泰安市城區(qū)空氣質(zhì)量分析評(píng)價(jià)與大氣環(huán)境容量計(jì)算

劉正朋

(山東省泰安市生態(tài)環(huán)境局新泰分局，山東 泰安 271200)

1 自然生態(tài)環(huán)境概況

泰安市位于山東省中部的泰山南麓，全年氣候特征明顯，屬于溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，具備較好的自然生態(tài)環(huán)境條件。泰安市城區(qū)現(xiàn)有火電、制藥、化工、建材等29家廢氣重點(diǎn)污染源，以及92家VOCs重點(diǎn)排污單位，同時(shí)71萬輛機(jī)動(dòng)車尾氣排放、道路及施工揚(yáng)塵等面源污染也是影響空氣質(zhì)量的重要因素。自2017年以來，泰安市通過采取重點(diǎn)廢氣污染源治污設(shè)施提標(biāo)改造、散亂污企業(yè)與10t以下燃煤鍋爐取締、集體供暖替代以及清潔能源推廣等措施，大氣主要污染物濃度逐年下降；但是距國(guó)家二級(jí)功能區(qū)濃度標(biāo)準(zhǔn)值仍然存在較大差距，大氣污染防治已經(jīng)成為改善環(huán)境民生、支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要工作內(nèi)容。

2 環(huán)境空氣質(zhì)量分析

本文統(tǒng)計(jì)分析基于生態(tài)環(huán)境部、山東省生態(tài)環(huán)境廳公開發(fā)布的全國(guó)城市空氣質(zhì)量報(bào)告[1]、山東省大氣環(huán)境質(zhì)量報(bào)告[2]中有關(guān)PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO-95per、O3-8H-90per 6項(xiàng)指標(biāo)指標(biāo)數(shù)據(jù)，以及環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)(以下簡(jiǎn)稱Isum)，除CO濃度值單位為mg/m3，其他5項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)單位均為μg/m3。使用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS25.0統(tǒng)計(jì)分析了泰安市城區(qū)6項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)月均濃度值之間以及與濟(jì)南市、濟(jì)寧市濃度值的相關(guān)性、差異性，計(jì)算了多重線性回歸方程。

由表1可知，泰安市城區(qū)主要大氣污染物是PM2.5、PM10、O3，且隨季節(jié)變化呈現(xiàn)顯著差異性，全年來說PM2.5是首要污染物；1月、2月、12月Isum處于高位水平，1月份Isum達(dá)到頂峰，高達(dá)8.51；6月、7月、8月Isum處于低位水平，8月份Isum達(dá)到低谷，低至3.19；1—4月首要污染物是PM2.5，6—9月首要污染物是O3，10—12月PM2.5、PM10濃度值均較高，且在Isum中占據(jù)的比例相近，首要污染源隨月份的不斷變化說明一次大氣污染物的擴(kuò)散、二次大氣污染物的形成與溫度、氣壓、降雨等氣象條件關(guān)系密切[3-4]。

由圖1與圖2可知，不同大氣污染物指標(biāo)隨季節(jié)變化的幅度呈現(xiàn)不同特點(diǎn)，PM2.5、PM10、SO2、NO2等4項(xiàng)指標(biāo)變化趨勢(shì)基本一致，均在8月份達(dá)到最低值，O3濃度值的變化則呈相反態(tài)勢(shì)，全年與溫度的變化緊密相關(guān)；CO濃度值在5月份達(dá)到最低值。首要污染物PM2.5與其他5項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)以及Isum的相關(guān)系數(shù)也不相同，PM2.5與PM10、SO2、NO2、CO 4項(xiàng)指標(biāo)呈高度正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.96、0.94、0.90、0.94)，相關(guān)系數(shù)均>0.80，PM2.5與O3呈高度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.83。PM2.5與Isum的相關(guān)系數(shù)最大，達(dá)到0.98；為了進(jìn)一步探討PM2.5與Isum之間的關(guān)系，通過偏相關(guān)分析，分別在控制時(shí)間、PM10、SO2、NO2、CO、O3條件下，得到兩者的相關(guān)系數(shù)0.98、0.83、0.85、0.92、0.89、0.97，并計(jì)算了線性回歸方程，Isum=2.567+0.051×PM2.5，相關(guān)系數(shù)R2=0.97，此時(shí)t=17.51，P<0.05，說明該回歸分析模型具有意義。為了確定Isum與其他指標(biāo)濃度值之間的關(guān)系，進(jìn)行多重線性回歸分析，詳見表2、表3。結(jié)果顯示多重線性回歸分析排除了變量SO2(P=0.360>0.10)，得到方程：Isum=0.55+0.029×PM2.5+0.015×PM10+0.023×NO2+0.317×CO+0.006×O3；該結(jié)論的實(shí)際意義是現(xiàn)階段大氣污染防治工作重心應(yīng)該深度治理PM2.5等5項(xiàng)污染物，涉及SO2排放的治污設(shè)施進(jìn)一步提標(biāo)改造對(duì)于整體上改善Isum價(jià)值不大。

