上海市寶山區氮氧化物特征分析

曹晶晏

上海市寶山區環境監測站 上海 201901

引言

寶山區作為上海傳統工業基地,正處于轉變經濟發展方式和提升城市化水平的重要時期,城市和社會經濟的快速發展給我們帶來的環境壓力日趨突出。其中,氮氧化物是大氣光化學煙霧、細粒子污染的重要前體物,是寶山區大氣環境中的主要污染物之一,對寶山區的環境造成了不利影響。文章基于上海市寶山區2018-2020年氮氧化物的污染狀況,對其污染特征及污染原因進行簡要分析研究,為寶山區氮氧化物的治理提供一定的科學依據。

1 數據來源

大氣環境分析數據來源于上海市寶山區的空氣自動監測點：楊行、羅店及廟行站,并以上三個站點監測數據均值代表寶山區污染狀況。根據2018年生態環境部《關于發布＜環境空氣質量標準＞(GB3095-2012)修改單的公告》,自2019年起標準中的污染物均由“標準狀態”下修改為“參比狀態”,為保持數據的連貫性和可比性,文章涉及數據皆以各污染物在標準狀態下的濃度值進行分析統計。寶山區氣象數據來源于中國氣象數據網。

2 寶山區NOX污染現狀

2.1 2018-2020年寶山區年際變化趨勢 2018-2020年寶山區氮氧化物年均濃度如表1所示。整體來看,2018-2020年寶山區NOX、NO2及NO年均值及NO/NOX比值呈逐年下降趨勢,而SO2/NO2比值經2019年下降后,于2020年稍有上升。分站點來看,楊行、羅店及廟行站氮氧化物濃度皆逐年下降,楊行站及廟行站NO/NOX比值及SO2/NO2比值于2019年下降后,于2020年稍有上升。三年來,寶山區氮氧化物濃度雖有下降,但SO2/NO2比值整體有下降趨勢,且比值小于0.5,說明寶山區環境空氣污染中機動車的污染貢獻率有所上升,機動車污染貢獻率仍然處于較高水平。此外,三個分站點中,機動車污染貢獻率最高的為廟行站,楊行站次之。

表1 2018年-2020年氮氧化物年均濃度比較

2.2 2018-2020年寶山區月際變化趨勢 2018-2020年,寶山區的NOX月均濃度變化趨勢及季節濃度變化如圖1所示。從圖1中可見,近三年來,寶山區NOX波動頻繁,月際變化呈“W”型,整體呈冬季高、夏季低的特點。其中,2018年寶山區NOX最高值出現在11月,2019-2020年則出現在12月,高值所在月份有所延遲。2018-2020年,NOX月均濃度最低值皆出現在8月,濃度分別為30、51、34μg/m3,2019-2020年最低月均值較2018年有所上升,且2019年月均最低值最高。

圖1 寶山區點位分布圖

圖2 2018-2020年寶山區NOX月際變化趨勢及寶山區季節濃度變化趨勢

分站點來看,2018-2020年楊行、羅店及廟行站月際變化如圖3所示。楊行站NOX濃度最高、廟行站次之、羅店站最低。分站點濃度差異主要受站點地理位置影響,楊行站與廟行站位于城鎮化程度較高的楊行鎮及廟行鎮,站房周邊人流量大,往來車輛密集,但由于楊行站臨近江楊北路、友誼路等交通主干道,許多大型集卡可在楊行鎮界限內通行,而廟行站周邊大型集卡較少,造成楊行站NOX濃度較高于廟行站。羅店站地處寶山北部,城鎮化程度稍低,周邊人流量較小,且站房建于美蘭湖別墅區內,周邊樹木綠化等較多,往來車輛較少,因此該站點NOX濃度相對較低。

圖3 2018-2020年楊行、羅店及廟行站NOX月際變化趨勢

2.3 24小時濃度變化趨勢 選取某工作日及一周內的休息日的監測點數據,寶山區楊行、羅店及廟行站三個站點變化趨勢基本一致,寶山區及楊行、羅店、廟行站3個監測點的24小時濃度變化趨勢如圖3所示。整體來看,NOX24小時濃度變化中,工作日3：00-9：00出現高濃度時段,其中3：00濃度開始上升,6：00出現一個峰值,9：00后濃度開始下降,至18：00-23：00出現第二個高濃度時段,于21：00達到第二個峰值。而在休息日,寶山區的NOX則與工作日無相似的變化趨勢,寶山區NOX在休息日的小時變化,整體相較于工作日比較平穩。工作日與休息日這兩種不同的變化趨勢,主要是由于工作日上下班高峰期汽車尾氣排放及企業開工生產產生污染較休息日多導致。分站點來看,楊行站在工作日時,峰值明顯高于其余站點,在休息日時NOX濃度也高于另兩個站點。

