泰安市城區空氣質量分析評價與大氣環境容量計算

劉正朋

(山東省泰安市生態環境局新泰分局，山東 泰安 271200)

1 自然生態環境概況

泰安市位于山東省中部的泰山南麓，全年氣候特征明顯，屬于溫帶大陸性半濕潤季風氣候區，具備較好的自然生態環境條件。泰安市城區現有火電、制藥、化工、建材等29家廢氣重點污染源，以及92家VOCs重點排污單位，同時71萬輛機動車尾氣排放、道路及施工揚塵等面源污染也是影響空氣質量的重要因素。自2017年以來，泰安市通過采取重點廢氣污染源治污設施提標改造、散亂污企業與10t以下燃煤鍋爐取締、集體供暖替代以及清潔能源推廣等措施，大氣主要污染物濃度逐年下降；但是距國家二級功能區濃度標準值仍然存在較大差距，大氣污染防治已經成為改善環境民生、支撐經濟發展的重要工作內容。

2 環境空氣質量分析

本文統計分析基于生態環境部、山東省生態環境廳公開發布的全國城市空氣質量報告[1]、山東省大氣環境質量報告[2]中有關PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO-95per、O3-8H-90per 6項指標指標數據，以及環境空氣質量綜合指數(以下簡稱Isum)，除CO濃度值單位為mg/m3，其他5項監測指標單位均為μg/m3。使用統計軟件SPSS25.0統計分析了泰安市城區6項監測指標月均濃度值之間以及與濟南市、濟寧市濃度值的相關性、差異性，計算了多重線性回歸方程。

由表1可知，泰安市城區主要大氣污染物是PM2.5、PM10、O3，且隨季節變化呈現顯著差異性，全年來說PM2.5是首要污染物；1月、2月、12月Isum處于高位水平，1月份Isum達到頂峰，高達8.51；6月、7月、8月Isum處于低位水平，8月份Isum達到低谷，低至3.19；1—4月首要污染物是PM2.5，6—9月首要污染物是O3，10—12月PM2.5、PM10濃度值均較高，且在Isum中占據的比例相近，首要污染源隨月份的不斷變化說明一次大氣污染物的擴散、二次大氣污染物的形成與溫度、氣壓、降雨等氣象條件關系密切[3-4]。

由圖1與圖2可知，不同大氣污染物指標隨季節變化的幅度呈現不同特點，PM2.5、PM10、SO2、NO2等4項指標變化趨勢基本一致，均在8月份達到最低值，O3濃度值的變化則呈相反態勢，全年與溫度的變化緊密相關；CO濃度值在5月份達到最低值。首要污染物PM2.5與其他5項監測指標以及Isum的相關系數也不相同，PM2.5與PM10、SO2、NO2、CO 4項指標呈高度正相關(相關系數分別為0.96、0.94、0.90、0.94)，相關系數均>0.80，PM2.5與O3呈高度負相關，相關系數為-0.83。PM2.5與Isum的相關系數最大，達到0.98；為了進一步探討PM2.5與Isum之間的關系，通過偏相關分析，分別在控制時間、PM10、SO2、NO2、CO、O3條件下，得到兩者的相關系數0.98、0.83、0.85、0.92、0.89、0.97，并計算了線性回歸方程，Isum=2.567+0.051×PM2.5，相關系數R2=0.97，此時t=17.51，P<0.05，說明該回歸分析模型具有意義。為了確定Isum與其他指標濃度值之間的關系，進行多重線性回歸分析，詳見表2、表3。結果顯示多重線性回歸分析排除了變量SO2(P=0.360>0.10)，得到方程：Isum=0.55+0.029×PM2.5+0.015×PM10+0.023×NO2+0.317×CO+0.006×O3；該結論的實際意義是現階段大氣污染防治工作重心應該深度治理PM2.5等5項污染物，涉及SO2排放的治污設施進一步提標改造對于整體上改善Isum價值不大。

泰安市毗鄰濟南市、濟寧市，三個城市均屬于山東省內陸城市，通過進一步分析三個城市城區空氣質量的差異性，對于落實山東省提出的京津冀通道城市及周邊區域大氣污染防治聯防聯控措施，具有較強的現實意義。三個城市6項指標及Isum均符合正態性、方差齊性，對泰安市區與濟南市區、泰安市區與濟寧市區月均值樣本的t檢驗，詳見表4與表5。結果顯示泰安市與其他兩個城市城區6項指標及Isum差異無統計學意義，泰安與濟南比較P值分別為PPM2.5=0.899、PPM10=0.839、PSO2=1.000、PNO2=0.050、PCO=0.474、PO3=0.849、PIsum=0.591，泰安與濟寧比較PPM2.5、PPM10、PSO2、PNO2、PCO、PO3、PIsum分別為0.969、0.441、0.360、0.839、0.738、0.596、0.914，三個城市空氣質量現狀的相似性決定了廢氣治理工作可以統一思路、相互借鑒治理經驗、共同提升治理水平，盡量避免廢氣污染物遠程輸送。泰安市城區由泰山區、岱岳區、高新區三個市轄區組成，經t檢驗，三個轄區相互之間6項指標月均濃度值以及Isum無統計學差異(P值均>0.05)，見表6～表8。統計結果表明城區空氣質量的均質性，泰安市城區大氣污染防治工作可以統一規劃實施、統一監督管理、統一考核問責。

