徐 潔，李 丹，張明明，閻守政，馮詩婧

（大連市環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 大連 116023）

2014年大連星海三站點位空氣污染原因分析

徐 潔，李 丹，張明明，閻守政，馮詩婧

（大連市環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 大連 116023）

對2014年大連星海三站點位污染物濃度和污染日特征進行了分析。結果表明：星海三站點位采暖期顆粒物和二氧化硫污染較重，主要是受冬季采暖和區(qū)域性污染影響；臭氧在非采暖期尤其是7月污染較重，主要是太陽輻射加劇了光化學反應，使臭氧的轉化率增高；二氧化氮濃度居高不下，主要受持續(xù)性工業(yè)污染及機動車尾氣排放的影響。

空氣質量；污染物；污染日；污染原因；污染源；氣象因素

近幾年，空氣質量分析多以城市區(qū)域分析為主，例如韓立達等[1]對2013年大連地區(qū)空氣質量污染日特征和成因進行了分析，但對于單獨點位的精細化分析較少。單獨點位的分析能夠避免區(qū)域分析的平均效應，更為細致和準確地分析空氣質量與污染源和氣象因素的關系。大連星海三站點位為大連國控10個大氣自動監(jiān)測點位之一，2014年該點位在國控10個點位中的空氣質量綜合指數(shù)排名第五，基本可以代表10個點位的平均水平。因此，本研究以星海三站點位為代表分析其污染的規(guī)律及成因，以便為其他點位的分析提供借鑒，為大連市的大氣污染防治提供參考和依據(jù)。

星海三站點位（經(jīng)度：121°33′50″，緯度：38°53′06″） 位于大連沙河口區(qū)，美麗的星海公園北側，周邊多為居民區(qū)。該點位始建于1985年底，為大連第一批大氣自動監(jiān)測點位，從最初的大氣三項污染物監(jiān)測到2012年9月起監(jiān)測大氣六項污染物。2013年底，在點位北側100 m處，又建立了大氣復合污染自動監(jiān)測室（簡稱超級站），筆者同時借助于超級站的監(jiān)測結果以更全面地分析星海三站點位的空氣污染規(guī)律及污染原因。

1 空氣污染現(xiàn)狀及變化規(guī)律

1.1 污染現(xiàn)狀

2014年星海三站點位空氣中可吸入顆粒物濃度均值為88 μg/m3，超出二級標準（GB 3095-2012，下同） 0.26倍，細顆粒物濃度均值為57 μg/m3，超出二級標準0.63倍，二氧化硫濃度均值為40 μg/m3，二氧化氮濃度均值為34 μg/m3，一氧化碳第95百分位濃度為1.4 μg/m3，臭氧最大8 h平均的第90百分位濃度為151 μg/m3，均符合二級標準。與2013年相比，二氧化硫和一氧化碳濃度略有下降，可吸入顆粒物、細顆粒物、臭氧和二氧化氮均不同程度升高。

2014年星海三站點位空氣質量按照AQI評價結果，優(yōu)的天數(shù)為28 d，良的天數(shù)為194 d，輕度污染為82 d，中度污染以上為33 d；首要污染物細顆粒物占45.3%（其中中度污染以上時占91%），可吸入顆粒物占20.4%，臭氧占19.7%，二氧化硫占11.3%，二氧化氮占6.5%。星海三站點位優(yōu)良天數(shù)合計為222 d，優(yōu)良率為65.9%；與2013年相比，優(yōu)的天數(shù)減少54 d，輕度污染以上天數(shù)增加28 d，優(yōu)良率下降10.3個百分點。

1.2 各項污染物月際變化規(guī)律

1.2.1 各項污染物濃度月際變化

2014年星海三站點位各項污染物月際變化詳見圖1。從圖1可以看到，兩項顆粒物12個月的變化趨勢基本一致，污染集中在1～3月和11月，可吸入顆粒物最高月份為1月，均值為115 μg/m3，超出二級標準0.64倍；9月測值最低，為53 μg/m3，符合二級標準，最高與最低月均值的比為2.17。細顆粒物最高月份為11月，均值為80 μg/m3，超出二級標準1.29倍；9月測值最低，為34 μg/m3，符合二級標準，最高與最低月均值的比為2.35。12月相對而言月濃度均值不是很高，但出現(xiàn)了有AQI評價以來唯一的1 d嚴重污染（首要污染物為細顆粒物）。二氧化氮12個月變化趨勢不明顯，最高月份為11月，均值為58 μg/m3，超出二級標準0.45倍；9月測值最低，為21 μg/m3，符合二級標準，最高與最低月均值的比為2.76。臭氧日最大8 h平均第90百分位的最大值出現(xiàn)在7月，為224 μg/m3，超出二級標準0.40倍；12月測值最低，為51 μg/m3，符合二級標準。二氧化硫12個月變化趨勢顯著，冬季采暖期明顯偏高，最高月份為1月，均值為90 μg/m3，超出二級標準0.50倍；6月測值最低，為4 μg/m3，遠遠低于二級標準，最高與最低月均值的比為22.50，遠遠高于其他項目，說明冬季采暖期的二氧化硫污染仍不容忽視。

