上海市宝山区氮氧化物特征分析

曹晶晏

上海市宝山区环境监测站 上海 201901

引言

宝山区作为上海传统工业基地,正处于转变经济发展方式和提升城市化水平的重要时期,城市和社会经济的快速发展给我们带来的环境压力日趋突出。其中,氮氧化物是大气光化学烟雾、细粒子污染的重要前体物,是宝山区大气环境中的主要污染物之一,对宝山区的环境造成了不利影响。文章基于上海市宝山区2018-2020年氮氧化物的污染状况,对其污染特征及污染原因进行简要分析研究,为宝山区氮氧化物的治理提供一定的科学依据。

1 数据来源

大气环境分析数据来源于上海市宝山区的空气自动监测点：杨行、罗店及庙行站,并以上三个站点监测数据均值代表宝山区污染状况。根据2018年生态环境部《关于发布＜环境空气质量标准＞(GB3095-2012)修改单的公告》,自2019年起标准中的污染物均由“标准状态”下修改为“参比状态”,为保持数据的连贯性和可比性,文章涉及数据皆以各污染物在标准状态下的浓度值进行分析统计。宝山区气象数据来源于中国气象数据网。

2 宝山区NOX污染现状

2.1 2018-2020年宝山区年际变化趋势 2018-2020年宝山区氮氧化物年均浓度如表1所示。整体来看,2018-2020年宝山区NOX、NO2及NO年均值及NO/NOX比值呈逐年下降趋势,而SO2/NO2比值经2019年下降后,于2020年稍有上升。分站点来看,杨行、罗店及庙行站氮氧化物浓度皆逐年下降,杨行站及庙行站NO/NOX比值及SO2/NO2比值于2019年下降后,于2020年稍有上升。三年来,宝山区氮氧化物浓度虽有下降,但SO2/NO2比值整体有下降趋势,且比值小于0.5,说明宝山区环境空气污染中机动车的污染贡献率有所上升,机动车污染贡献率仍然处于较高水平。此外,三个分站点中,机动车污染贡献率最高的为庙行站,杨行站次之。

表1 2018年-2020年氮氧化物年均浓度比较

2.2 2018-2020年宝山区月际变化趋势 2018-2020年,宝山区的NOX月均浓度变化趋势及季节浓度变化如图1所示。从图1中可见,近三年来,宝山区NOX波动频繁,月际变化呈“W”型,整体呈冬季高、夏季低的特点。其中,2018年宝山区NOX最高值出现在11月,2019-2020年则出现在12月,高值所在月份有所延迟。2018-2020年,NOX月均浓度最低值皆出现在8月,浓度分别为30、51、34μg/m3,2019-2020年最低月均值较2018年有所上升,且2019年月均最低值最高。

图1 宝山区点位分布图

图2 2018-2020年宝山区NOX月际变化趋势及宝山区季节浓度变化趋势

分站点来看,2018-2020年杨行、罗店及庙行站月际变化如图3所示。杨行站NOX浓度最高、庙行站次之、罗店站最低。分站点浓度差异主要受站点地理位置影响,杨行站与庙行站位于城镇化程度较高的杨行镇及庙行镇,站房周边人流量大,往来车辆密集,但由于杨行站临近江杨北路、友谊路等交通主干道,许多大型集卡可在杨行镇界限内通行,而庙行站周边大型集卡较少,造成杨行站NOX浓度较高于庙行站。罗店站地处宝山北部,城镇化程度稍低,周边人流量较小,且站房建于美兰湖别墅区内,周边树木绿化等较多,往来车辆较少,因此该站点NOX浓度相对较低。

图3 2018-2020年杨行、罗店及庙行站NOX月际变化趋势

2.3 24小时浓度变化趋势 选取某工作日及一周内的休息日的监测点数据,宝山区杨行、罗店及庙行站三个站点变化趋势基本一致,宝山区及杨行、罗店、庙行站3个监测点的24小时浓度变化趋势如图3所示。整体来看,NOX24小时浓度变化中,工作日3：00-9：00出现高浓度时段,其中3：00浓度开始上升,6：00出现一个峰值,9：00后浓度开始下降,至18：00-23：00出现第二个高浓度时段,于21：00达到第二个峰值。而在休息日,宝山区的NOX则与工作日无相似的变化趋势,宝山区NOX在休息日的小时变化,整体相较于工作日比较平稳。工作日与休息日这两种不同的变化趋势,主要是由于工作日上下班高峰期汽车尾气排放及企业开工生产产生污染较休息日多导致。分站点来看,杨行站在工作日时,峰值明显高于其余站点,在休息日时NOX浓度也高于另两个站点。

