石狮市环境空气氮氧化物污染特征

2023-12-22黄清涯

当代化工研究 2023年21期

＊黄清涯

（泉州市石狮环境监测站福建 362700）

据统计，2018—2022年影响石狮市环境空气质量的主要指标是O3、PM10、PM2.5、NO2。2019年石狮市委托技术单位开展大气O3源解析研究，发现石狮受外来输入性O3以及NOx、VOCs等前体物传输到石狮并在本地发生光化学反应生成的O3影响很大[1]。由于VOCs物种繁多及其与NOx反应非线性，同时受复杂气象条件影响，O3的形成和污染存在一定的复杂性和不确定性[2-3]，管控提升难度较大。随着大气污染防治工作的实施，石狮市PM10、PM2.5平均浓度分别由2018年的48μg/m3、26μg/m3下降到2022年的32μg/m3、16μg/m3，管控提升空间较小。NO2指标管控成为下一步持续改善石狮市环境空气质量关注的焦点。

目前研究认为，NOx污染大部分来自火电、工业、交通等人为源排放[4-5]。王肖汉等[6]通过对珠三角地区NO2浓度时空变化特征分析发现NO2浓度与城市的经济状况、产业结构、常住人口数量及机动车保有量具有一定的相关关系。徐恒等[7]分析了长三角地区NO2污染的时空分布特征及污染来源，结果显示上海地区NO2浓度受交通排放影响较大。石狮市的相关研究尚未见报道。因此，本研究拟利用石狮市2018—2022年环境空气质量监测数据，分析环境空气质量NOx污染特征及主要NOx污染源对石狮市NOx浓度的影响，以期为石狮市NOx污染防治和环境空气质量提升提供参考。

1.数据与方法

（1）研究区概况。石狮市位于福建东南沿海，陆域面积158.91平方千米，属亚热带海洋性季风气候。2022年石狮市生产总值1159.68亿元，其中三次产业比重为2.7:44.0:53.3。区域内现有3家燃煤热电厂，总装机容量3234MW；2个主要货运港口，2022年货物总吞吐量为4020.61万吨；1个国家级中心渔港，2021年有机动渔船1122艘。2020年石狮市常住人口68.6万人，机动车保有量24.92万辆。石狮市主要NOx污染源构成为火力发电49%、渔业船舶25%、其它船舶11%、柴油车6%、汽油车4%、工业燃烧4%、其它1%。

（2）数据来源。本研究2018—2022年空气质量监测数据来源于石狮市4座省控环境空气质量自动监测站（前廊站、金林站、宝盖山站、石湖作业区站）；热电厂NOx排放量数据来源于石狮市生态环境部门重点污染源自动监控系统；交通车流量数据来源于石狮市交警部门统计。

（3）研究方法。应用WPS Office软件对数据进行统计分析。结合2018—2022年石狮市环境空气质量6项污染物浓度的变化趋势，分析NO2分布特征。采取比较分析法，选取特征路段交通、热电厂NOx排放、渔业船舶等NOx污染源影响较为突出或较小特殊时段，对比同期三者与石狮市或相关站点NOx平均浓度变化情况，分析之间影响关系。以2021—2022年石湖作业区站（2021年建成）NO2浓度情况模拟港口货船货车等的NO2污染程度，对比同时间石狮市NO2浓度情况，讨论石湖作业区货运活动影响。通过Pearson相关分析确定各指标间的相关性。

2.结果与分析

（1）2018—2022年石狮市环境空气NO2分布特征。计算石狮市2018—2022年4项环境空气指标年均浓度，结果如表1所示。石狮市NO2年均浓度逐年下降，2022年较2018年下降了36.36%。

表1 石狮市2018—2022年4项环境空气指标年均浓度情况（单位：μg/m3）

图1为石狮市2021—2022年O3和NO2在00—23时点的平均浓度变化曲线，发现两者负相关性非常强，相关系数为-0.900（P＜0.01）。

图1 石狮市2021—2022年O3和NO2在00—23时点的平均浓度变化曲线

城市O3污染来源主要是由NOx和VOCs前体物经过一系列复杂光化学反应生成[8]，颗粒物具有消光作用，可以吸收和散射太阳辐射，致使光化学反应减弱，从而影响O3生成[9]。考虑石狮市2021年以来未新增重大NOx减排项目，NO2浓度下降很大可能是因为PM10、PM2.5度水平变低、太阳辐射吸收和散射作用变弱，导致部分NO2通过光化学反应转化为O3所造成。

