西充县2018年大气污染物SO2、NO2、PM10变化趋势研究

2021-01-04董磊磊都雯谢霖湘李丹毓钟杰钱一凡

能源与环境 2020年6期

董磊磊都雯谢霖湘李丹毓钟杰钱一凡

（1南充市西充生态环境监测站四川西充 637200 2川北幼儿师范高等专科学校四川广元 628017 3南充市环境监测中心站四川南充 637000 4西华师范大学环境科学与工程学院四川南充 637009）

大气污染是目前全世界所公认的环境问题之一，被社会各阶层的民众所关注[1]。近年来，随着我国经济的迅速发展，人民生活水平的提高，我国在大气污染防治方面的投入越来越大。SO2、NO2和PM10等大气污染物与人类的生产和生活息息相关，大部分是由人类的生产和生活过程中直接排放到大气环境中[2]。其中，大气环境中的SO2主要是含硫的化石燃料燃烧生成的，可形成酸雨，或通过氧化生成硫酸盐气溶胶同颗粒物形成硫酸烟雾。对于经常接触到酸雨或暴露于硫酸烟雾的动植物，其皮肤和生理功能会遭到破坏，严重时甚至导致死亡[3]。而城市环境空气中的NO2主要是机动车排放的[4]，NO2对于大气加热过程有着显著的效果[5]。NO2作为O3的一种重要前体物，可参与光化学反应生成光化学烟雾[6]，NO2还可以生成硝酸盐气溶胶，对人体健康造成影响[7]。PM10是一类粒径小于10 μm的颗粒物，其来源相对较广，建筑施工扬尘、道路扬尘、燃煤尘、土壤风沙尘、二次粒子尘、工业粉尘和生物质燃烧尘等[8]，由于其较大比表面从而具有较强的吸附性，可吸附金属粉尘、致病菌、致癌物等，并通过呼吸道进入人体使人患呼吸道疾病，沉积在肺中甚至透过肺壁导致其他疾病的产生[9-10]。

西充县作南充市的农业大县，全县人口约60万人，近年来经济发展速度较快，城镇化速度加快，机动车保有量逐年增加，环境污染问题（尤其是城市环境空气污染）与经济发展的矛盾也日益突出，环境空气污染也越来越为县域内居民所关注，而相关的大气污染方面的研究相对较少。因此，本研究运用统计学的相关分析方法对西充县环境空气中的SO2、NO2、PM10进行统计分析，比较分析各项污染物的小时浓度及季节间的差异，并找出污染形成的原因，以期减少和降低环境空气污染对经济发展和人民财产、身体健康造成的损失（或损害），并为西充县今后的大气污染防治工作提供理论基础。

1 数据来源与方法

1.1 研究区域概况

西充县（105°36′45″～106°4′7″E，30°52′4″～31°15′7″N）位于四川盆地东北部、南充市西南部，东邻顺庆区，南接嘉陵区，西连绵阳市盐亭县、遂宁市蓬溪县、射洪县，北接南部县，总面积1 108 km2，县城北距南充市区直线距离25 km。西充的气候为亚热带湿润季风，年降雨量980.8 mm，年平均气温16.9℃，气候温和，四季分明。

1.2 监测数据来源及方法

1.2.1 监测数据来源

本研究数据来源于南充市西充县环境空气自动监测站数据，该站点位于西充县环境保护局办公楼顶（105°52′45″E、30°59′09″N），距地 25 m 左右。

1.2.2 监测仪器与监测方法

环境空气自动监测仪器均为安徽蓝盾光电子股份有限公司生产。PM10的监测方法为β射线法，SO2和NO2的监测方法为差分吸收光谱分析法。

1.3 数据处理

运用统计学软件SPSS 19.0对西充县环境空气污染物数据进行统计分析，利用Spearman相关系数法对环境空气中PM10、SO2和NO2进行相关性分析，绘图采用OriginPro9.0软件。