圖1 2014年星海三站點位各項污染物月變化曲線

1.2.2 中度污染以上污染日的月分布

2014年星海三站點位中度污染以上污染日在1年的各月中主要分布在采暖期的5個月（見表1），共有21 d，占全年中度污染以上污染日的64%；從首要污染物分析，主要為細顆粒物，占91%，其次為臭氧，占9%，臭氧為首要污染物的3 d均出現(xiàn)在7月份。

1.3 各項污染物24 h變化規(guī)律

依據(jù)以上分析可以看到，星海三站點位空氣污染物中顆粒物和二氧化硫濃度，在采暖期的污染遠高于非采暖期，因此，在分析各項污染物的24 h的變化規(guī)律時，分別分析采暖期和非采暖期的變化規(guī)律。

星海三站點位各項污染物采暖期和非采暖期24 h的變化見圖2和圖3。

圖2 采暖期24 h變化曲線

圖3 非采暖期24 h變化曲線

從采暖期24 h變化曲線可以看到，兩項顆粒物沒有明顯的變化趨勢，二氧化氮在早、晚的采暖和交通高峰略有升高，臭氧在早晨7:00~10:00有一個明顯的下降，13:00~18:00有一個峰值，二氧化硫在早晨6:00~11:00，晚上19:00~22:00有兩個明顯的峰值，且均超出二級標準年平均值，8:00的最高峰值已經(jīng)超出二級標準日平均值。從非采暖期24 h變化曲線可以看到，兩項顆粒物沒有明顯的變化趨勢，二氧化氮的變化與采暖期基本一致，臭氧在早晨的下降收窄，在下午的峰值明顯擴大（13:00~20:00），二氧化硫變化曲線幾乎為一條直線。

從采暖期和非采暖期的對比可以看到，臭氧在非采暖期明顯偏高，其他項目在非采暖期曲線均下移，特別是二氧化硫采暖期的污染特征明顯，非采暖期24 h幾乎沒有變化，且濃度值下降明顯。

1.4 各項污染物年際變化規(guī)律

以歷史數(shù)據(jù)較長的可吸入顆粒物、二氧化硫和二氧化氮為例，分析星海三站點位10年來空氣污染的年際變化，詳見圖4。2005—2009年可吸入顆粒物濃度均值呈不穩(wěn)定下降趨勢，2009—2014年呈明顯上升趨勢；2005—2014年二氧化硫濃度均值為不穩(wěn)定下降趨勢，二氧化氮濃度均值沒有穩(wěn)定的變化趨勢。

圖4 星海三站點位空氣三項污染物年際變化曲線

2 空氣污染原因分析

2.1 污染源

2.1.1 本地源

星海三站點位周邊污染源，北側距離點位300 m左右為一企業(yè)的2 t小鍋爐，西北側偏北為房產(chǎn)采暖鍋爐。西北側偏西為肉聯(lián)廠鍋爐，正西側為大連發(fā)電廠五一路鍋爐，西南側為城建開發(fā)的兩處采暖鍋爐，東北側為大連發(fā)電廠蘭亭山水鍋爐，周邊這些鍋爐多為冬季采暖鍋爐，所以在采暖季節(jié)對點位的空氣質量影響較大，特別是對二氧化硫和顆粒物的影響較大（圖2）。另外，點位西側100 m左右為一條東南—西北走向的街道，點位南側500 m左右為交通干線中山路，車流量逐年增大，在早、晚交通高峰期擁堵時間較長，對點位的二氧化氮污染有一定影響。

2.1.2 區(qū)域污染

據(jù)中國氣象局發(fā)布的《2014年中國氣候公報》顯示，2014年影響我國的冷空氣勢力總體偏弱，風速偏小，氣溫偏高，大氣污染擴散氣象條件總體很差。冬半年我國中東部平均風速1.9 m/s，較常年偏小5%，大氣環(huán)境容量下降，導致霧霾天氣增多，同樣對星海三站點位的空氣質量產(chǎn)生影響，也是該點位的顆粒物一直居高不下的原因之一。

2.2 氣象因素

2014年以中度以上污染為例，說明各個氣象因子對點位監(jiān)測結果的影響（表1）。

2.2.1 風向和風速

在中度污染以上的33 d中，大連地面風向以偏南和偏西風為主，其中地面風向為北風或東北風的7 d，其850 hpa的風向亦多為偏西或偏南風。據(jù)《2014年中國氣候公報》報告，2014年京津冀的大氣環(huán)境容量較常年偏低10%，致使空氣污染物不斷累積，霧霾多發(fā)，因此，星海三站點位受到京津冀區(qū)域性污染的影響較大，特別是在本地風速偏低時更易出現(xiàn)污染日。

2.2.2 太陽總輻射、UV輻射和氣溫

UV輻射、太陽總輻射和氣溫與臭氧的濃度呈現(xiàn)正相關，臭氧日最大8 h平均超標的4 d，均出現(xiàn)在7月份，主要由于高溫和較強的日照下，太陽輻射使光化學反映強烈，臭氧的轉化效率增高[2，3]。由非采暖期的臭氧日變化曲線圖3也可以看到，下午太陽輻射較強的時段臭氧出現(xiàn)明顯的峰值。

