某工業(yè)區(qū)環(huán)境空氣的污染特征

樊文博

(山西省環(huán)境保護(hù)技術(shù)評估中心，山西 太原 030024)

引 言

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，化石燃料被人類過度開采利用，致使SO2、NO2和顆粒物成為環(huán)境空氣質(zhì)量下降的重要原因。SO2和NO2是酸沉降的主要原因，同時(shí)也易形成硫酸根離子和硝酸根離子，二者是顆粒物的主要水溶性離子[1]，且在顆粒物中的比例越大，顆粒的吸濕性越強(qiáng)，越易引發(fā)強(qiáng)霾污染的發(fā)生[2]。顆粒物對太陽輻射有吸收和散射作用，會影響大氣能見度[3]，同時(shí)由于其對人體健康的危害而受到公眾的高度關(guān)注[4]。

煤在山西的能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位，燃煤工業(yè)嚴(yán)重污染環(huán)境空氣，故本研究選取典型工業(yè)區(qū)為研究對象，分析采暖期和非采暖期顆粒物、SO2和NO2的污染特征，揭示其對環(huán)境質(zhì)量的影響。

1 樣品采集

1.1 自然環(huán)境及地理位置

該經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)位于山西中部，屬暖溫帶大陸性氣候，冬季寒冷少雪，夏季氣候炎熱、雨量集中，冬季多西北風(fēng)，夏季以東南風(fēng)較盛。

1.2 樣品采集

依據(jù)該開發(fā)區(qū)現(xiàn)有排污企業(yè)的特點(diǎn)，本研究擬選取顆粒物(TSP、PM10)、無機(jī)物(SO2、NO2、NH3)和有機(jī)物(BaP和苯)為研究對象。污染物監(jiān)測分別在冬季和夏季進(jìn)行，冬季監(jiān)測時(shí)間為2011年3月7日～3月13日，連續(xù)采樣7 d；夏季監(jiān)測時(shí)間為2011年6月12日～6月18日，連續(xù)采樣7 d。開發(fā)區(qū)是企業(yè)集中排放污染物的區(qū)域，依據(jù)其污染物排放特征、所處地理位置、地形地貌特征、周圍居民分布和氣象條件，本研究共設(shè)11個(gè)環(huán)境空氣監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)位的布設(shè)見圖1。

圖1 監(jiān)測點(diǎn)位分布圖

2 結(jié)果與討論

由于該經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)存在多家排污企業(yè)，致使區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。為了能更準(zhǔn)確地評價(jià)該區(qū)域的環(huán)境空氣質(zhì)量，研究該區(qū)域環(huán)境空氣污染物的濃度特征是很有必要，故本研究選擇冬、夏兩季的環(huán)境空氣污染物濃度進(jìn)行特征分析。

2.1 冬季環(huán)境空氣污染物濃度特征

2.1.1 顆粒物的濃度特征

本研究選取TSP和PM10兩類典型顆粒物為研究對象，其日均濃度的變化特征見第127頁圖2。

由圖2a)可知，11個(gè)點(diǎn)位的TSP質(zhì)量濃度范圍為0.118 mg/m3～0.372 mg/m3，各點(diǎn)位的濃度分布基本呈鋸齒形，且11日～13日各點(diǎn)位的濃度分布較7日～10日的濃度分布集中，偏差較小，可能與采樣期間的氣候條件有關(guān)，冬季頻繁出現(xiàn)的逆溫可能是11日～13日各點(diǎn)位濃度無明顯差異的原因。1#、2#和3#點(diǎn)位的質(zhì)量濃度值相對偏大，且相差不大，范圍分別為0.295 mg/m3～0.372 mg/m3、0.256 mg/m3～0.355 mg/m3和0.287 mg/m3～0.351 mg/m3，4#、5#和6#點(diǎn)位的濃度值相對偏小，質(zhì)量濃度范圍分別為0.167 mg/m3～0.264 mg/m3、0.118 mg/m3～0.261 mg/m3和0.122 mg/m3～0.265 mg/m3，其余點(diǎn)位的濃度分布介于上述兩組數(shù)據(jù)之間。基于我國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值要求，1#點(diǎn)位的超標(biāo)率高達(dá)85.7%，2#和3#點(diǎn)位的超標(biāo)率為57.1%，可能與各點(diǎn)位周圍企業(yè)的排污特點(diǎn)有關(guān)。