2 结果与讨论

2.1 SO2变化特征

2.1.1 SO2季节间差异

2018 年，西充县的 SO2日浓度范围 2.0～31.0 μg/m3，日浓度最高值出现在春季，全年SO2日浓度均无超过环境空气污染物日浓度限值国家二级标准（150.0 μg/m3）[11]，日浓度最低值出现在春季和秋季。2018年西充县的SO2年平均浓度为12.3 μg/m3，达到环境空气污染物年浓度限值国家二级标准（60.0 μg/m3）[11]。四个季节的 SO2平均浓度大小依次为春季（16.6 μg/m3）>冬季（13.1 μg/m3）>夏季（10.6 μg/m3）>秋季（9.1 μg/m3）（见图1），季节间的平均浓度差异显著（P<0.01）。

2.1.2 SO2日变化特征

2018年，西充县四个季节的SO2日变化曲线变化规律不一致，各个季节的SO2出现小幅波动的时间有差异（见图2）。其中，西充县四个季节夜间的SO2小时浓度高于白天，特别是凌晨时段1∶00～5∶00之间，表明县城周边夜间有稳定的SO2排放源，可能是由对化石燃料有需求的工业企业生产过程中排放；春季、夏季和秋季三个季节上午 6∶00～8∶00时段内以及冬季的7∶00～11∶00时段内SO2小时浓度出现小幅波动可能为县城区域内居民餐饮或者生活取暖排放所致；四个季节白天下午部分时段SO2小时浓度出现小幅上升可能由工业企业生产排放所致。由此可知：西充县2018年城区环境空气中SO2的来源主要为工业企业生产及城区居民散煤燃烧排放所致。西充县的 SO2日变化曲线北京[12]、武汉[13]、南京[14]等国内其它城市不同，武汉和南京的SO2日变化曲线主要呈现“单峰”模式，峰值出现在上午9∶00～10∶00之间，而北京市城区SO2日变化曲线则呈“双峰”型，第一个峰值出现在上午8∶00左右，第二个峰值出现在晚上22∶00左右，采暖季SO2日变化曲线较非采暖季波动更大。由此可知，西充县的SO2主要来源为城区周边的工业企业排放以及城区的散煤燃烧排放。

2.2 NO2变化特征

2.2.1 NO2季节间差异

2018 年，西充县的 NO2日浓度范围 6.0～83.0 μg/m3，日浓度最高值出现在春季，全年仅1天超过环境空气污染物日浓度限值国家二级标准（80.0 μg/m3）[11]，日浓度最低值出现在秋季。2018年西充县的NO2年平均浓度为27.9 μg/m3，达到环境空气污染物年浓度限值国家二级标准（40.0 μg/m3）[11]。四个季节的 NO2平均浓度大小依次为春季（34.9 μg/m3）>冬季（33.6 μg/m3）>秋季（24.7 μg/m3）>夏季（18.9 μg/m3）（见图 3），季节间的平均浓度差异显著（P<0.01）。

2.2.2 NO2日变化特征

2018年，西充县四个季节的NO2日变化曲线变化规律基本一致，呈现出“双峰双谷”型（见图4），NO2小时浓度最高值出现在晚上 20∶00～22∶00，次高值出现在上午 8∶00～11∶00；NO2小时浓度最低值出现在下午14∶00～17∶00，次低值出现在凌晨4∶00～7∶00。西充县作为南充市的农业大县，经济活动以农业生产为主，工业企业较少，工业生产排放的NO2也相对较少，西充县环境空气中的NO2小时浓度峰值出现早晚交通高峰之后，表明城区环境空气中的NO2主要来源为机动车尾气。此外，南京[14]、沈阳[15]和盐城[16]等国内其它城市的 NO2浓度日变化趋势与西充县的相同：其环境空气中的NO2主要受交通早高峰和晚高峰的影响，呈“双峰双谷”型。

