西安市調(diào)整供暖措施后顆粒物濃度污染狀況分析

張紅麗 郝起禮 李廣龍

陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司延安分公司

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境問題也日益嚴(yán)重，尤其是大氣中的顆粒物更為明顯，不僅對空氣質(zhì)量以及大氣能見度有較大的影響[1]，對人體健康也有極大的危害。研究表明，細(xì)顆粒物和超細(xì)顆粒物對人體健康的危害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于粗顆粒物[2-4]，甚至導(dǎo)致人員的死亡[5-6]。因此，世界各國都將治理大氣顆粒物列為國家標(biāo)準(zhǔn)[7-9]，而治理手段也因地制宜，雖目前已經(jīng)取得了一定的成就，但整體效果仍然不容樂觀。

有相關(guān)文獻(xiàn)表明我國北方的城市空氣污染均屬煤煙沙塵型污染[10]。而西安市地處西北地區(qū)，冬季采暖期較長，且采暖主要以燃煤為主，所以和其他北方城市一樣，西安的首要污染物以顆粒物為主[11]。雖然目前有學(xué)者對西安采暖期顆粒物的濃度分布進(jìn)行過研究[12-15]，也取得了一定的成果，但對17 年西安首次大力治理采暖期措施[16-17]后的顆粒物變化的研究卻是微乎其微，甚至沒有。

因此本文主要針對2017 年西安市出臺治理霧霾強(qiáng)勁方案以后，首次對冬季采暖期“電代煤”，以氣代煤（柴薪）以及清潔能源替代下大氣顆粒物的總體污染濃度及其分布特征等進(jìn)行分析研究，主要的研究對象是可吸人顆粒物PM10和可入肺顆粒物PM2.5。

1 采樣

本文數(shù)據(jù)來源于:天氣后報(bào)網(wǎng)(http://www.tianqihoubao.com/aqi/xian)給出的2017 年12 月—2018年3 月逐日PM10、PM2.5平均濃度值。天氣網(wǎng)(http://www.tianqi.com/air/xian.html)發(fā)布的西安13 個區(qū)6種大氣污染物逐時(shí)濃度值。本文采用從2017 年12 月20 日到2018 年3 月10 日內(nèi)西安市興慶小區(qū)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。西安市冬季采暖期為11 月15日到次年3 月15 日，因此本次采樣處在采暖期內(nèi)，監(jiān)測期間共獲得1920 個有效小時(shí)濃度值，能夠代表該地區(qū)2017 年采暖期顆粒物的污染水平。

2 結(jié)果分析

2.1 采暖期顆粒物濃度變化

將采樣期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采樣期間得到的PM10和PM2.5的日平均濃度變化詳細(xì)狀況見圖l，并將采樣期間中每個月份中的PM10和PM2.5的月平均濃度、最大值、最小值等參數(shù)變化列到表1 中。

圖1 測試范圍內(nèi)PM10和PM2.5的濃度變化

從圖1 中可以看出，在采樣期間，PM10的日均濃度范圍為34.9～374 μg/m3，平均濃度為153.9 μg/m3，按照《GB3095-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》來評價(jià)，整個測試范圍內(nèi)PM10的日平均濃度超過二級標(biāo)準(zhǔn)（150 μg/m3）的排放量。PM2.5的日均濃度范圍為20.2～307.5 μg/m3，平均濃度為99.1 μg/m3，按照《GB3095-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評價(jià)，整個測試范圍內(nèi)PM2.5的日平均濃度超過二級標(biāo)準(zhǔn)（75 μg/m3）的排放量。PM2.5大約占PM10的平均比例為64.4%。這說明，可吸入顆粒物（PM10）中細(xì)粒子（PM2.5）的含量較多。

表1 給出了在測試范圍內(nèi)PM10和PM2.5的月平均濃度最大值、最小值以及平均值的參數(shù)，表中可以看出在17 年西安采暖期間顆粒物濃度出現(xiàn)了逐漸降低的趨勢。

