泸州市主城区2019年3月至2020年2月大气颗粒物污染特征及防治对策研究

姚玉兰，李小宇，闫海全，肖旖旎，马 强

(四川省泸州生态环境监测中心站，四川 泸州 646000)

前 言

随着经济社会的快速发展和城镇化进程的加快，城市大气污染中特别是可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)问题日益突出，已成为影响群众身体健康、社会和谐稳定和可持续发展的重要因素。泸州市是四川盆地主要城市之一，截止2019年，泸州市城区常住人口近200万人，全市机动车保有量达 40.30 万辆。工业化进程加快，加之盆地特殊地形和气象条件 ，大气污染形势十分严峻。《大气污染防治行动计划》实施以来，泸州市大气环境质量逐步改善，但颗粒物污染问题仍然突出。根据2017～2019年PM2.5、PM10污染整体变化趋势(图1)可以看出，PM2.5年均浓度呈先降后升的趋势，2019年同比2017年降低20.8%，但近三年的年均浓度均超标，最大超标近0.5倍；PM10逐年降低且降幅较大，2019年同比2017年降低32.2%，仅2017年超标。因PM2.5/PM10(PM2.5质量浓度占PM10质量浓度的比例)的变化特征对于了解颗粒物的产生原因具有重要意义[1]，PM2.5/PM10越大，说明空气中细颗粒物的质量浓度越高，细颗粒物污染越严重，对人类健康的威胁能力也越大[2]，通常认为PM2.5/PM10比值在0.3～0.4之间污染较轻，在0.5～0.7之间污染较重[3]，故进一步对PM2.5/PM10进行分析，发现 2017～2019年泸州市主城区PM2.5/PM10的比值逐年升高，分别为0.65、0.67和0.76，说明主城区细颗粒物污染较重，且呈逐年恶化趋势，也表明PM2.5的控制成效不及PM10，主要原因在于PM2.5的来源更为复杂，既有一次排放也有二次转化形成[4]。如何加强大气污染防治、改善环境空气质量，是市委、市政府十分关注的问题，开展大气污染治理的研究迫在眉睫。

图1 2017～2019年泸州市主城区PM2.5、PM10平均浓度年际变化图

1 研究方法

1.1 数据来源

数据来源于泸州市环保在线监控数据共享平台，包括泸州市主城区4个国控监测点位2019年3月～2020年2月六参数日均值、2019年3月～2020年2月PM2.5与PM10小时均值，以及相应的气象数据。

1.2 分析方法

利用对比分析法，将2019年3月～2020年2月划分为四季，通过日变化数据对比不同季节的污染状况，研究主城区颗粒物在一天中随时间的变化特征，分析4个监测点位颗粒物的来源方向以及污染物之间的相关性。根据污染变化特征分析污染成因并提出相应的污染防治对策。

1.3 数据处理

利用Excel 2007进行数据统计和图形绘制，利用Origin 2017进行风向玫瑰图制作和相关性分析，利用GraphPad Prism 8进行相关性图形绘制。

2 结果与分析

2.1 PM2.5与PM10的时间变化特征

2.1.1 季变化和日变化

2019年3月～2020年2月，泸州市主城区春季PM2.5与PM10的平均浓度分别为41.3μg/m3、54.4μg/m3，夏季PM2.5与PM10的平均浓度分别为24.7μg/m3、38.0μg/m3，秋季PM2.5与PM10的平均浓度分别为31.8μg/m3、44.1μg/m3，冬季PM2.5与PM10的平均浓度分别为61.9μg/m3、74.4μg/m3，均表现出冬季>春季>秋季>夏季的特点，冬季污染最为严重，这与李敏等[5]的研究结果相似，颗粒物浓度随季节的变化，很大程度上与气象条件有关。PM2.5与PM10日均浓度范围分别为8.3～125.0μg/m3、10.0～150.8μg/m3，二者最高浓度均出现在2019年3月13日，期间出现了两次短暂的污染过程，为2019年12月8日～12月12日和2020年1月1日～1月4日，从图2可以看出，PM2.5与PM10在不同季节的日变化趋势均具有较好的一致性。

