散煤燃燒對貴州省農村地區空氣質量影響初探

曾昭嬋，高蘭蘭，戴 剛

(貴州省生態環境監測中心，貴州 貴陽 550000)

1 引言

近年來，隨著淘汰落后產能、加大重污染行業綜合治理力度、能源結構調整、清潔能源替代等多措并舉，對抑制污染物排放起到重要作用[1～3]，但2020年貴州省仍累計有192 d次出現不同程度的污染，其中中度污染6 d次，輕度污染186 d次，發生在冬季采暖期(1～3月份，12月份)的占73.4%。冬季污染情況明顯高于夏季，與冬季傳統散燒供暖有較大關系[4～7]。貴州省以小型煤礦為主且煤炭生產較為分散，加之農村地區監管力度薄弱、劣質煤價格優勢等均使得貴州農村地區普遍采用散燒煙煤的供暖方式。而散煤燃燒效率低下，污染物低空排放，大多無治污設施，集中燃燒于采暖期，這些因素都使散煤燃燒對空氣質量的影響顯著[8～11]。

目前，傳統的散煤使用可能是繼工業及交通后另一個重要的污染貢獻源，特別是重灰霾頻發與燃煤集中在冬季高度重合的現象，更引起公眾對農村散煤嚴重污染的關注[12，13]。據支國瑞等對我國北方農村生活燃煤情況的研究表明，散煤在農村生活能源結構中占主導性地位，由于農村散煤燃燒排放高度較低，其單位排放對空氣污染的貢獻要遠高于高架源排放，再加上其污染物排放因子更高，對空氣的污染效率更大[14]，加之農村地區散煤面源的污染效率較高[15]，因而應給予重點關注。

貴州省無集中供暖設施，冬季采暖問題由居民自行解決。其煤炭資源豐富，當前煤礦開采以小型煤礦為主，煤炭生產較為分散，加之特殊的地理環境和少數民族分散居住現狀，貴州省農村地區的能源結構仍以煤炭為主。但針對貴州省農村地區散煤使用情況的調查研究較少，缺乏直接的數據支持。為了解貴州省農村地區散煤燃燒情況及其對空氣環境的影響，本研究對貴州省36個典型村鎮的生活能源(含散煤)使用情況進行實地抽樣調查，同時分別于冬、夏兩季對典型村鎮空氣質量進行采樣與分析，進而研究農村地區散煤燃燒對空氣質量的影響情況，為摸清貴州省農村地區燃煤利用現狀及其環境污染狀況，填補貴州省農村地區燃煤利用現狀調查空白，進而為農村地區大氣環境保護與管理提供重要基礎數據與決策參考。

2 調查與數據分析

2.1 調查方式與內容

本文以貴州省農村地區為研究區域，選取散煤能耗占比不同、地域不同、經濟發展不同、民族生活不同、資源稟賦不同和避開工業污染源的36個典型村鎮開展了農村生活能源使用情況入戶調查，采用抽樣調查的形式，每個典型村鎮隨機選取30戶村民進行調查，共計36個村鎮的1080戶村民接受了調查。為適應當地情況，保證調查順利開展，設計了簡明易懂的調查問卷，調查內容主要包括：煤質情況、煤爐類型、散煤來源、燃煤用途、散煤量、型煤量、用電量、液化氣、沼氣、柴草/秸稈的用量及家庭常住人口數量、家庭總收入等。

2.2 環境空氣采樣與分析

調查分別對冬、夏兩季的環境空氣質量現狀進行監測采樣及分析。每個典型村鎮布設3個監測點位，其中上風向20 m處布設1個無組織排放對照監控點，村民聚集中心布設2個無組織排放監控點。監測指標包括二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物和細顆粒物4項空氣質量主要污染物，監測頻次為連續監測5 d，每天監測不低于20 h。樣品采集嚴格執行環境空氣質量手工監測技術規范(HJ/T194-2017)和環境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技術要求及檢測方法(HJ 93-2013)標準。

2.3 煤質采集與分析

研究根據商品煤樣人工采取方法(GB475-2008)標準要求對各地區主要礦區煤樣進行采集，并對灰分、全硫、發熱量、揮發分、固定碳和水分等煤質指標進行分析。

2.4 數據統計與分析

對選擇的典型農村燃煤調查數據按煤炭消耗量、能源結構、燃煤品質、燃煤爐具、經濟發展水平和區域分布進行分類統計分析，對煤炭消耗量較高區域，對經濟發展水平相對落后、空氣質量相對較差的典型區域典型地區農村燃煤狀況實地調查和數據收集。對燃煤污染源排放因子實地調查研究，通過對排放樣品分析測試，計算出貴州省典型區域燃煤與空氣質量關系。

3 結果與討論

3.1 貴州省煤炭資源產儲量及其分布情況

通過調查貴州省煤炭資源分布、煤炭資源儲量、勘探開采數量以及目前共擁有的各類煤礦數量、產量、煤礦區域分布等情況，進行數據統計分析得出，貴州省煤炭資源主要分布在北(遵義市)、西(畢節市、六盤水市、黔西南州)部地區，4個地區儲煤量合計占全省的93.9%。煤炭資源耗煤量最大的地區主要集中在六盤水市、畢節市、遵義市，其耗煤量合計占全省的81.8%?？梢娕c貴州省六盤水市、畢節市、遵義市的煤炭產銷量呈正相關，而黔西南州由于其海拔較低，年均氣溫較高的原因導致耗煤量有所下降(圖1、2)。

