上海市寶山區(qū)氮氧化物特征分析

曹晶晏

上海市寶山區(qū)環(huán)境監(jiān)測站 上海 201901

引言

寶山區(qū)作為上海傳統(tǒng)工業(yè)基地,正處于轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式和提升城市化水平的重要時期,城市和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展給我們帶來的環(huán)境壓力日趨突出。其中,氮氧化物是大氣光化學(xué)煙霧、細粒子污染的重要前體物,是寶山區(qū)大氣環(huán)境中的主要污染物之一,對寶山區(qū)的環(huán)境造成了不利影響。文章基于上海市寶山區(qū)2018-2020年氮氧化物的污染狀況,對其污染特征及污染原因進行簡要分析研究,為寶山區(qū)氮氧化物的治理提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源

大氣環(huán)境分析數(shù)據(jù)來源于上海市寶山區(qū)的空氣自動監(jiān)測點：楊行、羅店及廟行站,并以上三個站點監(jiān)測數(shù)據(jù)均值代表寶山區(qū)污染狀況。根據(jù)2018年生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于發(fā)布＜環(huán)境空氣質(zhì)量標準＞(GB3095-2012)修改單的公告》,自2019年起標準中的污染物均由“標準狀態(tài)”下修改為“參比狀態(tài)”,為保持數(shù)據(jù)的連貫性和可比性,文章涉及數(shù)據(jù)皆以各污染物在標準狀態(tài)下的濃度值進行分析統(tǒng)計。寶山區(qū)氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)。

2 寶山區(qū)NOX污染現(xiàn)狀

2.1 2018-2020年寶山區(qū)年際變化趨勢 2018-2020年寶山區(qū)氮氧化物年均濃度如表1所示。整體來看,2018-2020年寶山區(qū)NOX、NO2及NO年均值及NO/NOX比值呈逐年下降趨勢,而SO2/NO2比值經(jīng)2019年下降后,于2020年稍有上升。分站點來看,楊行、羅店及廟行站氮氧化物濃度皆逐年下降,楊行站及廟行站NO/NOX比值及SO2/NO2比值于2019年下降后,于2020年稍有上升。三年來,寶山區(qū)氮氧化物濃度雖有下降,但SO2/NO2比值整體有下降趨勢,且比值小于0.5,說明寶山區(qū)環(huán)境空氣污染中機動車的污染貢獻率有所上升,機動車污染貢獻率仍然處于較高水平。此外,三個分站點中,機動車污染貢獻率最高的為廟行站,楊行站次之。

表1 2018年-2020年氮氧化物年均濃度比較

2.2 2018-2020年寶山區(qū)月際變化趨勢 2018-2020年,寶山區(qū)的NOX月均濃度變化趨勢及季節(jié)濃度變化如圖1所示。從圖1中可見,近三年來,寶山區(qū)NOX波動頻繁,月際變化呈“W”型,整體呈冬季高、夏季低的特點。其中,2018年寶山區(qū)NOX最高值出現(xiàn)在11月,2019-2020年則出現(xiàn)在12月,高值所在月份有所延遲。2018-2020年,NOX月均濃度最低值皆出現(xiàn)在8月,濃度分別為30、51、34μg/m3,2019-2020年最低月均值較2018年有所上升,且2019年月均最低值最高。

圖1 寶山區(qū)點位分布圖

圖2 2018-2020年寶山區(qū)NOX月際變化趨勢及寶山區(qū)季節(jié)濃度變化趨勢

分站點來看,2018-2020年楊行、羅店及廟行站月際變化如圖3所示。楊行站NOX濃度最高、廟行站次之、羅店站最低。分站點濃度差異主要受站點地理位置影響,楊行站與廟行站位于城鎮(zhèn)化程度較高的楊行鎮(zhèn)及廟行鎮(zhèn),站房周邊人流量大,往來車輛密集,但由于楊行站臨近江楊北路、友誼路等交通主干道,許多大型集卡可在楊行鎮(zhèn)界限內(nèi)通行,而廟行站周邊大型集卡較少,造成楊行站NOX濃度較高于廟行站。羅店站地處寶山北部,城鎮(zhèn)化程度稍低,周邊人流量較小,且站房建于美蘭湖別墅區(qū)內(nèi),周邊樹木綠化等較多,往來車輛較少,因此該站點NOX濃度相對較低。