（2）狮城大道大货车进出城数量对前廊站NOx浓度的影响。狮城大道位于前廊站北侧约200m，是石狮大货车进出城主要干道。考察2022年1月16日至2月15日前廊站、金林站和宝盖山站在00—23时点的NOx平均浓度情况，发现前廊站每个时点的NOx平均浓度均高于金林站和宝盖山站，在22—08时大货车避开交通高峰上路时段尤其明显（见表2），在该时段前廊站NOx平均浓度分别比金林站、宝盖山站高出了64.51%和126.72%。

表2 2022年1月16日至2月15日前廊站、金林站和宝盖山站22—08时点NOx平均浓度情况（单位：μg/m3）

进一步对比2022年1月16日至2月15日期间00—23每个时点前廊站NOx平均浓度和狮城大道大货车进出城数量变化趋势情况（见图2），发现两者正相关性强，相关系数为0.714（P＜0.01）。

图2 2022年1月16日至2月15日00—23每个时点前廊站NOx的平均浓度和狮城大道大货车进出城数量变化趋势情况

（3）3家热电厂NOx排放情况与石狮市NOx浓度的联动关系。对比2022年3月19日至4月4日前廊站、金林站和宝盖山站NOx小时平均浓度以及3家热电厂NOx小时排放量的变化趋势（见图3），3月19日至30日3家热电厂NOx小时排放量在1.26～2.28t/h区间小幅波动，振幅28.81%；3月31日08时出现1个4.39t/h的峰值，前廊站、金林站和宝盖山站均不约而同在07时出现1个38.211μg/m3、15.636μg/m3、11.898μg/m3的峰值，原因是其中1家热电厂1台机组停炉06时起NOx排放浓度升高至518.724mg/m3超标值推高所导致；随后继续在更低水平的0.79～1.47t/h区间小幅波动，振幅30.09%。而前廊站、金林站和宝盖山站NOx小时平均浓度变化趋势基本一致，波动频发且幅度较大，最大幅度分别为85.94%、78.40%和99.90%。通过相关分析，3家热电厂NOx小时排放量与前廊站、金林站和宝盖山站NOx小时平均浓度相关性非常弱，说明3家热电厂在NOx稳定排放情况下，对石狮市NOx浓度的波动影响较小，但在NOx异常排放时会一定程度推高石狮市NOx浓度。

图3 2022年3月19日至4月4日各站点NOx小时平均浓度以及3家热电厂NOx小时排放量的变化趋势

（4）渔业船舶对石狮市NO2浓度的影响。表3是2018—2022年石狮市伏季休渔期间和非伏季休渔期间NO2平均浓度。

表3 2018—2022年石狮市伏季休渔期间和非伏季休渔期间NO2平均浓度（单位：μg/m3）

石狮市每年伏季休渔期间NO2平均浓度均低于非伏季休渔期间NO2平均浓度，其中2021年差别最大为38.01%，2020年差别最小为6.92%，5年平均差别为20.65%，说明渔船作业对石狮市NO2浓度有一定程度影响。

（5）石湖作业区货运活动对石狮市NO2浓度的影响。筛选2021年5月2日至8月15日和2022年5月2日至8月15日期间（伏季休渔期，合计210天）、小时风向角度为0～90°（东北风）、石湖作业区站NO2小时平均浓度大于等于石狮市NO2小时平均浓度条件的时点。其中符合条件的时点有461个，折19.208天，占期间总天数的9.15%。通过分析，两者正相关性强，相关系数为0.773（P＜0.01）。

以石湖作业区站NO2小时平均浓度从小到大排序，绘制石狮市NO2小时平均浓度和小时平均风速变化曲线（见图4）。的升高，石狮市NO2小时平均浓度随之上升，且变化幅度更大，在石湖作业区站NO2小时平均浓度在14μg/m3（2022年石狮NO2年均浓度）以下及以上时，石狮市NO2小时平均浓度最大值/区间平均值的值分别为1.879和2.248。在石湖作业区站NO2小时平均浓度相同情况下，风速越大即大气扩散条件越好，石狮市NO2小时平均浓度越低。以石湖作业区站NO2小时平均浓度出现次数最多的12μg/m3（33次）为例，当风速小于3m/s及大于3m/s时，石狮市NO2平均值分别为9.261μg/m3和8.260μg/m3。