圖1 貴州省各地區煤炭資源產量占比情況分布

3.2 貴州省主要礦區燃煤品質

通過對貴州省各地區主要礦區(煤炭)煤成分進行分析，貴州省約45%的產煤為無煙煤，集中分布在貴陽市、畢節市、安順市、黔西南州，煙煤則集中分布在六盤水和黔南州。從煤的工業成分分析來看，貴州省主要煤礦煤質為中灰分中高硫煤，其中，中硫煤和高硫煤產量約占總產煤量的94%，低中灰份，中灰份和中高灰份含量約占84%。產煤硫含量和灰份含量較高，煤質品質一般。

圖2 貴州省各地區煤炭資源消耗量占比情況分布

3.3 貴州省典型村鎮能源結構及利用方式

貴州省大部分地區典型村鎮散煤能源占比最高，占71%，電能占18%，其他能源在典型村鎮占比相對較小。燃煤是貴州省農村地區采用的主要能源。通過調查可知，走訪的農戶普遍采用回風爐、土灶爐、蜂窩煤爐等。全部為直接燃燒和直接排放，且無治理措施，加上燃燒效率低，集中燃燒于采暖期，這些因素都使散煤燃燒對空氣質量有一定的影響。

3.4 貴州省典型村鎮環境空氣質量

3.4.1 總體評價

按照《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012)二級標準進行年度評價，全省36個典型村鎮的環境空氣質量中，13個典型村鎮達標，占36.1%；14個典型村鎮的可吸入顆粒物、細顆粒物兩項指標濃度均超標，占38.9%；1個典型村鎮的二氧化硫、細顆粒物兩項指標濃度均超標，占2.8%；8個典型村鎮的細顆粒物濃度超標，占22.2%(圖3)。

3.4.2 主要污染指標情況

按照《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012)二級標準進行年度評價，全省36個典型村鎮二氧化氮年均濃度值均達標；1個典型村鎮的二氧化硫年均濃度值超標，占2.8%；14個典型村鎮的可吸入顆粒物年均濃度值超標，占38.9%；23個典型村鎮的細顆粒物年均濃度值超標，占63.9%。主要污染指標年均濃度統計情況詳見表1。

3.4.3 季節性變化分析

貴州省典型村鎮環境空氣質量季節性變化明顯，各污染指標冬季濃度值普遍高于夏季濃度值，冬季超標情況較夏季嚴重。其中，二氧化硫指標夏季平均濃度超標的典型村鎮數占2.8%，冬季則占8.3%；二氧化氮指標夏季平均濃度超標的典型村鎮數占0%，冬季則占2.8%；可吸入顆粒物指標夏季平均濃度超標的典型村鎮數占13.9%，冬季則占55.6%。細顆粒物指標夏季平均濃度超標的典型村鎮數占30.6%，冬季則占83.3%(圖4)。

圖3 全省36個典型村鎮4項污染物不同年均濃度區間村鎮比例

表1 貴州省36個典型村鎮環境空氣質量主要污染指標年均濃度統計 μg/m3

續表1

圖4 全省36個典型村鎮二氧化硫指標不同濃度區間村鎮比例

3.4.4 地理性分布情況

貴州省典型村鎮環境空氣質量地理性分布差異明顯，空氣質量超標情況主要分布在西(六盤水市、畢節市)部、北(遵義市)部和中南(黔南州)部地區，這與貴州省煤炭資源分布情況相吻合，而東部地區因煤炭資源相對匱乏、散煤購買不便等原因，空氣質量受散煤燃燒污染影響相對較小，本次調查的安順市、銅仁市、黔東南州典型村鎮的環境空氣質量均達標。

4 結論與建議

4.1 結論

貴州省煤炭資源主要分布在北(遵義市)、西(畢節市、六盤水市、黔西南州)部地區，耗煤量最大的地區為六盤水市、畢節市和遵義市。貴州省煤炭資源以煙煤為主，占55%，集中分布在六盤水市和黔南州。煤質為中灰分中高硫煤，品質一般。燃煤是貴州省農村地區采用的主要能源，爐具普遍采用回風爐、土灶爐、蜂窩煤爐等，均為直接排放，無治理措施。本次調查的36個典型村鎮中，散煤能源占71%、電能占18%；23個典型村鎮環境空氣質量超標，占63.9%；主要污染指標為可吸入顆粒物和細顆粒物；污染情況呈季節性變化，冬季超標情況高于夏季，且主要分布在西(六盤水市、畢節市)部、北(遵義市)部和中南(黔南州)部地區，這與貴州省煤炭資源分布情況相吻合，東部地區因煤炭資源相對匱乏、散煤購買不便等原因，空氣質量受散煤燃燒污染影響相對較小。

4.2 建議

農村散煤燃燒因量大、分散、無治理措施等原因使得農村散煤燃燒是農村大氣承載力超載的主要原因。因散煤燃燒導致的空氣污染情況不容忽視，建議采取源頭控制、使用經過洗選加工的潔凈型煤、推廣應用節能環保型燃煤采暖爐具、逐步實施清潔能源替代等措施，加強政策激勵和引導，促進煤炭由主要燃料向燃料、原料并重轉變、煤為能源主體向煤與新能源協同發展轉變、煤炭由高碳粗放型開發利用向近零排放目標的清潔高效利用轉變，以最終建立煤炭清潔高效可持續發展支撐體系，有效緩解散煤燃燒污染情況。