上海外高橋港口空氣污染物特征研究

吳 鴻（上海市環境監測技術裝備有限公司， 上海 200235）

隨著我國“一帶一路”國家戰略的實施及經濟的高速增長，我國港口建設近年來呈快速發展態勢，對港口的建設及轉型升級也提出了新的要求?，F代化港口倡導“資源節約型、環境友好型”港口，因此建設港口環境空氣質量監測系統及平臺，科學評估港口的環境空氣質量具有重要意義[1]。根據交通運輸部的要求，上海市交通委于 2014 年在外高橋港區建設了環境監測網絡建設試點工程并負責日常運維管理。

由于港口大量人員聚集，交通活動強度越來越大，排放的顆粒物和 CO、NOx、SO2和 VOCs 空氣污染物也大量增加，因此港口區域的生產活動及排放對港口大氣的影響愈發受到重視。上海港作為世界貨物吞吐量最大的港口，其船舶活動日益增加，并且港區的污染物排放給港區及周邊地區帶來了潛在的環境問題。傅夏明、伏晴艷、孫偉等人[2-4]對港口船舶、集輸運車輛等的排放清單和現狀研究表明，港口空氣污染排放主要為 NOx、SO2、顆粒物等，且與船用柴油機含硫燃料的使用、港作機械、集輸運車尾氣密切相關。

本文研究目的是運用在線的空氣質量監測技術手段，從觀測的角度識別港區特征污染因子，評價港區船舶排放對港區空氣質量的影響及特征，科學掌握污染物排放規律，為港口污染減排提供科學依據。

1 監測方法及數據質量保證

港區在線空氣監測共 2 個點位，分別位于上海市吳淞國際郵輪碼頭，外高橋二期集裝箱碼頭（外二）和外高橋四期集裝箱碼頭（外四），各點位位置分布見圖 1。外二站點的常規空氣質量監測使用已有的空氣自動站的設備，自動站采樣口離地面約 4 m，站房距離江岸約 1 200 m，各監測儀器從主采樣管分支路進氣，并行監測。外四站點常規空氣質量監測使用已有的空氣自動站的設備，從房頂平臺采集氣體，采樣口離地面約 4 m。站房距離江岸約 100 m。

圖 1 港口監測點位圖

監測系統主要依據的技術規范包括 HJ/T 193—2005《環境空氣質量自動監測技術規范》、HJ/T 194—2005《環境空氣質量手工監測技術規范》、HJ/T 352—2007《環境污染源自動監控信息傳輸、交換技術規范（試行）》、HJ/T 212—2005《污染源在線自動監控(監測)系統數據傳輸標準》。

港區空氣質量監測指標包括常規的空氣質量指標，即NO2、SO2、CO、O3、PM2.5、PM10，另外也包括輔助性的氣象要素，即風速，風向，溫度，相對濕度等。具體內容見表 1。

表 1 監測站點及監測指標

空氣質量自動監測設備有 Thermo-SO2分析儀、NONO2-NOx分析儀、CO 分析儀、O3分析儀，顆粒物采用微量振蕩天平顆粒物測量儀（TEOM 熱電）。為了保證監測數據的有效性，各儀器均按照國家相關規范要求進行質量保證（QA）和質量控制（QC）。具體監測方法見表 2。

表 2 監測因子及檢測方法

2 港口空氣污染物特征

2.1 污染物濃度總體分布特征

對監測點外二站點、外四站點，2016 年全年的污染氣體的濃度與 2016 年全年上海市的濃度進行對比分析以獲取上海市污染物及港口的污染物總體特征。接著，提取出2016 年全年的 SO2、NO2、O3、CO 的平均濃度值，污染物比較情況見圖 2、圖 3。

圖 2 污染物濃度對比圖

圖 3 上海市各污染物占比與港口監測站各污染物濃度占比

由上述對比分析圖可以看出，上海市大氣污染物中，CO 為主要污染物，第二是 O3，第三是 SO2。對于港口的空氣環境而言，NO2污染物占比有一定幅度增加，成為第二大污染物，同時其他 NOx 的濃度也顯著增加。各污染物中，除 O3港口濃度較全市低外，SO2、NOx濃度均較全市高，其中NOx增加幅度較大，NO2增加幅度最大。

2.2 NOx 污染物分布特征

NOx作為港口與全市主要的區別性污染物需重點研究。因分布特征對外二站點和外四站點的常規空氣質量指標進行分析，結合氣象參數的監測識別港口特征污染因子，分析其對港區空氣質量的影響。選取一次氣態污染物（NO2、SO2），并結合上海市的平均因子濃度進行對比分析。

外二站點、外四站點的 NOx濃度（日均）與上海市平均 NO2濃度（日均）的對比見圖 4。監測期間 2 站點數據完整，數據質量較為理想。從曲線中可以看出，外高橋港區的NOx濃度明顯高于上海市平均水平，其中外四站點的 NO2濃度在 4～6 月份高于外二站點，而 7～10 月份二者相近且呈現高相關性，再次驗證了 NOx為港區污染的主要特征因子這一觀點。將港區的 NO2和上海市 NO2濃度進行了回歸分析，可知整個監測期間二者存在明顯的正相關關系，但相關系數一般，為 0.387。從統計來看，監測期間港區的平均NOx濃度為 73 μg/m3，同期上海市平均水平為 40 μg/m3，港區較上海市平均高約 83%。由此可見，NO2作為指征港區作業的特征污染物，應作為減排目標加以控制。