此外，西充县各个季节中NO2小时浓度的高值出现时间也略有不同，秋季和冬季的NO2小时浓度最高值较夏季和春季早1 h，而次高值则恰好相反，秋季和冬季的NO2小时浓度次高值较夏季和春季晚1～2 h；各个季节的NO2小时浓度最低值和次低值出现时间基本一致。分析造成此种差异的主要原因可能为各个季节城区居民出行活动时间的差异所造成的，春季和夏季的日出时间较秋季和冬季早，气温也高于秋季和冬季，城区居民春季和夏季上午外出活动的时间早于秋、冬季节，而春季和夏季的日落时间较秋、冬季节略晚，白天的活动时间略有延长，造成交通早高峰提前出现，晚高峰延后，进而造成了NO2峰值出现的时间的差异。

西充县四个季节的NO2日变化曲线的波动幅度也有所不同（见图4），因而四个季节的NO2小时浓度“峰谷比”也有所不同，秋季的波动幅度最大，“峰谷比”最大（2.08），其次为春季（1.93）和冬季（1.91），夏季的波动幅度最小，“峰谷比”最小（1.46）。分析造成此种差异的原因可能是由于季节间温度等气象因素的不同，夏季的温度高，降雨量多，风速大，造成夏季的NO2被吸收、扩散和转化为二次污染物的速率高于其他季节，因而夏季的NO2小时峰值总体较低。

2.3 PM10变化特征

2.3.1 PM10季节间差异

2018 年，西充县的 PM10日浓度范围 10.0～274.0 μg/m3，日浓度最高值和最低值均出现在冬季，全年有11天的PM10日浓度超过环境空气污染物日浓度限值国家二级标准（150.0 μg/m3）[11]，而PM10日浓度最高值出现在2月16日（农历正月初一）（274.0 μg/m3），超过环境空气污染物日浓度限值国家二级标准（150.0 μg/m3）[11]0.83 倍，造成当天 PM10日浓度超标的原因为除夕夜烟花爆竹燃放。2018年西充县的PM10年平均浓度为67.1 μg/m3，达到环境空气污染物年浓度限值国家二级标准（70.0 μg/m3）[11]。四季的 PM10平均浓度大小依次为冬季（87.5 μg/m3）>春季（80.1 μg/m3）>秋季（52.2μg/m3）>夏季（49.1 μg/m3）（见图5），季节间的平均浓度差异显著（P<0.01）。

2.3.2 PM10日变化特征

2018年，西充县四个季节的PM10日变化曲线变化规律基本一致，呈现出“双峰双谷”型（见图6），PM10小时浓度最高值出现在晚上 21∶00～23∶00，次高值出现在上午 9∶00～12∶00；春季、秋季和冬季PM10小时浓度最低值出现在凌晨6∶00～7∶00，次低值出现在下午 16∶00～17∶00，夏季最低值出现在下午 17∶00～18∶00，次低值出现在凌晨6∶00左右。环境空气中PM10的主要来源为：建筑施工扬尘、道路扬尘、燃煤尘、土壤风沙尘、二次粒子尘、工业粉尘和生物质燃烧尘等[8]，西充县经济活动以农业生产为主，工业生产排放粉尘相对较少。此外，南充市政府自2000年起颁布实施的“煤改气”政策[17]，对化石燃料的需求量较小，燃煤尘较少。近年来，西充县城镇化速度加快，建筑施工场地较多，因而西充县环境空气中的PM10的主要来源为建筑施工扬尘、道路扬尘和生物质燃烧尘[18]等。NO2日变化曲线和PM10日变化曲线均为 “双峰双谷”型，四个季节的NO2和PM10相关性均为极显著正相关（P<0.01），然而PM10小时浓度峰值出现时间较NO2晚1～2 h，进一步表明PM10的来源为道路扬尘、建筑施工扬尘和生物质燃烧尘等。

此外，西充县各个季节中PM10小时浓度的高值出现时间也略有不同，秋季和冬季的PM10小时浓度最高值较夏季和春季早1 h，夏季PM10小时浓度次高值则较春季、秋季和冬季晚1～2 h；各个季节的PM10小时浓度最低值和次低值出现时间基本一致。分析造成此种差异的主要原因可能为各个季节城区居民出行活动时间的差异所造成的，春季和夏季的日出时间较秋季和冬季早，气温也高于秋季和冬季，城区居民春季和夏季上午外出活动的时间早于秋、冬季节，而春季和夏季的日落时间较秋、冬季节略晚，白天的活动时间略有延长，造成交通早高峰提前出现，晚高峰延后，进而产生了PM10峰值出现的时间的差异。

