关中地区某县大气污染特征分析研究

王 芳 蒙钟文 崔 翠

（1 中圣环境科技发展有限公司 陕西西安 710000 2 渭南市生态环境局蒲城分局 陕西渭南 715500）

引言

随着关中地区区县经济发展速度加快，带来的环境问题也更受重视，尤其在大气环境方面，一方面自身累积的污染量较大，尽管开展整治和执法行动，原有的存量得到部分削减，但本地污染源贡献存量依然明显；另一方面新的污染源还在增加，有效控制和削减污染增量的任务十分艰巨，污染防治任务重。

1 2017-2020 年某县空气质量整体现状和变化趋势情况

1.1 空气质量六参数整体变化趋势分析

关中某县PM10 在2017-2019 年浓度整体呈上升趋势，2020 年出 现下降；PM2.5、SO2、CO 和NO2在2017-2020 年变化趋势较一致，整体上呈现下降趋势，仅在2019 年有所回升；O3浓度在2019-2020 年整体呈下降趋势。2017-2020 年，PM10、PM2.5、SO2、CO 和NO2均在2019 年出现浓度回升现象，又都在2020 年出现浓度下降现象。一是2019 年本地污染源管控方面力度不够，二是本地生产活动和居民生活活动强度明显减弱，污染物排放量有所下降，空气质量得以改善。

1.2 空气质量六参数逐月浓度变化趋势分析

从2017-2020 年逐月浓度变化趋势图可以看出，某县PM10、PM2.5、SO2、NO2以及CO 均表现出11 月、12 月、次年1-2 月浓度相比其他月份浓度值高，且1-2 月份浓度最大；而O3则表现出相反的趋势，在5-9月浓度出现高值。可以看出PM10、PM2.5、SO2、NO2和CO 的月变化趋势较一致，趋势图呈现出“凹型”，O3则与其相反，趋势图呈现出“凸型”。

图1 2017-2020年PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3逐月变化趋势

1.3 优良天数统计分析

某县2017 年优良天数为182 天，重污染天数为16 天；2018 年优良天数为211 天，重污染天数为8 天；2019 年优良天数为192 天，重污染天数为20 天；2020年优良天数为259 天，重污染天数为6 天。整体上来看，优良天逐渐在增加，重污染天逐渐在减少。

1.4 首要污染物统计分析

根据对首要污染物统计，得出2017-2020 年某县主要首要污染物为PM10、PM2.5 以及O3-8h，且占比大小从大到小依次为PM10、O3-8h 和PM2.5。某县空气质量改善的主要污染因子就是PM10、O3和PM2.5，这在关中地区表现出区域性共性特征。

1.5 超标情况统计分析

对2017-2020 年某县超标污染天统计，发现PM10 超标月2017 年主要发生在3-5 月及11-12 月、2018 年在1-4 月及11-12 月、2019 年在3-5 月、2020年在10-11 月；PM2.5 超标月2017 年和2020 年主要发生在12 月及1-2 月、2018 年主要在1-2 月、2019年在1-2 月及11-12 月；O3超标月每年均主要发生在5-9 月。且每年1-2 月及12 月均产生重度及以上污染天。一方面来源于气象条件，秋冬季气象扩散条件较不利，表现出相对湿度大、风速低、气温低、容易出现逆温层等气象环境[1]，另一方面冬季采暖导致污染物排放量增加，同时引起颗粒物的二次形成情况，两者均造成11 月-2 月PM10、PM2.5 超标天数较多，尤其1-2月春节、元宵节等传统节日烟花爆竹燃放进一步加剧了污染物排放强度，容易产生重污染天气。臭氧则主要受高温、强光辐射天气影响容易生成累积，因此超标天主要发生在夏季，集中表现在5-9 月。同时发现PM10超标也容易发生在3-5 月，这主要是受春季沙尘天气影响粗颗粒物PM10 浓度变化，高强度的沙尘天可以导致PM10 浓度快速增高，直接导致出现重污染天气。

2 PM10、PM2.5 以及O3 浓度变化的影响因素分析

（1）PM10、PM2.5、O3与SO2、CO、NO2浓度变化影响关系。PM10 与NO2和SO2之间的相关性较强，呈正相关；PM2.5 与CO 和SO2相关性较高，呈正相关；O3与SO2和NO2之间的相关性较强，呈负相关。说明SO2、NO2和CO 对PM10、PM2.5 和O3浓度具有明显的影响作用，一次污染物会在大气中发生光化学反应造成二次颗粒物的生成。氮氧化物作为臭氧生成的前体物之一，在白天通过进行光化学反应，消耗NO2反应生成臭氧，在夜间，没法进行光化学反应，NO2会与臭氧发生反应，进而消耗臭氧。即白天生成臭氧，夜间消耗臭氧，因而臭氧浓度较低时，NO2消耗变少而累积浓度变多，所以二者呈现负相关。