图2 2019年不同季节PM2.5、PM10平均质量浓度逐日变化图

2.1.2 逐小时变化特征

基于2019年3月～2020年2月泸州市主城区4个监测点位的实时监测数据，通过平均值得到研究区域每小时颗粒物的平均浓度，可以直观的反映颗粒物24h的变化趋势和规律[6]。图3和图4为不同季节PM2.5、PM10平均质量浓度逐小时变化图，可以看出PM2.5与PM10的小时变化趋势较为一致，且不同季节的24h小时变化特征也类似，高值区间主要集中在夜间20∶00～次日凌晨02∶00，峰值均出现在夜间23∶00～00∶00之间，最小值均集中在下午16∶00～17∶00之间，白天的质量浓度明显低于夜间[7]。PM2.5在00∶00～次日17∶00呈逐渐降低的趋势，从18∶00开始又逐渐上升。PM10在00∶00～次日17∶00之间总体上呈逐渐降低的趋势，但在春季、秋季和冬季的上午09∶00～12∶00之间有小幅度的回弹。

图3 不同季节PM2.5平均质量浓度逐小时变化图

图4 不同季节PM10平均质量浓度逐小时变化图

2.2 各站点PM2.5与PM10的风玫瑰图分析

从4个监测点位的风向玫瑰分析可以看出(图5、图6)，PM2.5与PM10的主要来源方位基本一致。九狮山站点的大气颗粒物主要来源于东南、正东方向，部分来源于正西方向；小市上码头站点的大气颗粒物主要来源于正西、西北方向，部分来源于正南和东南方向；兰田宪桥站点的大气颗粒物贡献方位分布较为均匀，大部分来源于西北、正北、正南方向，部分来源于正西和西南方向；市环监站站点的大气颗粒物来源较为集中，主要来源于西北、正北方向。

图5 4个站点PM2.5风向玫瑰图

图6 4个站点PM10风向玫瑰图

图7 PM2.5和PM10污染来源方向图

根据以上各个站点污染来源方位，结合泸州市主城区功能区划情况，九狮山、小市上码头和市环监站3个站点共同污染来源方向均指向同一个区域，该区域为泸州市规划建设新城区，属于泸州市主城区最北面，现有面积约6km2，区域内有较多建筑工地，无固定污染源(图7)。

2.3 相关性分析

通过对泸州市主城区4个监测点位的气态污染物相关性分析发现(图8)，九狮山站点的PM2.5、PM10与CO、SO2的相关性较高，NO2影响相对较小；小市上码头、市环监站和兰田宪桥3个站点PM2.5、PM10与CO、NO2的相关性较高，SO2影响相对较小。

图8 泸州市主城区气态污染物相关性图

2.4 污染成因分析

2.4.1 气象条件先天不足

从以上分析发现，不同季节PM2.5、PM10浓度差异明显，造成这种季节差异特征的原因是：泸州市位于四川盆地南部边缘向云贵高原的过渡地带，风向反气旋偏转明显，易形成明显的“回水区”或静风现象，污染物容易累积，不易扩散。受亚热带季风气候影响，季节特征明显，冬季少雨，光照较弱，静风、逆温出现频率高，大气层结构稳定，不利于空气污染物的输送、扩散和清除；而夏季太阳辐射相对较强，边界层大气对流活动旺盛，且降水充足，风速较大，对污染物的输送、扩散和清除较为有利。夏、秋季有利的污染气象条件是空气质量较好的重要因素，冬季不利污染气象条件是造成各种污染物累积及细颗粒物二次转化的根本原因。

2.4.2 污染物排放量大

2.4.2.1 工业企业

泸州市第二产业占比较高，比例明显高于川南其他城市，而且几大工业园区大都布局在主城区周边15km范围以内，大量的污染物在秋冬季节静风条件下极易在主城区聚集，造成长时间、大面积的重污染天气过程。工艺过程源对PM10和PM2.5贡献主要来自砖瓦、玻瓶、燃煤锅炉和化工等行业。从九狮山、小市上码头和市环监站3个站点也可以看出，颗粒物污染来源指向同一块区域，而该区域分布有大量相关污染物排放的工业企业。

