某工业区环境空气的污染特征

樊文博

(山西省环境保护技术评估中心，山西 太原 030024)

随着工业化进程的加快，化石燃料被人类过度开采利用，致使SO2、NO2和颗粒物成为环境空气质量下降的重要原因。SO2和NO2是酸沉降的主要原因，同时也易形成硫酸根离子和硝酸根离子，二者是颗粒物的主要水溶性离子[1]，且在颗粒物中的比例越大，颗粒的吸湿性越强，越易引发强霾污染的发生[2]。颗粒物对太阳辐射有吸收和散射作用，会影响大气能见度[3]，同时由于其对人体健康的危害而受到公众的高度关注[4]。

煤在山西的能源结构中占主导地位，燃煤工业严重污染环境空气，故本研究选取典型工业区为研究对象，分析采暖期和非采暖期颗粒物、SO2和NO2的污染特征，揭示其对环境质量的影响。

该经济开发区位于山西中部，属暖温带大陆性气候，冬季寒冷少雪，夏季气候炎热、雨量集中，冬季多西北风，夏季以东南风较盛。

依据该开发区现有排污企业的特点，本研究拟选取颗粒物(TSP、PM10)、无机物(SO2、NO2、NH3)和有机物(BaP和苯)为研究对象。污染物监测分别在冬季和夏季进行，冬季监测时间为2011年3月7日～3月13日，连续采样7 d；夏季监测时间为2011年6月12日～6月18日，连续采样7 d。开发区是企业集中排放污染物的区域，依据其污染物排放特征、所处地理位置、地形地貌特征、周围居民分布和气象条件，本研究共设11个环境空气监测点，监测点位的布设见图1。

图1 监测点位分布图

由于该经济开发区内存在多家排污企业，致使区域环境空气质量受到严重影响。为了能更准确地评价该区域的环境空气质量，研究该区域环境空气污染物的浓度特征是很有必要，故本研究选择冬、夏两季的环境空气污染物浓度进行特征分析。

2.1.1 颗粒物的浓度特征

本研究选取TSP和PM10两类典型颗粒物为研究对象，其日均浓度的变化特征见第127页图2。

由图2a)可知，11个点位的TSP质量浓度范围为0.118 mg/m3～0.372 mg/m3，各点位的浓度分布基本呈锯齿形，且11日～13日各点位的浓度分布较7日～10日的浓度分布集中，偏差较小，可能与采样期间的气候条件有关，冬季频繁出现的逆温可能是11日～13日各点位浓度无明显差异的原因。1#、2#和3#点位的质量浓度值相对偏大，且相差不大，范围分别为0.295 mg/m3～0.372 mg/m3、0.256 mg/m3～0.355 mg/m3和0.287 mg/m3～0.351 mg/m3，4#、5#和6#点位的浓度值相对偏小，质量浓度范围分别为0.167 mg/m3～0.264 mg/m3、0.118 mg/m3～0.261 mg/m3和0.122 mg/m3～0.265 mg/m3，其余点位的浓度分布介于上述两组数据之间。基于我国环境空气质量标准限值要求，1#点位的超标率高达85.7%，2#和3#点位的超标率为57.1%，可能与各点位周围企业的排污特点有关。

图2 冬季颗粒物浓度的日变化特征

由图2b)可知，各点位质量浓度范围为0.030 mg/m3～0.215 mg/m3，分布也基本呈锯齿形，11日～13日各点位的浓度偏差较小，可能与冬季频繁出现的逆温有关。在1#、2#和3#点位质量浓度值较高，范围分别为0.137 mg/m3～0.201 mg/m3、0.130 mg/m3～0.215 mg/m3和0.129 mg/m3～0.207 mg/m3，8#、9#和11#点位的浓度值波动不大，范围分别为0.123 mg/m3～0.165 mg/m3、0.116 mg/m3～0.156 mg/m3和0.121 mg/m3～0.140 mg/m3，其余点位的浓度值介于二者之间。除5#和11#点位外，其余点位在11日均出现监测值的小高峰；与TSP的浓度值相比，PM10浓度值在监测期间在各点位的波动相对较小。基于我国环境空气质量标准限值要求，1#、2#和3#点位的超标率分别为85.7%，42.9%和71.4%，可能与各点位周围企业的排污特点有关。

2.1.2 气态无机物的浓度特征

本研究选取SO2和NO2两类气态无机污染物为研究对象，SO2和NO2的日均浓度的变化特征见图3。

SO2和NO2的质量浓度范围分别为0.026 mg/m3～0.148 mg/m3和0.008 mg/m3～0.075 mg/m3。由图3可知，SO2质量浓度的日变化较NO2的缓和，因为SO2主要来源于燃煤过程，煤在山西的能源结构中占主导地位，而且本次采样是在采暖末期，污染物在环境空气中经过长期混合已基本达到混合均匀的状态，故SO2浓度波动不大(1#、2#、3#、7#、9#和11#点位的浓度值)，但4#、5#和6#点位的浓度波动较大，其最大变化值分别为0.072 mg/m3、0.052 mg/m3和0.085 mg/m3，这可能是采样点位周围存在暂时性的燃煤排放源。NO2的前体物主要来源于机动车尾气，而尾气排放量与汽车的运行状况有关，还与NO转化为NO2的速度有关，故NO2浓度会出现日变化波动较大的情况。各点位NO2浓度均在3月8日出现最小值，这可能与当天的气象条件有关，如强的太阳辐照利于光化学烟雾的形成，导致NO2浓度降低；4#点位NO2的浓度值最低，其范围为0.008 mg/m3～0.027 mg/m3，可能与该点周围交通不发达和车流量小有关。