表1 2017-2020年关中某县空气质量六参数逐月平均表现情况

表2 2017-2020年关中某县PM10、PM2.5、O3与CO、SO2和NO2相关性分析

（2）空气质量六参数与风速、气温变化影响关系。整体上相比风速，气温与空气质量六参数的相关性更大一些，相比PM10、CO 以及NO2，PM2.5、O3和SO2与风速的相关性较强，相比SO2、CO 以及NO2，PM10、PM2.5 和O3与气温的相关性较强。风速的大小决定着污染物的扩散程度，风速越大，污染物越容易扩散，浓度出现下降，空气质量也相继得到改善。臭氧与气温呈现较强的正相关（0.973）这是由于臭氧浓度由光化学反应决定，温度升高，反应速率增大，氮氧化物转化速率加快，生成臭氧的自由基浓度也相应增加，进而导致臭氧浓度升高[2]。所以温度的升高会影响到臭氧浓度的升高。此外，O3与风速和气温均呈现正相关，其余五参数与气温和风速呈现负相关；PM10 与风速的相关性相比其他参数较小。因此以上的分析结果存在一定的局限性就是在平均风速和平均气温情况下所发生的，对于较大风速和较高的气温分析结果将会有所偏差。

表3 2018-2020年关中某县空气质量参数和风速、气温逐月平均表现情况

表4 2018-2020年关中某县空气质量六参数与风速、气温相关性分析

3 结合污染来源分析影响区域空气质量变化的原因

本文主要从本地污染源来进行分析，通过数据分析，影响本区域空气质量的主要污染因子是PM10、PM2.5 以及O3，通过相关性分析，与PM10 和O3相关性较高的是SO2和NO2，与PM2.5 相关性较高的是SO2和CO，尤其是CO，呈较强正相关，说明燃烧源对本地PM2.5 浓度水平影响较大。SO2近几年排放浓度下降幅度较大，说明本地在控制工业含硫污染物减排和散煤治理方面效果显著，而NO2和CO 治理效果不明显。

O3与气温呈现显著的正相关，说明O3受气象条件影响较大，这也成为O3治理的一个难点。从本地人为污染源贡献来看，大气中VOCs 和NOx两者均为O3生成的关键前体物。采用VOCs/NOx比值法判断VOCs和NOx对臭氧生成的影响，中纬度地区的相关研究表明，VOCs/NOx比值临界值一般为5.5 或8.0，此区域VOCs/NOx=0.13，表明O3生产对VOCs 敏感，通过控制VOCs 浓度对减少臭氧生成效果更好。建议加强对道路机动车排放及溶剂使用特征行业，包括印染、涂料、汽车制造等重点排放企业的管控力度，防治臭氧污染。

结语

（1）2017-2020 年某县空气质量六参数在年度变化中表现出季节性特征，秋冬季受散煤燃烧取暖和生物质燃烧影响造成本地污染物排放量增加，逆温层的形成导致气象条件较稳定，污染物容易累积不利扩散稀释，造成PM10、PM2.5、SO2、NO2以及CO 秋冬季浓度水平较高；臭氧则主要受高温、强光辐射天气影响容易生成[3]，夜间发生的垂直传输影响导致臭氧浓度水平高。

（2）通过六参数之间的相关性分析研究，大气污染防治中加强一次污染物的减排，对其本身污染源的管控，以及PM2.5 和O3带来积极改善。开展PM2.5 和臭氧的协同控制，现在环保政策提出来要对VOCs、NOx进行减排。

（3）较大的风速，较高的气温对污染物可以起到稀释扩散的积极作用；但超过一定的上限，风速过大，据研究风力达到4 级及以上会造成本地颗粒物浓度快速上涨；而过高的气温，超过30℃及以上天气容易导致臭氧的生成和累积。

（4）在区域空气质量改善方面，建议加强本地机动车尾气排放、工业涉氮污染物排放、生物质及垃圾燃烧排放等相关管控；同时在夏季臭氧防控中，需重点加强高温时段的污染物排放环节管控，重点关注机动车移动污染源和有机溶剂使用污染源，减弱气象条件给空气质量带来的影响强度。在大气污染治理方面要注重预防结合，预在前防在后，PM10 预防应从3 月份就开始，预防春季沙尘天气对空气质量的影响；PM2.5 预防应从10 月下旬开始，预防气象条件转变以及散煤复烧、垃圾焚烧对空气质量的影响；O3预防应从5 月开始，预防气温转变对空气质量的影响还应该加强联防联控，共同防霾保蓝。