泰安市毗鄰濟(jì)南市、濟(jì)寧市，三個(gè)城市均屬于山東省內(nèi)陸城市，通過進(jìn)一步分析三個(gè)城市城區(qū)空氣質(zhì)量的差異性，對(duì)于落實(shí)山東省提出的京津冀通道城市及周邊區(qū)域大氣污染防治聯(lián)防聯(lián)控措施，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。三個(gè)城市6項(xiàng)指標(biāo)及Isum均符合正態(tài)性、方差齊性，對(duì)泰安市區(qū)與濟(jì)南市區(qū)、泰安市區(qū)與濟(jì)寧市區(qū)月均值樣本的t檢驗(yàn)，詳見表4與表5。結(jié)果顯示泰安市與其他兩個(gè)城市城區(qū)6項(xiàng)指標(biāo)及Isum差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，泰安與濟(jì)南比較P值分別為PPM2.5=0.899、PPM10=0.839、PSO2=1.000、PNO2=0.050、PCO=0.474、PO3=0.849、PIsum=0.591，泰安與濟(jì)寧比較PPM2.5、PPM10、PSO2、PNO2、PCO、PO3、PIsum分別為0.969、0.441、0.360、0.839、0.738、0.596、0.914，三個(gè)城市空氣質(zhì)量現(xiàn)狀的相似性決定了廢氣治理工作可以統(tǒng)一思路、相互借鑒治理經(jīng)驗(yàn)、共同提升治理水平，盡量避免廢氣污染物遠(yuǎn)程輸送。泰安市城區(qū)由泰山區(qū)、岱岳區(qū)、高新區(qū)三個(gè)市轄區(qū)組成，經(jīng)t檢驗(yàn)，三個(gè)轄區(qū)相互之間6項(xiàng)指標(biāo)月均濃度值以及Isum無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P值均>0.05)，見表6～表8。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明城區(qū)空氣質(zhì)量的均質(zhì)性，泰安市城區(qū)大氣污染防治工作可以統(tǒng)一規(guī)劃實(shí)施、統(tǒng)一監(jiān)督管理、統(tǒng)一考核問責(zé)。

表1 2019年環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)、最大指數(shù)、首要污染物

表2 Isum與PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3多重線性回歸分析

表3 多重線性回歸分析排除變量

表4 泰安市城區(qū)與濟(jì)南市城區(qū) Isum與6項(xiàng)指標(biāo)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

表5 泰安市城區(qū)與濟(jì)寧市城區(qū) Isum與6項(xiàng)指標(biāo)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

表6 泰山區(qū)與岱岳區(qū) Isum與6項(xiàng)指標(biāo)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

表7 泰山區(qū)與高新區(qū) Isum與6項(xiàng)指標(biāo)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

表8 岱岳區(qū)與高新區(qū) Isum與6項(xiàng)指標(biāo)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

3 城區(qū)大氣環(huán)境容量計(jì)算

依據(jù)泰安市城區(qū)空氣質(zhì)量狀況及變化趨勢(shì)、產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、人口分布情況、地形和氣象條件等因素，按照《GBT 3840-91-制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》有關(guān)要求，開展城區(qū)大氣環(huán)境容量核算工作，A值法計(jì)算基本大氣環(huán)境容量公式[5]如下：

式中：Q—污染物年允許排放基本總量限值，即理想大氣容量，104t/a；A—地理區(qū)域性總量控制系數(shù)，104km2/a；S—控制區(qū)域總面積，km2；Si—城市第I個(gè)分區(qū)面積，km2；Csi—第I個(gè)區(qū)域某種污染物的年平均濃度限值，mg/m3；Cb—控制區(qū)的本地濃度，mg/m3。