圖 4 外高橋港區 NO2 濃度與上海市平均濃度對比

提取全年監測站點 NOx全年月平均濃度，對監測站點的 NOx的月平均濃度進行對比分析，見表 3 和圖 5。對比分析可知，外二站點、外四站點 NOx濃度從 1～3 月呈現高位；5～8 月呈下降趨勢；之后又呈現持續上升趨勢。由表3 可知，外二站點、外四站點的監測 NOx污染氣體的濃度同期相比變化較小，在第二、三季度 NOx的平均濃度最小。

表 3 監測點氮化物季度平均濃度 mg/m3

圖 5 測站 NOx 每月平均濃度

以上現象主要是因為上海處于長三角地區，風場存在顯著的季節性變化，不同季節輸送氣流不同。春夏季以東南風為主，東南向是海面，利于濃度相對較低；秋冬季西北風為主不利消散，以上游加本地污染為主[5-6]。

港區的 NOx明顯受到自身排放的影響。為更明確地研究 NOx的來源，本項目利用站點并行的氣象風場觀測，分別統計了不同風向上的 NOx平均濃度。NO2風向玫瑰圖見圖 6。從圖 6 中可以明顯看出，高 NOx濃度均主要發生在內陸風向為主的角度區間，表明港區 NOx主要來自陸源的機動車排放，而船舶排放（河面方向）對港區 NOx的貢獻較小，因此港區的 NOx更多地來自港區或者市區的機動車排放，這與港區的 NOx與上海市 NOx的濃度水平呈現一定的正相關性是一致的。

圖 6 外高橋港區四期站點 NO2 濃度的風向分布

2.3 SO2 污染物分布特征

外二站點和外四站點與上海市平均 SO2日均濃度對比見圖 7。與 NOx情況相似，港區 SO2濃度均明顯高于同期的上海市平均濃度，外四站點濃度較外二站點更高。港區 SO2濃度與上海市平均水平進行回歸分析，港區 SO2與上海市平均濃度相關性較低，僅為 0.22，可認為不相關。這也同樣表明，港區 SO2明顯地受到本地排放的影響。從整個監測時段來看，港區站點的平均 SO2濃度約為 33.8 μg/m3，而上海市平均水平約為 13.4 μg/m3，高出上海市水平 152%。這與船舶柴油機含硫燃料的使用有關。

圖 7 外高橋港區 SO2 濃度與上海市平均濃度對比

為更清晰地分析出 SO2的來源，本項目同樣對 SO2做了風向分布，見圖 8。從圖 8 中可以清晰地看出，SO2的風向分布與 NOx有相反的特征，其高濃度主要發生于風向來自河道方向的時間段，而內陸風向扇面濃度較低，表明河道的船舶排放是造成港區 SO2濃度升高的最直接原因，而港區獲市區的 SO2輸送效應處于次要地位。因此，船舶作為港區的最具特征性的污染源，6 項常規污染指標中的 SO2可以作為指征船舶排放貢獻的重要因子。

圖 8 外高橋港區四期站點 SO2 濃度的風向分布

提取監測站點 SO2每個月的平均濃度，對監測站點的SO2的月平均濃度進行對比分析，由上述對比分析圖 9 可知，外二站點、外四站點的 SO2污染氣體平均濃度大于上海市 SO2污染氣體平均濃度；且由于外四站點距河道更近，船舶污染排放特征污染物 SO2月平均濃度始終大于外二站點濃度。

圖 9 測站 SO2 每月平均濃度

3 結 語

本項目利用在線空氣質量監測技術對港區的空氣質量進行了實時監測，分析了大氣污染特征，配合氣象觀測資料，研究了大氣污染物的來源或形成機制，得到如下結論。

（1）相比上海市污染物排序 CO、O3和 SO2，對于港口的空氣環境而言， CO 占比上升，NO2是第二大污染物，二者明顯不同。

（2）對 NOx污染物的分布進行研究分析，港口的監測NOx污染氣體的濃度高于上海市品均濃度，第四季度尤為明顯。港區 NOx主要來自于陸源集輸運車輛、港作機械等的排放，而船舶排放（河面方向）對港區 NOx的貢獻較小。

（3）對 SO2污染物的分布進行研究分析，港區 SO2污染排放有顯著的季節效應，冬末春初的春節高峰尤為明顯。港區 SO2濃度均明顯高于同期的上海市平均濃度。由于柴油機含硫燃料的使用，河道的船舶排放是造成港區 SO2濃度升高的最直接原因，6 項常規污染指標中的 SO2可以作為指征船舶排放貢獻的重要因子。

目前我國航行船舶的廢氣排放控制標準十分欠缺，遠遠落后于國際公約標準，尤其對于大量的老舊航行船舶，其廢氣排放實際上處于“無標可依”的失控狀態。另外，港區作業機械、集運輸車輛的廢氣排放更是無標可依。船舶和港區污染排放控制應盡早納入大氣污染防治工作計劃，制訂港口船舶、集輸運車輛、港作機械的大氣污染物排放控制對策。通過推進科技創新，倡導綠色港口建設，改進落后船舶動力裝置、提高燃料燃燒利用率，推進低硫燃料的使用，港作機械采用先進技術和工藝設備，全面實行清潔生產[7]，從而推進港口污染減排工作全面開展。