圖4 寶山區氮氧化物工作日與休息日24小時濃度變化趨勢

2.4 寶山區與上海市及周邊區縣比較分析 2018-2020年,寶山區與上海市NOX月際變化趨勢如圖5所示。2018-2020年,寶山區NOX每月濃度皆高于上海市,期間,寶山區以NO2為首要污染物的污染天數多達36天,而上海市僅有11天。與交界區縣嘉定、虹口、靜安、普陀及楊浦區對比,寶山區2018-2019年NOX年均值為交界區縣中濃度值最高的區,2020年濃度值僅次于嘉定區。如圖6可見,寶山區與周邊區縣月際變化趨勢相似,但整體濃度值較高,與嘉定區濃度接近。這主要是受產業結構和能源結構影響,寶山區與嘉定區皆為郊區,區域內高耗能高排放產業集中,雖然近年來寶山區強力推進產業結構和能源結構調整,產業正逐步從“重”變“輕”,但作為上海重要的鋼鐵和電力基地,不可避免的存在能耗高、排放量大的問題。

圖5 2018-2020年寶山區與上海市NO X月際變化趨勢

圖6 2018-2020年寶山區與交界區縣NOX月際變化趨勢

2.5 寶山區NOX濃度與氣象條件的關系 將2018-2020年寶山區NOX日均濃度與當天主要氣象要素進行相關性分析。相關分析結果見表2。

從表2中可以看出,NOX濃度與氣溫呈負相關性,尤其與最低氣溫負相關性較高,相關系數為-0.384；與氣壓呈較為明顯的正相關性,相關系數為0.245；與風速呈明顯負相關性,相關系數為-0.341。此外,NOX與降水量呈負相關,與日照時數呈正相關。

表2 氮氧化物濃度與主要氣象參數的相關系數分析結果

由表3分析可知,近三年來,寶山區NOX月均最高值多出現在12月,最低值多出現在8月。12月平均氣溫低,月均氣溫基本低于10℃,平均氣壓相對較高,且寶山區冬季多以西北風為主,大氣邊界層較低容易出現逆溫現象,相對穩定的氣象條件不利于污染物的擴散,本地污染加之外來污染物的疊加促使NOX濃度出現高值。相比而言,8月份,寶山區氣溫較高,月均氣溫在30℃左右,氣壓較低,且多以東南風為主,風速較大,不穩定的氣象條件對污染物的稀釋擴散起到積極作用。

表3 2018-2020年寶山區NOX月均值最低、最高月份氣象參數情況

3 污染影響因素

寶山區是上海主要的集裝箱碼頭基地,上千家碼頭倉儲企業集中又分散的布局,不合理的交通路網以及主要依靠陸路的貨物集散方式,造成寶山交通流量高度聚集于幾條主次干道,疊加寶鋼、華能電力的數個機組在一段時期內將仍為燃煤發電,氮氧化物排放量仍保持較高水平,多種因素導致寶山區氮氧化物濃度居高不下。

3.1 固定源排放 寶山區存在較多重工企業,如寶鋼、華能燃機等,工業廢氣排放量高居不下,以煤炭為主的能源結構導致區域內污染物排放強度依然處于高位,高強度的排放給該地區和周邊地區環境造成巨大壓力。

3.2 移動源排放

1)機動車。寶山區域內碼頭較多,倉儲物流運輸行業發達,且隨著近幾年電商經濟的崛起及人民生活水平的提高,寶山區貨運企業及運輸車輛數、家用車輛保有量快速增加。經統計,2020年寶山區共有2794戶5.65萬輛貨運車輛,且主要道路車輛日均流量超過3萬輛/小時,峰值可達14萬輛/小時,貨運交通的占比超過50%。2020年,交通尾氣所排放的氮氧化物排放量約超過4萬噸,大大超過工業源排放量。

2)船舶。寶山地處黃浦江和長江的交匯點,通江達海,長江沿岸碼頭船舶靠泊量約近17萬次/年,內河有45個碼頭,年均船舶進出港近10萬艘次,加上吳淞郵輪港每年幾百艘次的靠泊,盡管郵輪港完成了岸電建設,但船舶在寶山水域航行時主要采用柴油或重油,據估算,船舶排放的氮氧化物可達4000余噸。

3.3 污染治理對策 對于氮氧化物污染的治理,可從固定污染源和移動污染源兩方面入手。針對移動源,需加強尾氣檢測,完善IM制度,加強車輛的檢修,淘汰超標排放的車輛；積極促進環保型汽車的普及和推廣,大力發展公共交通事業,鼓勵大眾公交出行,減少交通對環境污染造成的壓力；推進對于船舶油品的控制,提高油品質量,防止因使用劣質油導致污染物增加的情況。針對工業污染源,除了燃燒節能、燃料脫硝等技術手段外,還需繼續探索源頭減量替代技術,從源頭上減少污染產生。針對寶山區交通流量壓力導致污染產生,可合理規劃交通路網,將流量合理分散以避免區域內污染集中發生。

4 結論

寶山區氮氧化物污染近年來得到一定改善,但在全市范圍內仍然位居濃度高位。氮氧化物的污染呈冬季高、夏季低的特征,固定源及移動源排放是影響其濃度的主要因素,而氣候條件影響著氮氧化物的擴散。在三個站點中,楊行站氮氧化物污染較為嚴重,廟行站次之,可從這兩塊區域著手,加強對氮氧化物的控制。由于寶山的產業結構及交通車流量等不利因素的存在,對于氮氧化物的治理任重而道遠,需要企業、政府和群眾共同努力配合,才能使我們的環境朝更好的方向發展。