西充县四个季节的PM10日变化曲线的波动幅度虽有所不同，但四个季节的PM10小时浓度“峰谷比”差异总体较小，四个季节的“峰谷比”分别为：1.49、1.42、1.38 和 1.41，与 NO2的“峰谷比”不同，分析原因可能为西充县环境空气中的NO2和PM10大部分为由污染源直接排放而来，但是夏季中NO2被转化二次污染物的速率较高，而PM10无法通过转化被清除，只能通过沉降作用和扩散作用被清除，因而造成四个季节的PM10小时浓度“峰谷比”差异较小。

3 结论

3.1 SO2变化特征

西充县城区环境空气中SO2季节平均浓度大小依次为春季>冬季>夏季>秋季，季节间的平均浓度差异显著。西充县四个季节的SO2日变化曲线变化规律不一致，主要是由城区周边的工业企业生产排放及城区散煤燃烧导致。

3.2 NO2变化特征

西充县城环境空气中NO2季节平均浓度大小依次为春季>冬季>秋季>夏季，季节间的平均浓度差异显著。西充县四个季节的NO2日变化曲线变化规律基本一致，呈“双峰双谷”模式，NO2的主要主要来源为城区机动车尾气。

3.3 PM10变化特征

西充县城环境空气中PM10季节平均浓度大小依次为冬季>春季>秋季>夏季，季节间的平均浓度差异显著。西充县四个季节的PM10日变化曲线变化规律基本一致，呈“双峰双谷”模式，PM10的主要主要来源为道路扬尘、建筑工地施工扬尘及生物质燃烧尘等。

4 对策与建议

4.1 加大扬尘污染整治工作

道路扬尘和建筑工地施工扬尘是目前西充县环境空气PM10的最大贡献源。治理扬尘，首先是相关单位要加强对建筑施工现场的监督和管理，责成施工方对现场封闭式施工、增加必要的喷淋设施、渣土封闭运输、禁止重型卡车进城等施工规范和防尘措施，覆盖溢出的土方工程，并及时清理，减少建筑施工扬尘的产生；其次，改进城区及周边的街道的保洁方式，将保洁范围扩大到城乡结合部，减少和防治泥浆、扬尘入城，同时增加城市道路的清扫和洒水频率，尽可能减少道路扬尘。

4.2 加大对机动车尾气污染防治工作

一是加强城市交通管理，大力发展公共交通；二是大力推广新能源汽车，减少机动车尾气排放量；三是严格执行新车排放和油品供应标准；四是加大“黄标车”淘汰的工作力度，加大和落实黄标车提前淘汰补助优惠政策。

4.3 加强对生物质燃烧的管控力度

西充县是农业大县，农业生产中产生的大量秸秆很大一部分是通过焚烧途径处理的，这样会造成严重的环境空气污染。因而，政府部门应加大在秸秆处理方面的资金和技术投入，通过引进相关的技术进行秸秆堆肥使秸秆还田、或者引进相关的生产企业回收秸秆生产板材、发电、造纸等，既能增加农民的经济收入，又能保护环境。

4.4 调整能源结构，合理布局工业企业，降低污染排放

在城区及周边开展三产业用煤及居民生活燃煤专项整治工作，加大散煤燃烧的排查和整治力度；对县域内燃煤企业加强监管，对重点污染企业的废气处理设施进行升级和改造，按照行业要求安装在线监测设备，对排放的污染物进行实时监控；鼓励企业开发新发节能技术，大量使用燃气，减少燃油燃煤的使用量，工业发展逐渐淘汰或减缓对燃煤的使用；依法逐步关闭和取缔能耗高且产值低的企业，通过企业合并转型等方式，维持企业的生存，建立环境友好型工业体系。