表1 測試范圍內(nèi)PM10和PM2.5的參數(shù)變化

由表1 可以看出，在采樣區(qū)間，隨著供暖期的開始，顆粒物的月平均濃度均呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。PM10的月平均濃度逐漸減小，濃度最大月與濃度最小月的平均濃度相差98.4 μg/m3，濃度最小月出現(xiàn)在2018 年2 月。而PM2.5的月平均濃度變化相對不穩(wěn)定，主要因?yàn)槲靼驳貐^(qū)主要小顆粒污染物為主[18]，因此受環(huán)境影響較多。但總體來看，西安在17 年采取相應(yīng)措施后對大氣中顆粒物的控制有著很好的效果[19]。

2.2 典型日顆粒物濃度變化對比

分別選取17 年12 月29 日、18 年1 月15 日、18年2 月9 日以及18 年3 月10 日這4 天為典型日進(jìn)行數(shù)據(jù)分析研究。結(jié)果顯示，只有12 月29 號PM2.5的測試結(jié)果符合國家給出的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，其余均超標(biāo)，12月29 日PM10污染最為嚴(yán)重，18 年1 月15 日PM2.5污染最為嚴(yán)重。

圖2 為4 天典型日在采樣時(shí)間為24 小時(shí)范圍內(nèi)PM10和PM2.5的日平均濃度變化趨勢，從圖中明顯地可以看出隨著西安市政府治霾力度的加大以及新能源使用的普及，大氣中PM10的日均濃度逐漸下降，由374 μg/m3下降到了225.9 μg/m3，下降率為39.6%；而對于大氣中PM2.5的日均濃度卻在逐漸上升，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因?yàn)榱捷^小，易受到當(dāng)?shù)貧夂蛞约碍h(huán)境的影響，相關(guān)文獻(xiàn)也表明[18]，西安主要以小顆粒污染物為主，從而也佐證了數(shù)據(jù)的正確性。

在2017 年12 月29 日的采樣結(jié)果中，PM10和PM2.5在測試范圍內(nèi)的濃度分別為374.0 μg/m3以及61.0 μg/m3。按照《GB3095-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評價(jià)，PM10日均濃度為國家二級標(biāo)準(zhǔn)（150 μg/m3）的2.49倍，屬于嚴(yán)重超標(biāo)，而PM2.5日均濃度未超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)（75 μg/m3）。可能出現(xiàn)的原因是西安在剛開始采暖時(shí)，顆粒物濃度較大。也與文獻(xiàn)[15]對西安采暖期測試結(jié)果相一致。在2018 年1 月15 日的采樣結(jié)果中，PM10和PM2.5在測試范圍內(nèi)的濃度分別為324.6 μg/m3以及307.5 μg/m3。按照《GB3095-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評價(jià)，PM10日均濃度為國家二級標(biāo)準(zhǔn)（150 μg/m3）的2.16 倍，同樣屬于屬于嚴(yán)重超標(biāo)，而PM2.5日均濃度則為國家二級標(biāo)準(zhǔn)（75 μg/m3）的4.1 倍，屬于特嚴(yán)重超標(biāo)。在2018 年2 月9 日的測試中，PM10和PM2.5在測試范圍內(nèi)的濃度分別為240.7 μg/m3以及93.1 μg/m3。按照《GB3095-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評價(jià)，PM10日均濃度為國家二級標(biāo)準(zhǔn)（150 μg/m3）的1.60倍，屬于明顯超標(biāo)，PM2.5日均濃度為國家二級標(biāo)準(zhǔn)（75 μg/m3）的1.24 倍，同屬于明顯超標(biāo)。在18 年3 月10日的測試中，PM10和PM2.5在測試范圍內(nèi)的濃度分別為225.9 μg/m3以及183.1 μg/m3。按照《GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評價(jià)，PM10日均濃度為國家二級標(biāo)準(zhǔn)（150 μg/m3）的1.51 倍，屬于明顯超標(biāo)，PM2.5日均濃度為國家二級標(biāo)準(zhǔn)（75 μg/m3）的2.44 倍，同屬于明顯超標(biāo)。

