大氣污染減排對常州市2011年以來酸雨污染趨勢的影響

楊衛芬 李 璐 潘 晨 余益軍

(江蘇省常州環境監測中心，江蘇 常州 213001)

我國是繼北美、歐洲之后世界第三大重酸雨區域[1]。20世紀80年代起全國酸雨污染經歷了快速發展、污染緩和、再次惡化和持續改善四個階段，并由硫酸型逐漸轉變成硫酸-硝酸混合型，其中長江以南及青藏高原以東的廣大地區以及四川盆地是長期以來全國酸雨主要分布區[2]。常州市地處我國人口密集、工農業生產發達和經濟增速快的長三角地區的中心地帶，是酸雨污染較為嚴重的區域之一，1998年被列入國家酸雨控制區范圍[3]，開始對 SO2排放進行重點控制，對緩解酸雨惡化起到了重要作用。研究結果表明，常州市降水pH年平均值在1994—2000年為快速上升階段，2000年之后處于緩慢下降階段[4]，與全國酸雨污染趨勢基本一致[2]。

目前，常州市降水相關的研究集中于降水量時空分布特征[5-7]、早期酸雨污染趨勢[4，8]、單一年份的降水酸度及化學組分特征[9-11]等，對大氣污染物總量控制與大氣污染防治行動計劃以來酸雨污染變化趨勢及空氣質量改善的系統性研究未見報道。本研究為了科學評價近十年來常州市酸雨污染改善狀況和系統分析酸雨隨空氣質量和經濟社會發展結構的變化特征，對2011—2020年常州市降水pH值及酸雨頻率的年際變化趨勢及影響因子進行了分析，以期為城市酸雨和空氣污染持續改善提供理論基礎。

1 研究方法

1.1 樣品收集與分析

2011—2020年，常州市先后共設置6個與大氣國控空氣自動監測站點一致的酸雨監測站點，其中2011年為4個監測點，2012年起為6個監測點，分別為市監測站、鐘樓、行政中心、安家、經開區和武進監測站(圖1)。酸雨監測每逢大氣降水采樣，樣品取回后，記錄降水起止時間，測定降水總量、pH值、電導率，余下樣品經0.45 μm濾膜過濾后，轉移到洗凈的聚乙烯塑料瓶中，置于4℃冰箱保存待測化學成分。酸雨監測點位的布設與樣品采集按照《酸沉降監測技術規范》(HJ/T165-2004)要求開展。

圖1 2011-2020年常州市區酸雨監測點位分布圖

1.2 數據處理與分析

酸雨指pH值小于5.6的大氣降水[12]，年酸雨頻率取降水pH值小于5.6的次數在總降水樣品數中的占比。根據pH值的大小，將酸雨劃分成強酸性(pH <4.5)、中度酸性(4.5≤pH<5.0)、弱酸性降水(5.0≤pH<5.6)三種類型，將pH>5.6的降水稱為中性降水。常州市酸雨情況取6個監測點位的均值，降水樣品的離子平均濃度采用雨量加權算術平均值計算，降水pH均值采用氫離子(H+)雨量加權法計算[13]。

2 結果與討論

2.1 降水pH值和酸雨頻率年際變化

2011—2020年，常州市區酸雨頻率呈逐年下降趨勢，2017年起酸雨頻率持續穩定在15%以下，至2020年市區酸雨頻率已降至8.2%，低于全國平均酸雨頻率(10.3%)[14]。表明2011 年實行的 SO2和 NOx總量控制行動以及2013年以來實施的大氣污染防治行動計劃等政策的實施，有效控制了全市酸沉降的發展。

總體來看，2011—2013年為逐年改善階段，2014—2015年小幅反彈，2016—2017年為持續改善階段，2018—2020年進入改善瓶頸期。2011—2020年的降水pH年均值介于4.59～6.53，未出現強酸雨(pH<4.5)，呈逐年波動上升趨勢，與酸雨頻率下降趨勢吻合。2014—2017年，市區年降水pH值上升顯著，2016年起穩定達酸性降水臨界點(pH=5.6)以上，2017年起酸雨頻率持續穩定在15%以下。但2018年以來，常州市區酸雨頻率和pH值相對穩定，改善趨勢明顯放緩，且2019年存在小幅反彈，與全省酸雨污染反彈趨勢一致[15]。

