大气污染减排对常州市2011年以来酸雨污染趋势的影响

杨卫芬 李 璐 潘 晨 余益军

(江苏省常州环境监测中心，江苏 常州 213001)

我国是继北美、欧洲之后世界第三大重酸雨区域[1]。20世纪80年代起全国酸雨污染经历了快速发展、污染缓和、再次恶化和持续改善四个阶段，并由硫酸型逐渐转变成硫酸-硝酸混合型，其中长江以南及青藏高原以东的广大地区以及四川盆地是长期以来全国酸雨主要分布区[2]。常州市地处我国人口密集、工农业生产发达和经济增速快的长三角地区的中心地带，是酸雨污染较为严重的区域之一，1998年被列入国家酸雨控制区范围[3]，开始对 SO2排放进行重点控制，对缓解酸雨恶化起到了重要作用。研究结果表明，常州市降水pH年平均值在1994—2000年为快速上升阶段，2000年之后处于缓慢下降阶段[4]，与全国酸雨污染趋势基本一致[2]。

目前，常州市降水相关的研究集中于降水量时空分布特征[5-7]、早期酸雨污染趋势[4，8]、单一年份的降水酸度及化学组分特征[9-11]等，对大气污染物总量控制与大气污染防治行动计划以来酸雨污染变化趋势及空气质量改善的系统性研究未见报道。本研究为了科学评价近十年来常州市酸雨污染改善状况和系统分析酸雨随空气质量和经济社会发展结构的变化特征，对2011—2020年常州市降水pH值及酸雨频率的年际变化趋势及影响因子进行了分析，以期为城市酸雨和空气污染持续改善提供理论基础。

1 研究方法

1.1 样品收集与分析

2011—2020年，常州市先后共设置6个与大气国控空气自动监测站点一致的酸雨监测站点，其中2011年为4个监测点，2012年起为6个监测点，分别为市监测站、钟楼、行政中心、安家、经开区和武进监测站(图1)。酸雨监测每逢大气降水采样，样品取回后，记录降水起止时间，测定降水总量、pH值、电导率，余下样品经0.45 μm滤膜过滤后，转移到洗净的聚乙烯塑料瓶中，置于4℃冰箱保存待测化学成分。酸雨监测点位的布设与样品采集按照《酸沉降监测技术规范》(HJ/T165-2004)要求开展。

图1 2011-2020年常州市区酸雨监测点位分布图

1.2 数据处理与分析

酸雨指pH值小于5.6的大气降水[12]，年酸雨频率取降水pH值小于5.6的次数在总降水样品数中的占比。根据pH值的大小，将酸雨划分成强酸性(pH <4.5)、中度酸性(4.5≤pH<5.0)、弱酸性降水(5.0≤pH<5.6)三种类型，将pH>5.6的降水称为中性降水。常州市酸雨情况取6个监测点位的均值，降水样品的离子平均浓度采用雨量加权算术平均值计算，降水pH均值采用氢离子(H+)雨量加权法计算[13]。

2 结果与讨论

2.1 降水pH值和酸雨频率年际变化

2011—2020年，常州市区酸雨频率呈逐年下降趋势，2017年起酸雨频率持续稳定在15%以下，至2020年市区酸雨频率已降至8.2%，低于全国平均酸雨频率(10.3%)[14]。表明2011 年实行的 SO2和 NOx总量控制行动以及2013年以来实施的大气污染防治行动计划等政策的实施，有效控制了全市酸沉降的发展。

总体来看，2011—2013年为逐年改善阶段，2014—2015年小幅反弹，2016—2017年为持续改善阶段，2018—2020年进入改善瓶颈期。2011—2020年的降水pH年均值介于4.59～6.53，未出现强酸雨(pH<4.5)，呈逐年波动上升趋势，与酸雨频率下降趋势吻合。2014—2017年，市区年降水pH值上升显著，2016年起稳定达酸性降水临界点(pH=5.6)以上，2017年起酸雨频率持续稳定在15%以下。但2018年以来，常州市区酸雨频率和pH值相对稳定，改善趋势明显放缓，且2019年存在小幅反弹，与全省酸雨污染反弹趋势一致[15]。