图3 冬季气态无机物浓度的日变化特征

2.2.1 颗粒物的浓度特征

夏季TSP和PM10两类颗粒物浓度的日变化特征如第128页图4所示。

如图4a)所示，夏季各点位TSP的日均浓度变化特征与冬季的大致相同，但夏季日均值的锯齿形分布不明显。夏季各点位TSP的日均浓度变化范围为0.122 mg/m3～0.299 mg/m3，明显小于冬季的浓度变化范围，说明夏季TSP的来源相对稳定，且气候影响相对较小。如图4a)所示，1#、2#和

图4 夏季颗粒物浓度的日变化特征

3#点位之间的日均浓度值几乎一致，且日变化不显着，基本呈直线，较其他点位质量浓度值偏高，其范围分别为0.278 mg/m3～0.298 mg/m3、0.253 mg/m3～0.292 mg/m3和0.275 mg/m3～0.297 mg/m3，这与冬季的变化趋势基本一致。5#和6#点位的日均浓度值呈上升趋势，在6月17日达到最大，且二者的日均浓度几乎相等，同时，这2个点位的浓度值较其他点位波动较大，最大值约为最小值的2倍。

如图4b)所示，夏季PM10的日均浓度分布与TSP的基本一致，其浓度变化范围为0.032 mg/m3～0.149 mg/m3，明显小于夏季TSP的浓度范围。由图4b)可知，1#、2#、3#、8#、9#和11#点位浓度的日变化不明显，几乎呈直线分布，且1#、2#和3#点位之间的浓度差别不大，较其他点位浓度值偏高，该特点与TSP浓度的夏季分布一致，其质量浓度范围分别为0.125 mg/m3～0.149 mg/m3、0.127 mg/m3～0.146 mg/m3和0.133 mg/m3～0.147 mg/m3。5#和6#点位的质量浓度值较其他点位偏小，其范围分别为0.06 mg/m3～0.142 mg/m3和0.032 mg/m3～0.131 mg/m3，二者的变化趋势一致。

2.2.2 气态无机物的浓度特征

各点位夏季SO2和NO2的日均浓度特征见图5。

如图5所示，SO2和NO2质量浓度的日变化趋势不一致，且SO2质量浓度的分布较NO2的范围大，这可能与二者的排放源种类有关。SO2和NO2的质量浓度范围分别为0.023 mg/m3～0.142 mg/m3和0.011 mg/m3～0.068 mg/m3，均未超《环境空气质

图5 夏季气态无机物浓度的日变化特征(单位：mg/m3)

量标准》(GB3095-2012)中SO2和NO2的二级浓度限值(分别为0.15 mg/m3和0.08 mg/m3)，且与冬季二者的浓度值相差不大。这可能与研究对象是工业园区有关，园区中固有排放源所排放污染物的水平不会随季节发生变化，这也是工业园区环境空气污染物浓度分布特征与环境空气中污染物分布特征的区别，特别是在季节性变化方面。就SO2污染物而言，以5#和6#点位的浓度值偏低，而1#、2#、3#、7#、9#和11#点位的浓度值相差不大，且偏大。NO2的质量浓度值以上栅点位的质量浓度值最小，其值范围为0.011 mg/m3～0.028 mg/m3，而其余各点位的浓度范围相差不大。

本研究主要分析了工业园区环境空气中颗粒物(TSP和PM10)和气态污染物(SO2和NO2)在采暖期和非采暖期的浓度分布特征，其主要结论如下：

1) 采暖期颗粒物的浓度分布基本呈锯齿形分布，TSP和PM10的质量浓度范围分别为0.118 mg/m3～0.372 mg/m3和0.030 mg/m3～0.215 mg/m3；气态污染物SO2和NO2的质量浓度范围分别为0.026 mg/m3～0.148 mg/m3和0.008 mg/m3～0.075 mg/m3，冬季频繁出现的逆温现象是造成污染物浓度相对较高的客观原因。

2) 非采暖期颗粒物的质量浓度分布较采暖期的偏小，TSP和PM10的范围分别为0.122 mg/m3～0.299 mg/m3和0.032 mg/m3～0.149 mg/m3；而

气态污染物的浓度分布与采暖期的几乎一致，SO2和NO2的质量浓度范围分别为0.023 mg/m3～0.142 mg/m3和0.011 mg/m3～0.068 mg/m3，说明园区固有的排放源是该区域气态污染的主要来源，而颗粒态污染物可能与采暖期燃煤量加剧有关。