 7。与 NOx情况相似，港区 SO2浓度均明显高于同期的上海市平均浓度，外四站点浓度较外二站点更高。港区 SO2浓度与上海市平均水平进行回归分析，港区 SO2与上海市平均浓度相关性较低，仅为 0.22，可认为不相关。这也同样表明，港区 SO2明显地受到本地排放的影响。从整个监测时段来看，港区站点的平均 SO2浓度约为 33.8 μg/m3，而上海市平均水平约为 13.4 μg/m3，高出上海市水平 152%。这与船舶柴油机含硫燃料的使用有关。

图 7 外高桥港区 SO2 浓度与上海市平均浓度对比

为更清晰地分析出 SO2的来源，本项目同样对 SO2做了风向分布，见图 8。从图 8 中可以清晰地看出，SO2的风向分布与 NOx有相反的特征，其高浓度主要发生于风向来自河道方向的时间段，而内陆风向扇面浓度较低，表明河道的船舶排放是造成港区 SO2浓度升高的最直接原因，而港区获市区的 SO2输送效应处于次要地位。因此，船舶作为港区的最具特征性的污染源，6 项常规污染指标中的 SO2可以作为指征船舶排放贡献的重要因子。

图 8 外高桥港区四期站点 SO2 浓度的风向分布

提取监测站点 SO2每个月的平均浓度，对监测站点的SO2的月平均浓度进行对比分析，由上述对比分析图 9 可知，外二站点、外四站点的 SO2污染气体平均浓度大于上海市 SO2污染气体平均浓度；且由于外四站点距河道更近，船舶污染排放特征污染物 SO2月平均浓度始终大于外二站点浓度。

图 9 测站 SO2 每月平均浓度

3 结 语

本项目利用在线空气质量监测技术对港区的空气质量进行了实时监测，分析了大气污染特征，配合气象观测资料，研究了大气污染物的来源或形成机制，得到如下结论。

（1）相比上海市污染物排序 CO、O3和 SO2，对于港口的空气环境而言， CO 占比上升，NO2是第二大污染物，二者明显不同。

（2）对 NOx污染物的分布进行研究分析，港口的监测NOx污染气体的浓度高于上海市品均浓度，第四季度尤为明显。港区 NOx主要来自于陆源集输运车辆、港作机械等的排放，而船舶排放（河面方向）对港区 NOx的贡献较小。

（3）对 SO2污染物的分布进行研究分析，港区 SO2污染排放有显著的季节效应，冬末春初的春节高峰尤为明显。港区 SO2浓度均明显高于同期的上海市平均浓度。由于柴油机含硫燃料的使用，河道的船舶排放是造成港区 SO2浓度升高的最直接原因，6 项常规污染指标中的 SO2可以作为指征船舶排放贡献的重要因子。

目前我国航行船舶的废气排放控制标准十分欠缺，远远落后于国际公约标准，尤其对于大量的老旧航行船舶，其废气排放实际上处于“无标可依”的失控状态。另外，港区作业机械、集运输车辆的废气排放更是无标可依。船舶和港区污染排放控制应尽早纳入大气污染防治工作计划，制订港口船舶、集输运车辆、港作机械的大气污染物排放控制对策。通过推进科技创新，倡导绿色港口建设，改进落后船舶动力装置、提高燃料燃烧利用率，推进低硫燃料的使用，港作机械采用先进技术和工艺设备，全面实行清洁生产[7]，从而推进港口污染减排工作全面开展。