宜宾城区工业污染源及其对空气质量的影响

宜宾城区工业污染源及其对空气质量的影响十组成员：鲜茂林潘媛古云雪杨洋邓宇飞摘要：良好的城市大气环境是居民健康生活的重要保证。本文研究了四川宜宾城区周边工业污染源、城区空气质量现状及变化趋势。结果显示，影响宜宾市城区大气环境最主要的污染物是烟尘、粉尘和二氧化硫，其次是氮氧化物、挥发性有机物等，其中烟尘、粉尘对于大气环境的影响呈不断增大的趋势。主要由于气候原因，大气污染易发生在11月至次年3月，2012年秋季起由可吸入颗粒物主导的大气污染日益严重。针对宜宾城区大气环境这些变化应当采取积极有效的应对措施关键词：宜宾，工业排放，空气污染源，空气质量1、引言：近年来，全国大范围持续出现的雾霾已成为严重影响人们生活、健康的环境事件，引起政府和社会高度关注。分布在城市及其周边的工业园区排放的大气污染物是城市空气质量恶化的重要原因。由于我国快速的工业化进程，各工业产业快速发展，大气污染物的排放量和种类发生明显变化，对东部城市工业发展的大气环境问题已有较多研究，而对西部城市的研究还较少。宜宾市是川南地区重要的能源工业区，一直存在大气污染问题，2008年以来新建了多个工业园区，产业的发展也出现新的变化，但这些新的改变可能对这一区域的大气环境带来哪些影响，还缺乏相关研究。本文通过对宜宾城区周边对空气质量有影响的工业污染源及城区空气质量现状的分析，了解宜宾城区周边污染源和污染物的种类和特点，分析当前空气质量状况及变化趋势，为合理规划这一区域的工业布局和发展方向，降低大气污染及其对城市居民生活和健康的影响，提供科学依据。2、材料与方法2.1.研究区域及主要工业行业宜宾市是一个地级市，市政府驻地在宜宾市翠屏区，本文所指的宜宾城区指翠屏区的城市中心区，由白塔山、七星山、刀背山和翠屏山所环抱，三江(岷江、金沙江、长江)将其分成不同片区(图1)。该地区属中亚热带湿润季风气候，年平均气温18℃，年均降水量1100mm，降水集中在夏季(6~8月)，约占全年50%；年平均风速为1m/s，夏季平均风速为1.1m/s，冬季(12、1和2月)平均风速为0.8m/s，全年静风频率52%，夏季46%，冬季60%，年主导风向是东北风，次主导风向是西北风。2012年宜宾工业总产值位列全省第五，翠屏区占全市42%，规模以上工业增加值比上一年增长17%，酒类食品、能源、化工轻纺和机械制造等支柱产业的增加值占全部的78%(图2)。2.2.研究数据及来源宜宾工业经济指标数据来源于宜宾市统计年鉴[9]；利用四川省第一次全国大气污染源普查资料。和四川省环境污染防治技术水平与绩效评估(2012)大气污染防治卷，估算2011年宜宾不同产业的大气污染物排放贡献率；空气质量用空气污染指数(API)表示，数据取自分布在宜宾城区范围内的五个空气质量自动监测点(图1)2.3.研究方法对工业区大气污染物影响模拟研究发现其影响的范围大致为30km[4][12]，在四川盆地大气污染物扩散能力较弱，影响范围多在10km左右，超过30km，大气污染物的影响不大[13]。故选取以宜宾城区的三江口为中心，分析半径10km和30km范围内的工业园区(图3)，根据园区内主要的产业，找出可能影响大气环境的污染物；通过比较近几年宜宾城区的空气质量数据差异，探讨城区空气质量现状和变化趋势。3.研究结果3.1.城区周边集中分布的工业污染源宜宾城区周边共有八个工业园区，其中盐坪坝和五粮液工业园区于2008年前建成，其余是2008~2011年期间所建设的园区。以宜宾城区的三江口为中心，半径10km范围内有四个工业园区，既有依托物流和化工产业的临港经济开发区，也有重点发展纺织和热力生产的盐坪坝园区，还有以白酒酿造、包装、玻璃制造为主的五粮液园区和发展机械与纺织工业的象鼻园区，其中盐坪坝园区中的惠美线业和临港经济开发区中的天原集团是国家大气重点控制企业。10~30km范围内的四个工业园区中，有发展火力电厂、机械制造、建材和化工等产业的向家坝和福溪园区，也有以建材、造纸、印刷及精细化工等产业为主的罗龙园区，机械制造是新发园区重点发展的产业，其中向家坝园区内的黄桷庄发电厂和罗龙园区内的宜宾纸业是国家大气重点控制企业。