圖2 2011—2020年常州市區年降水pH值及酸雨頻率變化

以位于中心城區的市監測站為例(圖3)，近三年降水主要以pH=6.0以上的降水為主，占79.1%～83.1%，但總比率呈逐年下降趨勢；弱酸性降水(5.0≤pH<5.6)和近酸性降水(5.6≤pH<6.0)占比呈逐年升高趨勢。表明2018年以來，常州市區酸雨污染改善已進入瓶頸期。

圖3 2018-2020年常州市區(市監測站)年降水pH值分布情況

2.2 降水化學組分特征及原因分析

2.2.1 化學組分特征變化

圖4 2011-2020年常州市降水中硫酸根離子、硝酸根離子當量濃度(a)及比值(b)變化

從2020年降水的化學組分特征來看(圖5)，致酸因子中硝酸根離子占比最大，其次為硫酸根離子，與大氣PM2.5中水溶性離子組成較為一致[16]。與2011年相比，硫酸根離子濃度占比顯著下降，硝酸根離子濃度占比顯著增加，陽離子仍主要為銨離子和鈣離子，表明近十年來常州市酸雨污染類型已由硫酸型主控轉變為硝酸型主控，大氣中NOx對酸雨的貢獻不斷升高。

圖5 2020年、2011年常州市區降水中不同化學組分占比比較

2.2.2 酸雨成因及前體物排放

從酸雨形成機理來看，致酸前體物的大量排放是酸雨形成的主要原因。大氣中的SO2、NOX等酸性氣體經氧化后溶于水，形成硫酸、硝酸、亞硝酸等，導致降水pH降低。從圖6可以看出，2011年以來，隨著污染減排工作的持續推進，常州市SO2、NOX等引起酸雨的主要污染物減排明顯，但自2015年起減排速率放緩，環境空氣中的NO2在2016—2018年逐年上升，至2019年濃度方有所回落。總體來看，大氣中二氧化硫濃度與降水中硫酸根離子濃度呈高度一致的下降趨勢，但二氧化氮濃度降幅遠低于二氧化硫，呈緩慢波動下降趨勢。同時，2018年[17]、2019年[15]常州市環境空氣中NO2濃度在全省處于較高水平，是全省年均濃度未達標的少數城市之一，對近年常州市區酸雨污染改善乏力有較大影響。

圖6 2011—2020年常州市致酸污染物排放量和環境空氣濃度比較

從產業結構和機動車保有量等來看(圖7)，2011年起常州市第二產業占比逐年下降，但2017年來下降趨緩且2019年有所反彈，產業結構優化調整已達到一定瓶頸，同時原煤消費量下降趨勢緩慢，機動車保有量逐年增加，對空氣質量的進一步改善有較大影響。

圖7 2011—2019年常州市地區生產總值構成、原煤消費量和機動車保有量變化

3 結論與建議

(1)2011—2020年，隨著總量控制行動及大氣污染防治行動計劃等政策的實施，常州市SO2、NOX等酸雨主要前體物減排總體明顯。近十年來，常州市區未出現強酸雨且酸雨污染呈逐年改善趨勢，2016年起降水pH值穩定達酸性降水臨界點(pH=5.6)以上，2017年起酸雨頻率持續穩定在15%以下。但2018—2020年進入改善瓶頸期，主要表現為改善趨勢明顯放緩且不穩定，弱酸性降水和近酸性降水占比逐年升高。

(3)2011年起常州市產業結構不斷優化，對空氣質量改善起積極作用。但2017年以來，第二產業在生產總值中占比下降趨緩甚至2019年有所反彈，原煤消費量下降趨勢緩慢，機動車保有量逐年增加，大氣污染減排速率放緩，環境空氣中的NO2濃度在2016—2018年逐年上升且2018年以來在全省處于高位，成為當前常州市酸雨污染持續改善的重要瓶頸。

(4)建議進一步優化調整產業結構，開展工業污染深度治理，全力壓降環境空氣中二氧化氮濃度。對酸沉降有關大氣污染物的控制從單獨SO2減排過渡到SO2、NOx、NH3和顆粒物綜合控制，以確保酸雨污染和空氣質量持續改善。