2.4.2.2 机动车尾气

机动车尾气排放除直接对颗粒物有贡献外，其排放的NOX和碳氢化合物，又是形成二次污染的重要前体物，对颗粒物也有一定的贡献[8]。截至2019年，泸州市汽车保有量为40.30万辆，其中货运车辆2.25万辆，货运周转量相当于川南其他三个城市总和，而货车往往车况较差，污染物排放量大，根据张自全等[9]的研究，在所有机动车中柴油重型载货汽车对PM2.5和PM10污染贡献最高。结合本研究污染特征分析，小市上码头、市环监站和兰田宪桥3个站点PM2.5、PM10与CO、NO2的相关性较高，而NO2主要人为源排放来自于机动车尾气等化石燃料燃烧产生，因此泸州市数量庞大的机动车尾气排放是影响主城区大气颗粒物污染的重要原因。

2.4.2.3 生物质燃烧

以上分析中，主城区4个监测点位PM2.5、PM10均与CO的相关性最高，而CO是燃料不完全燃烧的产物。从近几年的调查和上访情况看，泸州市主城区周边露天焚烧问题突出，由于精细化管理水平不高，焚烧秸秆、垃圾、树叶、枯草等情况时有发生，屡禁不止，排放的污染物通过大气传输直接影响主城区的空气质量，颗粒物浓度受生物质焚烧影响日益突出。

2.4.2.4 燃煤

2.4.2.5 扬尘

扬尘主要来源于道路交通、建筑或市政施工等，近年来机动车和房地产业的迅猛发展，使得路网密集的区域以及建筑施工地区释放出较多的颗粒物。2017～2019年，泸州市主城区PM2.5/PM10的比值居高不下，分别为0.65、0.67和0.76，说明颗粒物受扬尘污染较为明显。

3 污染防治对策和建议

从前述的污染成因可以看出，泸州市大气污染防治短板突出，现提出如下对策和建议。

3.1 加大工业企业治理力度

强化工业企业监管；加快重点污染企业的搬迁整合，督促水泥等企业实现深度治理；对“散乱污”企业进一步清理，加快整治力度；开展工业炉窑污染整治，重点对污染物排放量大的砖瓦和玻瓶行业进行专项治理，加强企业无组织管控。

3.2 加强机动车尾气污染防治

结合当地实际情况，强化“油路车”综合整治。严厉打击劣质油品的生产、销售和使用；开展柴油货车超标排放专项整治；加快完成非道路移动机械污染源的摸底调查，划定并公布禁止使用高排放非道路移动机械区域；依法查处超标机动车上路行驶违法行为。

3.3 减少生物质燃烧，推进综合利用

一方面，强化焚烧监管，加强生物质禁烧宣传和培训工作，抓住关键时段，将工作真正落到实处。另一方面，要因地制宜，找出破解生物质资源化利用的关键环节，建立补贴机制、创新工作方法[10]，研究秸秆等废物利用的合适方法，比如机械化秸秆还田、培育食用菌、制作沼气、生物质发电、生物降解材料等。

3.4 严格控制煤炭消费总量

在能源结构调整和能源清洁化利用水平上，进一步压减燃煤量，加快能源清洁化进程。严格控制煤炭消费，新增耗煤项目实施煤炭消耗减量替代，扩大城市高污染燃料禁燃区范围；加大燃煤小锅炉淘汰力度，特别是县级及以上城市建成每小时10蒸吨及以下燃煤锅炉全部淘汰，以气代煤、以电代煤，不新建每小时35蒸吨以下的燃煤锅炉，新建燃气锅炉采用低氮燃烧技术；推进企业入园，采取集中供热改建大锅炉，进行超低排放控制。

3.5 有效管控扬尘污染

提高城市精细化管理水平，加强城市施工工地扬尘管控，建成区内涉及土石方作业建筑工地配备在线监控系统安装，对建筑工地管控不到位的予以严管重罚。

3.6 加强科学研究及能力建设

目前，泸州市现有科学技术手段和能力难以满足大气污染防治工作要求，急需加强相关科学研究及能力建设。一是开展多种技术手段协同监测，建设颗粒物组分站，提高颗粒物化学组分监测分析能力，切实开展颗粒物源解析工作，并利用网格化监测、雷达走航、模型模拟等多种手段分析成因；二是全面加强污染排放源清单工作，建立全面、准确、动态的污染源排放清单数据库已势在必行。