3.2.主要工业污染产业及污染物种类八个工业园区内主要产业中，火力电厂、燃煤锅炉、建材、化工和造纸等行业属于高能耗、高污染产业，宜宾白酒酿造产业发达，对城区大气环境有一定的影响。2008~2012年，全市火力发电量、水泥、纸制品和白酒的产量分别增长了1~3倍，烧碱的产量也有较大的增长(表2)。宜宾城区周边工业排放的主要污染物有烟(粉)尘、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)和挥发性有机物(VOCs)。据估算，2011年宜宾工业污染源共排放烟(粉)尘2.13万吨、SO212.31万吨、NOX4.03万吨。电厂是宜宾工业SO2、NOX的最大来源，贡献率占工业源的56%和52%；其次是水泥行业，贡献率为6%和22%，其颗粒物产物系数很高，可达100~150g/kg，是工业烟(粉)尘的最大来源，贡献率为25%；造纸行业对SO2、NOX和烟(粉)尘的贡献率为3%、4%和8%；化工行业对三者的贡献率约为5%、7%和9%，生产的过程中还存在原料泄漏和一些污染物未经处理就排放的问题。宜宾工业过程源排放的VOCs总量约为1.27万吨，其中排放量较多的行业有酒类(52%)、化工(17%)、.水泥(6%)、造纸(8%)、纺织印染(3%)和印刷包装(2%)。同时，工业产品的货运需求增加明显，2012年宜宾载重汽车数量和内河货运周转量分别比2010年增加了42%和56%。物流产业是烟尘、VOCs、NOX、SOX等污染物重要的来源，例如2011年宜宾全市载重汽车排放的总颗粒物、NOX和CO分别为330t、3690t和7260t[11]。同时一些低质量燃料油在大型柴油机上使用更会增加污染物的排放量。3.3.宜宾城区主要空气污染物现状2009~2012年宜宾城区大气环境中SO2年均浓度下降趋势明显，由2009年的61μg/m3下降到2012年的48μg/m3，降幅为21%，除2009年(61μg/m3)外各年均达到《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中规定的空气质量二级限值(60μg/m3)，但远未能达到一级浓度限值(20μg/m3)；2009~2011年NO2年平均浓度呈上升趋势，2012年出现最低值(27μg/m3)，各年均好于空气质量一级浓度限值(40μg/m3)；可吸入颗粒物(PM10)年平均浓度变化略有波动，由2009年的72μg/m3上升到2012年的80μg/m3，增幅11%，除2011年(67μg/m3)外各年均超过空气质量二级浓度限值(70μg/m3)(图4)。由此可见，近几年影响宜宾城区大气环境的主要污染物是PM10与SO2，NOX的影响相对较小，且NOX有很大一部分来自其它污染源[11][14]。根据监测点监测的数据显示，宜宾全市2009~2012年工业SO2排放总量略有上升，增幅14%，2010年工业烟(粉)尘排放总量是2009年的一倍多，之后呈下降趋势(表3)。PM10作为首要污染物的天数所占比重增加明显(图5)，由2011年的62%上升到2012年的90%，2013年则高达97%，且导致轻度污染(API为150~200)和轻微污染(API为100~150)的首要污染全都是PM10，大气PM10受众多因素影响。3.4.宜宾城区空气质量状况从宜宾城区2008~2013年度(12~次年11月)逐月及各季的API值(图6)可以看出，除2011年度春季(3~5月)空气质量最好外，其它各年度均为夏季的空气质量最好；六个年度里出现污染(API100)的天数中，秋季(9~11月)所占比例最高，为39%，冬季和春季分别为34%和24%，夏季最少，仅为3%，其中1月和3月均为16%，11月为23%，夏季的集中降雨对大气污染物的清洗作用明显；近两年出现污染的天数占全部的60%，2013年度冬季和春季占41%，与降雨量少有直接关系。