山東省泰安市地理區(qū)域性容量控制系數(shù)選取4.90；城市控制區(qū)PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3的本底濃度分別按國(guó)家空氣質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中年均值的一半確定，城區(qū)控制區(qū)的本底濃度按城市控制區(qū)本底濃度的1.5倍確定；泰安市城區(qū)面積總計(jì)156.9km2；C為實(shí)際污染物排放濃度，Q1為實(shí)際排放量，表9是6項(xiàng)指標(biāo)基本環(huán)境容量和實(shí)際排放總量。

通過A值法模型計(jì)算所得基本環(huán)境容量?jī)H僅考慮廢氣污染物輸送、擴(kuò)散過程[6-7]；當(dāng)城區(qū)區(qū)域面積>100km2且<400km2時(shí)，干沉積、濕沉積和化學(xué)轉(zhuǎn)化所導(dǎo)致的變動(dòng)環(huán)境容量占總環(huán)境容量的20.55%，基本環(huán)境容量占總環(huán)境容量的百分比逐漸減小至79.45%；加權(quán)統(tǒng)計(jì)后泰安市城區(qū)的實(shí)際總環(huán)境容量見表10，可知PM2.5、PM10、NO2、O3排放量分別是大氣環(huán)境容量的1.887倍、2.045倍、2.779倍、1.365倍，CO實(shí)際排放量也接近總環(huán)境容量，占比達(dá)到98.98%；只有SO2的排放量顯著低于實(shí)際總環(huán)境容量，占比26.50%。

表9 泰安市城區(qū)控制區(qū)基本環(huán)境容量和實(shí)際排放量核定結(jié)果

表10 泰安市城區(qū)大氣總環(huán)境容量和實(shí)際排放量 (104t/a)

4 城區(qū)大氣污染精細(xì)化管控

泰安市城區(qū)大氣污染物的變化趨勢(shì)季節(jié)性顯著，4項(xiàng)指標(biāo)年度廢氣排放量超過大氣總環(huán)境容量，不同廢氣污染物的污染指數(shù)也不相同；燃油機(jī)動(dòng)車尾氣排放是NO2的主要來源；PM2.5、PM10主要源于火電與工業(yè)燃煤鍋爐、道路施工及建筑工地?fù)P塵等；有機(jī)化工、包裝、橡膠制品、涂裝、制藥等行業(yè)VOCs排放則是導(dǎo)致O3濃度持續(xù)上升的主要原因；因此應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)施策，切實(shí)采取科學(xué)可行的廢氣污染防治措施。

(1) 對(duì)于PM2.5、PM10煙煤型大氣污染源，城區(qū)統(tǒng)一實(shí)施煤炭消費(fèi)總量控制；加快淘汰落后的燃煤機(jī)組，推進(jìn)清潔能源替代煤炭消費(fèi)工作，大力實(shí)施天然氣、電力等清潔能源采暖、供熱；嚴(yán)格秋冬季重污染天氣應(yīng)急管控，統(tǒng)一組織實(shí)施工業(yè)企業(yè)差異化錯(cuò)峰生產(chǎn)，科學(xué)應(yīng)對(duì)秋冬季邊界層低、靜穩(wěn)等氣象條件。對(duì)于建筑施工工地和道路等揚(yáng)塵面源污染要嚴(yán)格落實(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)和渣土車的揚(yáng)塵控制措施，推進(jìn)道路保潔濕式機(jī)械化作業(yè)。

(2) 提高移動(dòng)源污染防治水平是有效降低NO2的濃度重要途徑，城區(qū)統(tǒng)一劃定低排放控制區(qū)，嚴(yán)格落實(shí)機(jī)動(dòng)車尾氣環(huán)保檢測(cè)、淘汰老舊車輛、提升油品質(zhì)量保障等措施，因地制宜推廣清潔能源用車。

(3) 對(duì)于O3污染物的防治，深度推進(jìn)化工、工業(yè)涂裝、包裝印刷等VOCs排放重點(diǎn)行業(yè)綜合整治；納入重點(diǎn)排污單位名錄的VOCs排放企業(yè)統(tǒng)一安裝VOCs在線監(jiān)控設(shè)施，并按規(guī)定與環(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)。