圖2 冬季顆粒物濃度的日變化特征

由圖2b)可知，各點(diǎn)位質(zhì)量濃度范圍為0.030 mg/m3～0.215 mg/m3，分布也基本呈鋸齒形，11日～13日各點(diǎn)位的濃度偏差較小，可能與冬季頻繁出現(xiàn)的逆溫有關(guān)。在1#、2#和3#點(diǎn)位質(zhì)量濃度值較高，范圍分別為0.137 mg/m3～0.201 mg/m3、0.130 mg/m3～0.215 mg/m3和0.129 mg/m3～0.207 mg/m3，8#、9#和11#點(diǎn)位的濃度值波動(dòng)不大，范圍分別為0.123 mg/m3～0.165 mg/m3、0.116 mg/m3～0.156 mg/m3和0.121 mg/m3～0.140 mg/m3，其余點(diǎn)位的濃度值介于二者之間。除5#和11#點(diǎn)位外，其余點(diǎn)位在11日均出現(xiàn)監(jiān)測值的小高峰；與TSP的濃度值相比，PM10濃度值在監(jiān)測期間在各點(diǎn)位的波動(dòng)相對較小。基于我國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值要求，1#、2#和3#點(diǎn)位的超標(biāo)率分別為85.7%，42.9%和71.4%，可能與各點(diǎn)位周圍企業(yè)的排污特點(diǎn)有關(guān)。

2.1.2 氣態(tài)無機(jī)物的濃度特征

本研究選取SO2和NO2兩類氣態(tài)無機(jī)污染物為研究對象，SO2和NO2的日均濃度的變化特征見圖3。

SO2和NO2的質(zhì)量濃度范圍分別為0.026 mg/m3～0.148 mg/m3和0.008 mg/m3～0.075 mg/m3。由圖3可知，SO2質(zhì)量濃度的日變化較NO2的緩和，因?yàn)镾O2主要來源于燃煤過程，煤在山西的能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位，而且本次采樣是在采暖末期，污染物在環(huán)境空氣中經(jīng)過長期混合已基本達(dá)到混合均勻的狀態(tài)，故SO2濃度波動(dòng)不大(1#、2#、3#、7#、9#和11#點(diǎn)位的濃度值)，但4#、5#和6#點(diǎn)位的濃度波動(dòng)較大，其最大變化值分別為0.072 mg/m3、0.052 mg/m3和0.085 mg/m3，這可能是采樣點(diǎn)位周圍存在暫時(shí)性的燃煤排放源。NO2的前體物主要來源于機(jī)動(dòng)車尾氣，而尾氣排放量與汽車的運(yùn)行狀況有關(guān)，還與NO轉(zhuǎn)化為NO2的速度有關(guān)，故NO2濃度會出現(xiàn)日變化波動(dòng)較大的情況。各點(diǎn)位NO2濃度均在3月8日出現(xiàn)最小值，這可能與當(dāng)天的氣象條件有關(guān)，如強(qiáng)的太陽輻照利于光化學(xué)煙霧的形成，導(dǎo)致NO2濃度降低；4#點(diǎn)位NO2的濃度值最低，其范圍為0.008 mg/m3～0.027 mg/m3，可能與該點(diǎn)周圍交通不發(fā)達(dá)和車流量小有關(guān)。

圖3 冬季氣態(tài)無機(jī)物濃度的日變化特征

2.2 夏季環(huán)境空氣污染物濃度特征

2.2.1 顆粒物的濃度特征

夏季TSP和PM10兩類顆粒物濃度的日變化特征如第128頁圖4所示。

如圖4a)所示，夏季各點(diǎn)位TSP的日均濃度變化特征與冬季的大致相同，但夏季日均值的鋸齒形分布不明顯。夏季各點(diǎn)位TSP的日均濃度變化范圍為0.122 mg/m3～0.299 mg/m3，明顯小于冬季的濃度變化范圍，說明夏季TSP的來源相對穩(wěn)定，且氣候影響相對較小。如圖4a)所示，1#、2#和

圖4 夏季顆粒物濃度的日變化特征

3#點(diǎn)位之間的日均濃度值幾乎一致，且日變化不顯著，基本呈直線，較其他點(diǎn)位質(zhì)量濃度值偏高，其范圍分別為0.278 mg/m3～0.298 mg/m3、0.253 mg/m3～0.292 mg/m3和0.275 mg/m3～0.297 mg/m3，這與冬季的變化趨勢基本一致。5#和6#點(diǎn)位的日均濃度值呈上升趨勢，在6月17日達(dá)到最大，且二者的日均濃度幾乎相等，同時(shí)，這2個(gè)點(diǎn)位的濃度值較其他點(diǎn)位波動(dòng)較大，最大值約為最小值的2倍。