圖3 2018-2020年楊行、羅店及廟行站NOX月際變化趨勢

2.3 24小時濃度變化趨勢 選取某工作日及一周內(nèi)的休息日的監(jiān)測點數(shù)據(jù),寶山區(qū)楊行、羅店及廟行站三個站點變化趨勢基本一致,寶山區(qū)及楊行、羅店、廟行站3個監(jiān)測點的24小時濃度變化趨勢如圖3所示。整體來看,NOX24小時濃度變化中,工作日3：00-9：00出現(xiàn)高濃度時段,其中3：00濃度開始上升,6：00出現(xiàn)一個峰值,9：00后濃度開始下降,至18：00-23：00出現(xiàn)第二個高濃度時段,于21：00達到第二個峰值。而在休息日,寶山區(qū)的NOX則與工作日無相似的變化趨勢,寶山區(qū)NOX在休息日的小時變化,整體相較于工作日比較平穩(wěn)。工作日與休息日這兩種不同的變化趨勢,主要是由于工作日上下班高峰期汽車尾氣排放及企業(yè)開工生產(chǎn)產(chǎn)生污染較休息日多導(dǎo)致。分站點來看,楊行站在工作日時,峰值明顯高于其余站點,在休息日時NOX濃度也高于另兩個站點。

圖4 寶山區(qū)氮氧化物工作日與休息日24小時濃度變化趨勢

2.4 寶山區(qū)與上海市及周邊區(qū)縣比較分析 2018-2020年,寶山區(qū)與上海市NOX月際變化趨勢如圖5所示。2018-2020年,寶山區(qū)NOX每月濃度皆高于上海市,期間,寶山區(qū)以NO2為首要污染物的污染天數(shù)多達36天,而上海市僅有11天。與交界區(qū)縣嘉定、虹口、靜安、普陀及楊浦區(qū)對比,寶山區(qū)2018-2019年NOX年均值為交界區(qū)縣中濃度值最高的區(qū),2020年濃度值僅次于嘉定區(qū)。如圖6可見,寶山區(qū)與周邊區(qū)縣月際變化趨勢相似,但整體濃度值較高,與嘉定區(qū)濃度接近。這主要是受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)影響,寶山區(qū)與嘉定區(qū)皆為郊區(qū),區(qū)域內(nèi)高耗能高排放產(chǎn)業(yè)集中,雖然近年來寶山區(qū)強力推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,產(chǎn)業(yè)正逐步從“重”變“輕”,但作為上海重要的鋼鐵和電力基地,不可避免的存在能耗高、排放量大的問題。

圖5 2018-2020年寶山區(qū)與上海市NO X月際變化趨勢

圖6 2018-2020年寶山區(qū)與交界區(qū)縣NOX月際變化趨勢

2.5 寶山區(qū)NOX濃度與氣象條件的關(guān)系 將2018-2020年寶山區(qū)NOX日均濃度與當(dāng)天主要氣象要素進行相關(guān)性分析。相關(guān)分析結(jié)果見表2。

從表2中可以看出,NOX濃度與氣溫呈負相關(guān)性,尤其與最低氣溫負相關(guān)性較高,相關(guān)系數(shù)為-0.384；與氣壓呈較為明顯的正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.245；與風(fēng)速呈明顯負相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為-0.341。此外,NOX與降水量呈負相關(guān),與日照時數(shù)呈正相關(guān)。

表2 氮氧化物濃度與主要氣象參數(shù)的相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果

由表3分析可知,近三年來,寶山區(qū)NOX月均最高值多出現(xiàn)在12月,最低值多出現(xiàn)在8月。12月平均氣溫低,月均氣溫基本低于10℃,平均氣壓相對較高,且寶山區(qū)冬季多以西北風(fēng)為主,大氣邊界層較低容易出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象,相對穩(wěn)定的氣象條件不利于污染物的擴散,本地污染加之外來污染物的疊加促使NOX濃度出現(xiàn)高值。相比而言,8月份,寶山區(qū)氣溫較高,月均氣溫在30℃左右,氣壓較低,且多以東南風(fēng)為主,風(fēng)速較大,不穩(wěn)定的氣象條件對污染物的稀釋擴散起到積極作用。