但總體來看，選取的4 天典型日的日均濃度均遠(yuǎn)大于國家的標(biāo)準(zhǔn)，屬于重度污染，因此對于西安的采暖期顆粒物的控制仍要加大力度，尤其是細(xì)顆粒物（PM2.5）濃度的控制。

2.3 顆粒物濃度小時(shí)變化特點(diǎn)分析

圖3 給出了在2018 年2 月2 日24 小時(shí)采樣范圍內(nèi)的PM10和PM2.5的小時(shí)平均濃度變化曲線。從圖中可以看出在采樣期間呈現(xiàn)出非常明顯的波動性變化，但兩者的變化趨勢基本是一致的。

圖3 PM10和PM2.5小時(shí)平均濃度變化曲線

由圖3 可見，顆粒物在不同時(shí)間段內(nèi)的濃度差距較大，但在采樣時(shí)間范圍內(nèi)PM10和PM2.5的變化特征趨勢與辛玉姣等[20]人的測試結(jié)果相一致。結(jié)果顯示，PM10的范圍為49～161 μg/m3，平均濃度為85.3 μg/m3，PM2.5的范圍為10～109 μg/m3，平均濃度為42.2 μg/m3，按照《GB3095-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評價(jià)，PM10日均濃度以及PM2.5日均濃度均未超過二級標(biāo)準(zhǔn)。因此，從治理效果上來看，西安對于控制污染物的措施起到了作用。

從圖3 中可以看出，在采樣一個周期內(nèi)顆粒物的濃度出現(xiàn)了兩個最大值，于建華等[21]對北京地區(qū)的PM10和PM2.5進(jìn)行了分析，研究表明PM10和PM2.5質(zhì)量濃度的小時(shí)變化呈雙峰分布特征，兩者在凌晨2:00 達(dá)到一天中濃度極大值，分別為PM10為161 μg/m3、PM2.5為109 μg/m3。圖3 中給出顆粒物濃度在14:00 左右時(shí)濃度達(dá)到最低值，而在16:00 以后可以看出顆粒物濃度有上升的趨勢，這應(yīng)該與居民活動有關(guān)系，穆珍珍等[22]通過研究也證明了這一現(xiàn)象。

3 結(jié)論

通過對西安市興慶小區(qū)2017 年采暖初期的大氣顆粒物狀況進(jìn)行初步分析研究，但由于采集點(diǎn)相對較少，位置較單一，尚不能代表西安市2017 年調(diào)整采暖措施后在采暖期整體的顆粒物污染水平，更全面深入的分析有待以后進(jìn)行。但通過以上的分析，能夠得出以下結(jié)論。

1）2017 年采暖措施改變后西安市采暖期的顆粒物濃度明顯下降，在采樣范圍內(nèi)PM10的日平均濃度范圍為34.9～374 μg/m3，平均濃度為153.9 μg/m3；PM2.5的日平均濃度范圍為20.2～307.5 μg/m3，平均濃度為99.1 μg/m3，雖取得了一定的成果，但整體結(jié)果依舊為明顯超標(biāo)。

2）采樣期間的典型日日均顆粒物濃度均為較嚴(yán)重超標(biāo)，尤其是細(xì)顆粒物（PM2.5）的濃度超標(biāo)明顯，應(yīng)加大對細(xì)顆粒物濃度的控制等。

3）PM10和PM2.5的小時(shí)平均質(zhì)量濃度變化呈雙峰分布特征，兩者在凌晨2:00 達(dá)到一天中濃度極大值。但由于受到居民活動的影響，顆粒物濃度在16:00 之后有明顯的上升。

4）總體來說，自2017 年西安出臺鐵腕治霾的措施后，西安采暖期大氣顆粒物濃度明顯下降，但仍未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，因此，西安對于顆粒物的治理仍有很長的一段時(shí)間要走。