如圖4b)所示，夏季PM10的日均濃度分布與TSP的基本一致，其濃度變化范圍為0.032 mg/m3～0.149 mg/m3，明顯小于夏季TSP的濃度范圍。由圖4b)可知，1#、2#、3#、8#、9#和11#點(diǎn)位濃度的日變化不明顯，幾乎呈直線分布，且1#、2#和3#點(diǎn)位之間的濃度差別不大，較其他點(diǎn)位濃度值偏高，該特點(diǎn)與TSP濃度的夏季分布一致，其質(zhì)量濃度范圍分別為0.125 mg/m3～0.149 mg/m3、0.127 mg/m3～0.146 mg/m3和0.133 mg/m3～0.147 mg/m3。5#和6#點(diǎn)位的質(zhì)量濃度值較其他點(diǎn)位偏小，其范圍分別為0.06 mg/m3～0.142 mg/m3和0.032 mg/m3～0.131 mg/m3，二者的變化趨勢一致。

2.2.2 氣態(tài)無機(jī)物的濃度特征

各點(diǎn)位夏季SO2和NO2的日均濃度特征見圖5。

如圖5所示，SO2和NO2質(zhì)量濃度的日變化趨勢不一致，且SO2質(zhì)量濃度的分布較NO2的范圍大，這可能與二者的排放源種類有關(guān)。SO2和NO2的質(zhì)量濃度范圍分別為0.023 mg/m3～0.142 mg/m3和0.011 mg/m3～0.068 mg/m3，均未超《環(huán)境空氣質(zhì)

圖5 夏季氣態(tài)無機(jī)物濃度的日變化特征(單位：mg/m3)

量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)中SO2和NO2的二級濃度限值(分別為0.15 mg/m3和0.08 mg/m3)，且與冬季二者的濃度值相差不大。這可能與研究對象是工業(yè)園區(qū)有關(guān)，園區(qū)中固有排放源所排放污染物的水平不會隨季節(jié)發(fā)生變化，這也是工業(yè)園區(qū)環(huán)境空氣污染物濃度分布特征與環(huán)境空氣中污染物分布特征的區(qū)別，特別是在季節(jié)性變化方面。就SO2污染物而言，以5#和6#點(diǎn)位的濃度值偏低，而1#、2#、3#、7#、9#和11#點(diǎn)位的濃度值相差不大，且偏大。NO2的質(zhì)量濃度值以上柵點(diǎn)位的質(zhì)量濃度值最小，其值范圍為0.011 mg/m3～0.028 mg/m3，而其余各點(diǎn)位的濃度范圍相差不大。

3 結(jié)論

本研究主要分析了工業(yè)園區(qū)環(huán)境空氣中顆粒物(TSP和PM10)和氣態(tài)污染物(SO2和NO2)在采暖期和非采暖期的濃度分布特征，其主要結(jié)論如下：

1) 采暖期顆粒物的濃度分布基本呈鋸齒形分布，TSP和PM10的質(zhì)量濃度范圍分別為0.118 mg/m3～0.372 mg/m3和0.030 mg/m3～0.215 mg/m3；氣態(tài)污染物SO2和NO2的質(zhì)量濃度范圍分別為0.026 mg/m3～0.148 mg/m3和0.008 mg/m3～0.075 mg/m3，冬季頻繁出現(xiàn)的逆溫現(xiàn)象是造成污染物濃度相對較高的客觀原因。

2) 非采暖期顆粒物的質(zhì)量濃度分布較采暖期的偏小，TSP和PM10的范圍分別為0.122 mg/m3～0.299 mg/m3和0.032 mg/m3～0.149 mg/m3；而

氣態(tài)污染物的濃度分布與采暖期的幾乎一致，SO2和NO2的質(zhì)量濃度范圍分別為0.023 mg/m3～0.142 mg/m3和0.011 mg/m3～0.068 mg/m3，說明園區(qū)固有的排放源是該區(qū)域氣態(tài)污染的主要來源，而顆粒態(tài)污染物可能與采暖期燃煤量加劇有關(guān)。