表1 2019年環境空氣質量綜合指數、最大指數、首要污染物

表2 Isum與PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3多重線性回歸分析

表3 多重線性回歸分析排除變量

表4 泰安市城區與濟南市城區 Isum與6項指標獨立樣本t檢驗結果

表5 泰安市城區與濟寧市城區 Isum與6項指標獨立樣本t檢驗結果

表6 泰山區與岱岳區 Isum與6項指標獨立樣本t檢驗結果

表7 泰山區與高新區 Isum與6項指標獨立樣本t檢驗結果

表8 岱岳區與高新區 Isum與6項指標獨立樣本t檢驗結果

3 城區大氣環境容量計算

依據泰安市城區空氣質量狀況及變化趨勢、產業和能源結構特點、人口分布情況、地形和氣象條件等因素，按照《GBT 3840-91-制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》有關要求，開展城區大氣環境容量核算工作，A值法計算基本大氣環境容量公式[5]如下：

式中：Q—污染物年允許排放基本總量限值，即理想大氣容量，104t/a；A—地理區域性總量控制系數，104km2/a；S—控制區域總面積，km2；Si—城市第I個分區面積，km2；Csi—第I個區域某種污染物的年平均濃度限值，mg/m3；Cb—控制區的本地濃度，mg/m3。

山東省泰安市地理區域性容量控制系數選取4.90；城市控制區PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3的本底濃度分別按國家空氣質量一級標準中年均值的一半確定，城區控制區的本底濃度按城市控制區本底濃度的1.5倍確定；泰安市城區面積總計156.9km2；C為實際污染物排放濃度，Q1為實際排放量，表9是6項指標基本環境容量和實際排放總量。

通過A值法模型計算所得基本環境容量僅僅考慮廢氣污染物輸送、擴散過程[6-7]；當城區區域面積>100km2且<400km2時，干沉積、濕沉積和化學轉化所導致的變動環境容量占總環境容量的20.55%，基本環境容量占總環境容量的百分比逐漸減小至79.45%；加權統計后泰安市城區的實際總環境容量見表10，可知PM2.5、PM10、NO2、O3排放量分別是大氣環境容量的1.887倍、2.045倍、2.779倍、1.365倍，CO實際排放量也接近總環境容量，占比達到98.98%；只有SO2的排放量顯著低于實際總環境容量，占比26.50%。

表9 泰安市城區控制區基本環境容量和實際排放量核定結果

表10 泰安市城區大氣總環境容量和實際排放量 (104t/a)

4 城區大氣污染精細化管控

泰安市城區大氣污染物的變化趨勢季節性顯著，4項指標年度廢氣排放量超過大氣總環境容量，不同廢氣污染物的污染指數也不相同；燃油機動車尾氣排放是NO2的主要來源；PM2.5、PM10主要源于火電與工業燃煤鍋爐、道路施工及建筑工地揚塵等；有機化工、包裝、橡膠制品、涂裝、制藥等行業VOCs排放則是導致O3濃度持續上升的主要原因；因此應當精準施策，切實采取科學可行的廢氣污染防治措施。

(1) 對于PM2.5、PM10煙煤型大氣污染源，城區統一實施煤炭消費總量控制；加快淘汰落后的燃煤機組，推進清潔能源替代煤炭消費工作，大力實施天然氣、電力等清潔能源采暖、供熱；嚴格秋冬季重污染天氣應急管控，統一組織實施工業企業差異化錯峰生產，科學應對秋冬季邊界層低、靜穩等氣象條件。對于建筑施工工地和道路等揚塵面源污染要嚴格落實施工現場和渣土車的揚塵控制措施，推進道路保潔濕式機械化作業。

(2) 提高移動源污染防治水平是有效降低NO2的濃度重要途徑，城區統一劃定低排放控制區，嚴格落實機動車尾氣環保檢測、淘汰老舊車輛、提升油品質量保障等措施，因地制宜推廣清潔能源用車。

(3) 對于O3污染物的防治，深度推進化工、工業涂裝、包裝印刷等VOCs排放重點行業綜合整治；納入重點排污單位名錄的VOCs排放企業統一安裝VOCs在線監控設施，并按規定與環保部門聯網。