图2 2011—2020年常州市区年降水pH值及酸雨频率变化

以位于中心城区的市监测站为例(图3)，近三年降水主要以pH=6.0以上的降水为主，占79.1%～83.1%，但总比率呈逐年下降趋势；弱酸性降水(5.0≤pH<5.6)和近酸性降水(5.6≤pH<6.0)占比呈逐年升高趋势。表明2018年以来，常州市区酸雨污染改善已进入瓶颈期。

图3 2018-2020年常州市区(市监测站)年降水pH值分布情况

2.2 降水化学组分特征及原因分析

2.2.1 化学组分特征变化

图4 2011-2020年常州市降水中硫酸根离子、硝酸根离子当量浓度(a)及比值(b)变化

从2020年降水的化学组分特征来看(图5)，致酸因子中硝酸根离子占比最大，其次为硫酸根离子，与大气PM2.5中水溶性离子组成较为一致[16]。与2011年相比，硫酸根离子浓度占比显著下降，硝酸根离子浓度占比显著增加，阳离子仍主要为铵离子和钙离子，表明近十年来常州市酸雨污染类型已由硫酸型主控转变为硝酸型主控，大气中NOx对酸雨的贡献不断升高。

图5 2020年、2011年常州市区降水中不同化学组分占比比较

2.2.2 酸雨成因及前体物排放

从酸雨形成机理来看，致酸前体物的大量排放是酸雨形成的主要原因。大气中的SO2、NOX等酸性气体经氧化后溶于水，形成硫酸、硝酸、亚硝酸等，导致降水pH降低。从图6可以看出，2011年以来，随着污染减排工作的持续推进，常州市SO2、NOX等引起酸雨的主要污染物减排明显，但自2015年起减排速率放缓，环境空气中的NO2在2016—2018年逐年上升，至2019年浓度方有所回落。总体来看，大气中二氧化硫浓度与降水中硫酸根离子浓度呈高度一致的下降趋势，但二氧化氮浓度降幅远低于二氧化硫，呈缓慢波动下降趋势。同时，2018年[17]、2019年[15]常州市环境空气中NO2浓度在全省处于较高水平，是全省年均浓度未达标的少数城市之一，对近年常州市区酸雨污染改善乏力有较大影响。

图6 2011—2020年常州市致酸污染物排放量和环境空气浓度比较

从产业结构和机动车保有量等来看(图7)，2011年起常州市第二产业占比逐年下降，但2017年来下降趋缓且2019年有所反弹，产业结构优化调整已达到一定瓶颈，同时原煤消费量下降趋势缓慢，机动车保有量逐年增加，对空气质量的进一步改善有较大影响。

图7 2011—2019年常州市地区生产总值构成、原煤消费量和机动车保有量变化

3 结论与建议

(1)2011—2020年，随着总量控制行动及大气污染防治行动计划等政策的实施，常州市SO2、NOX等酸雨主要前体物减排总体明显。近十年来，常州市区未出现强酸雨且酸雨污染呈逐年改善趋势，2016年起降水pH值稳定达酸性降水临界点(pH=5.6)以上，2017年起酸雨频率持续稳定在15%以下。但2018—2020年进入改善瓶颈期，主要表现为改善趋势明显放缓且不稳定，弱酸性降水和近酸性降水占比逐年升高。

(3)2011年起常州市产业结构不断优化，对空气质量改善起积极作用。但2017年以来，第二产业在生产总值中占比下降趋缓甚至2019年有所反弹，原煤消费量下降趋势缓慢，机动车保有量逐年增加，大气污染减排速率放缓，环境空气中的NO2浓度在2016—2018年逐年上升且2018年以来在全省处于高位，成为当前常州市酸雨污染持续改善的重要瓶颈。

(4)建议进一步优化调整产业结构，开展工业污染深度治理，全力压降环境空气中二氧化氮浓度。对酸沉降有关大气污染物的控制从单独SO2减排过渡到SO2、NOx、NH3和颗粒物综合控制，以确保酸雨污染和空气质量持续改善。