图4 宝山区氮氧化物工作日与休息日24小时浓度变化趋势

2.4 宝山区与上海市及周边区县比较分析 2018-2020年,宝山区与上海市NOX月际变化趋势如图5所示。2018-2020年,宝山区NOX每月浓度皆高于上海市,期间,宝山区以NO2为首要污染物的污染天数多达36天,而上海市仅有11天。与交界区县嘉定、虹口、静安、普陀及杨浦区对比,宝山区2018-2019年NOX年均值为交界区县中浓度值最高的区,2020年浓度值仅次于嘉定区。如图6可见,宝山区与周边区县月际变化趋势相似,但整体浓度值较高,与嘉定区浓度接近。这主要是受产业结构和能源结构影响,宝山区与嘉定区皆为郊区,区域内高耗能高排放产业集中,虽然近年来宝山区强力推进产业结构和能源结构调整,产业正逐步从“重”变“轻”,但作为上海重要的钢铁和电力基地,不可避免的存在能耗高、排放量大的问题。

图5 2018-2020年宝山区与上海市NO X月际变化趋势

图6 2018-2020年宝山区与交界区县NOX月际变化趋势

2.5 宝山区NOX浓度与气象条件的关系 将2018-2020年宝山区NOX日均浓度与当天主要气象要素进行相关性分析。相关分析结果见表2。

从表2中可以看出,NOX浓度与气温呈负相关性,尤其与最低气温负相关性较高,相关系数为-0.384；与气压呈较为明显的正相关性,相关系数为0.245；与风速呈明显负相关性,相关系数为-0.341。此外,NOX与降水量呈负相关,与日照时数呈正相关。

表2 氮氧化物浓度与主要气象参数的相关系数分析结果

由表3分析可知,近三年来,宝山区NOX月均最高值多出现在12月,最低值多出现在8月。12月平均气温低,月均气温基本低于10℃,平均气压相对较高,且宝山区冬季多以西北风为主,大气边界层较低容易出现逆温现象,相对稳定的气象条件不利于污染物的扩散,本地污染加之外来污染物的叠加促使NOX浓度出现高值。相比而言,8月份,宝山区气温较高,月均气温在30℃左右,气压较低,且多以东南风为主,风速较大,不稳定的气象条件对污染物的稀释扩散起到积极作用。

表3 2018-2020年宝山区NOX月均值最低、最高月份气象参数情况

3 污染影响因素

宝山区是上海主要的集装箱码头基地,上千家码头仓储企业集中又分散的布局,不合理的交通路网以及主要依靠陆路的货物集散方式,造成宝山交通流量高度聚集于几条主次干道,叠加宝钢、华能电力的数个机组在一段时期内将仍为燃煤发电,氮氧化物排放量仍保持较高水平,多种因素导致宝山区氮氧化物浓度居高不下。

3.1 固定源排放 宝山区存在较多重工企业,如宝钢、华能燃机等,工业废气排放量高居不下,以煤炭为主的能源结构导致区域内污染物排放强度依然处于高位,高强度的排放给该地区和周边地区环境造成巨大压力。

3.2 移动源排放

1)机动车。宝山区域内码头较多,仓储物流运输行业发达,且随着近几年电商经济的崛起及人民生活水平的提高,宝山区货运企业及运输车辆数、家用车辆保有量快速增加。经统计,2020年宝山区共有2794户5.65万辆货运车辆,且主要道路车辆日均流量超过3万辆/小时,峰值可达14万辆/小时,货运交通的占比超过50%。2020年,交通尾气所排放的氮氧化物排放量约超过4万吨,大大超过工业源排放量。

2)船舶。宝山地处黄浦江和长江的交汇点,通江达海,长江沿岸码头船舶靠泊量约近17万次/年,内河有45个码头,年均船舶进出港近10万艘次,加上吴淞邮轮港每年几百艘次的靠泊,尽管邮轮港完成了岸电建设,但船舶在宝山水域航行时主要采用柴油或重油,据估算,船舶排放的氮氧化物可达4000余吨。

3.3 污染治理对策 对于氮氧化物污染的治理,可从固定污染源和移动污染源两方面入手。针对移动源,需加强尾气检测,完善IM制度,加强车辆的检修,淘汰超标排放的车辆；积极促进环保型汽车的普及和推广,大力发展公共交通事业,鼓励大众公交出行,减少交通对环境污染造成的压力；推进对于船舶油品的控制,提高油品质量,防止因使用劣质油导致污染物增加的情况。针对工业污染源,除了燃烧节能、燃料脱硝等技术手段外,还需继续探索源头减量替代技术,从源头上减少污染产生。针对宝山区交通流量压力导致污染产生,可合理规划交通路网,将流量合理分散以避免区域内污染集中发生。

4 结论

宝山区氮氧化物污染近年来得到一定改善,但在全市范围内仍然位居浓度高位。氮氧化物的污染呈冬季高、夏季低的特征,固定源及移动源排放是影响其浓度的主要因素,而气候条件影响着氮氧化物的扩散。在三个站点中,杨行站氮氧化物污染较为严重,庙行站次之,可从这两块区域着手,加强对氮氧化物的控制。由于宝山的产业结构及交通车流量等不利因素的存在,对于氮氧化物的治理任重而道远,需要企业、政府和群众共同努力配合,才能使我们的环境朝更好的方向发展。