表3 2018-2020年寶山區(qū)NOX月均值最低、最高月份氣象參數(shù)情況

3 污染影響因素

寶山區(qū)是上海主要的集裝箱碼頭基地,上千家碼頭倉儲企業(yè)集中又分散的布局,不合理的交通路網(wǎng)以及主要依靠陸路的貨物集散方式,造成寶山交通流量高度聚集于幾條主次干道,疊加寶鋼、華能電力的數(shù)個機組在一段時期內(nèi)將仍為燃煤發(fā)電,氮氧化物排放量仍保持較高水平,多種因素導(dǎo)致寶山區(qū)氮氧化物濃度居高不下。

3.1 固定源排放 寶山區(qū)存在較多重工企業(yè),如寶鋼、華能燃機等,工業(yè)廢氣排放量高居不下,以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)污染物排放強度依然處于高位,高強度的排放給該地區(qū)和周邊地區(qū)環(huán)境造成巨大壓力。

3.2 移動源排放

1)機動車。寶山區(qū)域內(nèi)碼頭較多,倉儲物流運輸行業(yè)發(fā)達,且隨著近幾年電商經(jīng)濟的崛起及人民生活水平的提高,寶山區(qū)貨運企業(yè)及運輸車輛數(shù)、家用車輛保有量快速增加。經(jīng)統(tǒng)計,2020年寶山區(qū)共有2794戶5.65萬輛貨運車輛,且主要道路車輛日均流量超過3萬輛/小時,峰值可達14萬輛/小時,貨運交通的占比超過50%。2020年,交通尾氣所排放的氮氧化物排放量約超過4萬噸,大大超過工業(yè)源排放量。

2)船舶。寶山地處黃浦江和長江的交匯點,通江達海,長江沿岸碼頭船舶靠泊量約近17萬次/年,內(nèi)河有45個碼頭,年均船舶進出港近10萬艘次,加上吳淞郵輪港每年幾百艘次的靠泊,盡管郵輪港完成了岸電建設(shè),但船舶在寶山水域航行時主要采用柴油或重油,據(jù)估算,船舶排放的氮氧化物可達4000余噸。

3.3 污染治理對策 對于氮氧化物污染的治理,可從固定污染源和移動污染源兩方面入手。針對移動源,需加強尾氣檢測,完善IM制度,加強車輛的檢修,淘汰超標排放的車輛；積極促進環(huán)保型汽車的普及和推廣,大力發(fā)展公共交通事業(yè),鼓勵大眾公交出行,減少交通對環(huán)境污染造成的壓力；推進對于船舶油品的控制,提高油品質(zhì)量,防止因使用劣質(zhì)油導(dǎo)致污染物增加的情況。針對工業(yè)污染源,除了燃燒節(jié)能、燃料脫硝等技術(shù)手段外,還需繼續(xù)探索源頭減量替代技術(shù),從源頭上減少污染產(chǎn)生。針對寶山區(qū)交通流量壓力導(dǎo)致污染產(chǎn)生,可合理規(guī)劃交通路網(wǎng),將流量合理分散以避免區(qū)域內(nèi)污染集中發(fā)生。

4 結(jié)論

寶山區(qū)氮氧化物污染近年來得到一定改善,但在全市范圍內(nèi)仍然位居濃度高位。氮氧化物的污染呈冬季高、夏季低的特征,固定源及移動源排放是影響其濃度的主要因素,而氣候條件影響著氮氧化物的擴散。在三個站點中,楊行站氮氧化物污染較為嚴重,廟行站次之,可從這兩塊區(qū)域著手,加強對氮氧化物的控制。由于寶山的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及交通車流量等不利因素的存在,對于氮氧化物的治理任重而道遠,需要企業(yè)、政府和群眾共同努力配合,才能使我們的環(huán)境朝更好的方向發(fā)展。