表1 2014年星海三站點位中度污染以上污染日

2.2.3 相對濕度

國內許多研究表明，當大氣相對濕度較高時，硫酸鹽和硝酸鹽易吸濕增長，有利于二次顆粒物的生成，促進霧霾的形成[4-6]。從表1可以看到，中度污染以上的33 d，相對濕度均偏高，平均為81%，相對濕度均大于60%，即在無有效降水的天氣，相對濕度偏高，污染亦偏高。

3 結論

通過對星海三站點位各項污染物濃度月變化、24 h變化規(guī)律進行分析，并結合超級站數(shù)據(jù)分析污染日特征，從污染源和氣象因素兩方面分析了該點位空氣污染原因，結論如下：

3.1 首要污染物

按照AQI評價結果，2014年星海三站點位空氣質量優(yōu)良率為65.9%；首要污染物細顆粒物占45.3%（其中中度污染以上時占91%），可吸入顆粒物和臭氧各占20%左右。

3.2 污染規(guī)律及污染原因

2014年星海三站點位空氣質量月際變化中，顆粒物和二氧化硫污染主要集中1～3月和11月，說明冬季采暖和區(qū)域性的污染對該點位影響很大；24 h變化中，二氧化硫采暖期呈現(xiàn)明顯的雙峰特征，且采暖期污染遠遠高于非采暖期；臭氧在非采暖期特別是在7月污染較重，24 h變化中，在13:00~18:00出現(xiàn)明顯峰值，說明太陽輻射使光化學反應加劇，導致了二次污染，臭氧的轉化率增高；二氧化氮采暖期略高于非采暖期，且月際變化規(guī)律不明顯，說明二氧化氮污染主要受全年持續(xù)性工業(yè)污染及機動車尾氣排放影響。

3.3 其他氣象因素

在本地源污染物排放總量不變的情況下，對星海三站點位而言，氣象因素對空氣質量的影響主要體現(xiàn)在偏西及偏南風時，同時地面和850 hpa風速偏低時，均會導致空氣污染加重；在無有效降水的情況下，相對濕度越高，污染越嚴重。

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（編輯：程 ?。?/p>

表1 廢液處理措施及其優(yōu)缺點

美國佛羅里達的Ecosphere公司提出了返排液氧化處理技術，該公司用以臭氧為主的凈化系統(tǒng)，使用臭氧對返排液帶出來的有害物質進行處理。運用此技術，理論上每分鐘最高可處理1.9× 104m3的水。在實際情況中，也可根據(jù)現(xiàn)場的具體情況進行處理，在機械疲勞范圍內變化返排液的處理速率，從而滿足不同的施工要求。作為創(chuàng)新方法，臭氧處理技術不僅可以增加返排液的利用率，減少對環(huán)境污染，而且可以降低壓裂成本，為公司帶來更高效益。

我國延長石油集團研究院也研發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權的返排液處理設備。針對不同的壓裂工藝所產(chǎn)生的返排液，該設備能自動采取相應的措施進行處理，并且根據(jù)該設備處理后的返排液水質重新進行壓裂液的配置。該技術很好地處理了頁巖氣開發(fā)中返排液污染的問題，節(jié)約壓裂成本，保護地下水資源，對我國的頁巖氣工業(yè)有著積極的影響。

4 結論

頁巖氣的開發(fā)可緩解我國的油氣資源內部供應不足的問題，在一定程度上讓我國能源形式處于安全位置，同時也能滿足我國經(jīng)濟發(fā)展需求。但在國際頁巖氣開發(fā)風潮中，需更加清楚地認識頁巖氣開發(fā)對地下水資源帶來的破壞。在目前的技術條件下，應積極處理好返排污水，使其對環(huán)境的影響降到最低點；同時也應積極地開展科技創(chuàng)新，研究出新方法來替代水力壓裂技術，從而保護生態(tài)環(huán)境。

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（編輯：周利海）

Reason Analysis on Air Pollution of Xinghaisanzhan Site in Dalian City in 2014

Xu Jie,Li Dan,Zhang Mingming,Yan Shouzheng,Feng Shijing
（Dalian Environmental Monitoring Center,Dalian Liaoning 116023,China）

Analyzed the pollutants'concentration and the air quality pollution days'features of Xinghaisanzhan site in Dalian for 2014.It was concluded that,the higher pollution of particulate matter and sulfur dioxide in heating period was mainly affected by the heating in winter and regional pollution;the higher pollution of ozone in non-heating period,especially in July,revealed that solar radiation promoted the photochemical reaction and increased the conversion rate of ozone;the high concentration of Nitrogen dioxide,was mainly affected by the sostenuto industrial pollution and motor vehicle exhaust.

air quality；pollutants；pollution days；features；pollution reasons；pollution source；meteorological factors

X831

A

1008-813X（2015）02-0051-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.02.15

2015-03-16

徐潔（1988-），女，安徽宿州人，畢業(yè)于大連理工大學應用化學專業(yè)，助理工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。