宜宾城区五个监测点的数据显示，菜坝监测点所在城市片区空气质量最好，江北监测点次之，南岸与旧城监测点所在片区的空气质量较差，2012年秋季以后尤为明显(图7)。南岸和旧城监测点近两年内出现污染的天数分别为16%和17%，翠柏监测点为10%，江北和菜坝监测点仅为7%和6%。2011年10月至2013年9月间，各城市片区的首要污染物均以可吸入颗粒物所占比重最大，翠柏监测点在以SO2为首要污染物的天数比重中多于其它点(图8)。4.讨论4.1.周边工业污染源及污染物特点2004~2007年宜宾曾是中国环保总局公布的中国污染指数最高的十个城市之一。2008年后宜宾城区空气质量虽有所改善，但近两年随着工业园区的发展，大气污染源和污染物出现新的特点。新建的工业园区分布的较为紧密，且主导风向上风的向象鼻园区和次主导风向上风向的新发、向家坝园区都是新建园区；各工业园区除了发展主要产业外，也接纳了众多其他产业，大气污染源及污染物种类较为复杂；值得注意的是，各园区的能源消费以煤炭为主，全市2011年工业原煤消费量占全部能源消费量的75%左右，徐争启等的研究揭示出燃煤是造成宜宾大气污染的重要原因之一。宜宾一直是硫沉降高值分布区，2008~2012年宜宾全市一些有着较高SO2排放的产业的产量成倍增长(表2)，SO2总量仅上涨14%(表3)，且城区范围内SO2年均浓度有下降趋势(图4)，这与政府重视SO2污染的控制，并将部分高排放企业迁至离城区较远的工业园有关。但是，宜宾依然是省内工业排放SO2最多的城市，污染风险高，大气SO2环境容量处于饱和状态，是限制宜宾经济发展的重要原因。2009~2012年宜宾城区范围内PM10年均浓度上升明显，成为影响城区大气环境最主要的污染物，尤其在降水量较少的冬季，持续影响时间长。影响大气PM10浓度的因素很多，其中就有工业排放的烟(粉)尘。2010年宜宾电力、热力生产、建材、化工和造纸等行业的企业数量最多，烟(粉)尘排放总量也出现峰值(表1)，这些产业的迅猛发展是导致工业烟(粉)尘排放量增长的重要原因。2011年PM10年均浓度值为近几年最低，宜宾城区空气质量在此期间整体好于其他年份。4.2.当前空气质量状况及变化趋势监测结果显示，宜宾城区在11月至次年3月，轻微及以上大气污染(API100)天数明显多于其它月份，且污染多发生在1月、3月和11月，夏季的空气质量优良。这样的发生规律主要原因在于宜宾独特的气候条件不利于污染物的扩散消除，宜宾平均风速低，静风频率高，冬季尤为明显，一年内降水集中在夏季，冬季平均降水量仅占全年的10%左右。2013年度1~3月由PM10引起的空气污染天数突增，为最近六个年度全部污染天数近一半，一方面是因为宜宾地区工业排放的烟(粉)尘和其它污染物总量的增加，另一方面受到四川盆地其它地区排放量增加的影响。宜宾城区五个监测点中，菜坝监测点离工业园区较远，片区内居民活动也很少，受污染程度轻；江北监测点附近的五粮液工业园区以酿酒产业为主，产生的大气污染物较少；旧城和南岸监测点所在片区属中心城区，三面环山，距离临港经济开发区和盐坪坝等工业园区较近，受污染物影响程度较高；翠柏监测点受附近的黄桷庄火电厂影响较大。宜宾城区周边工业园区大多处在发展阶段，园区内产业发展较快，今后几年还将引进新的工业企业以扩大发展，同时宜宾工业对原煤的消费量不断减少[9]。预计今后几年可吸入颗粒物对宜宾空气质量影响仍然会是最大的，而受SO2的影响可能会有所减小。宜宾城区也很可能再次出现较前几年度相比污染天数增多的情况。5.结论优良的空气质量是城市居民健康及产业可持续发展的重要保证，四川宜宾城区周边紧密分布的几个工业园区内的部分产业属于高污染、高能耗产业。对城区大气环境产生最大影响的是烟(粉)尘、二氧化硫，其次是氮氧化物、挥发性有机污染物和其它一些有毒有害气体，受烟(粉)尘的影响逐渐加重。由于地理和气候等因素，空气污染易发生在11月至次年3月，2012年冬季以来空气质量相比前几年度有恶化趋势。为了营造的优良城