大气复合污染现状及对策范文

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《经纬天地》2017年第4期

摘要：运用灰色聚类法评价温岭市空气污染较为集中的月份的空气质量，以2013年10月、11月和12月以及2014年1月、3月和4月为例详细分析空气质量变化趋势和其中每一天的PM2.5和O3浓度的变化趋势。结合污染源普查数据，对影响空气质量的因素进行剖析，提出了大气复合污染防控的对策。

关键词：灰色聚类法；变化趋势；污染源普查；大气复合污染

大气复合污染是一种以SO2、NOx和PM10等为主的一次污染物与以PM2.5和O3为主的二次污染物并存的复合型大气污染状况，往往伴随灰霾和光化学烟雾等恶劣天气情况［1］。近年来的研究显示PM2.5对人体呼吸系统和心血管健康等方面都会产生一定的影响［2-5］，因而分析一个城市的PM2.5浓度的时间变化规律对于城市里心脏病、呼吸系统疾病患者做好防护有一定的意义。灰色聚类是根据灰色关联矩阵或灰数的白化权函数将一些观测指标或观测对象聚集成若干个可以定义类别的方法［6］。已有分析［7］显示温岭市空气质量超标的天数主要集中在冬季的12月和1月，春季的3月和4月，秋季的10月和11月，本文旨在运用灰色聚类法分析上述月份空气质量变化趋势，并分析上述月份中每一天的PM2.5和O3浓度的变化趋势，结合污染源普查数据，对影响空气质量的因素进行详细剖析，有针对性的提出大气复合污染防控的对策。

1评价方法

1.1数据来源

选用本地环保大楼空气自动站2013年10月、2013年11月、2013年12月、2014年1月、2014年3月、2014年4月六个月的数据来进行分析，极少数缺失数据用三次样条插值的办法补齐（Matlab程序中的spline函数）。以2013年10月、2013年11月作为秋季超标集中月份，2013年12月、2014年1月作为冬季超标集中月份，2014年3月、2014年4月作为春季超标集中月份。

1.2聚类因子的选取

聚类指标仅选择SO2、NO2、PM10、PM2.5四项，因为：（1）从上述6个月份的数据看，CO日均值浓度都符合一级标准，O38h滑动平均的日均值浓度基本上都符合二级标准，且二者的变幅均很小；（2）主要目的是通过灰色聚类法获取空气质量超标月份空气质量的变化趋势，而非不同评价方法的比较。1.3灰色聚类分析由于各指标量纲及代表意义均不同，先采用均值化法［8］对各聚类指标和《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中各指标灰类值进行标准化处理。将2013年10月、2013年11月、2013年12月、2014年1月、2014年3月、2014年4月中的每一天作为聚类对象，将SO2、NO2、PM10、PM2.5作为聚类指标，依据评价标准将空气质量分为4个灰类，对经标准化处理后的聚类指标进行聚类分析。

2空气质量变化趋势剖析

2.1空气质量评价

3类和4类的天气应该是空气污染相对较重的类别，因而应重点关注3类或4类天气连续分布的时段。2013年10月在第2天出现4类的天气，而在第6天和第8天出现1类的天气，在10月20日至27日出现了3类天气连续分布的形态；2013年11月绝多数2类的天气集中分布在上半月，1类天气则出现在第2天和第13天，也在上半月，而3类的天气集中分布在下半月，4类的天气则出现在第16、23、24天，也在下半月，这说明2013年11月下半月空气质量变差，在11月15日到24日出现3类或4类天气连续分布的形态；2013年12月2类和3类的天气基本呈现交替分布的形态，空气质量最差的天气出现在第7天和第8天，为4类，最好则出现在第16日到第18日，为1类，没有发现3类或4类天气连续4天以上分布的情形；2014年1月4类天气出现在第4、5、18、31天，未发现1类天气，1月18日至21日出现连续4天3类或4类天气连续分布的形态；2014年3月4类天气出现在第28天，未发现1类的天气，3月13日至20日出现了3类天气连续分布的形态；2014年4月4类天气出现在第18天和第30天，2类与3类的天气交替出现，未发现3类或4类天气连续4天以上分布的形态，未发现有1类的天气。

2.2主要二次颗粒物变化趋势剖析

温岭市空气污染较重月份主要二次污染物的变化趋势见图1。2013年10月PM2.5和O3日均值浓度呈现非常相似的波动形态，PM2.5日均值浓度的峰值出现在第2天、第12天、第22天、第27天，而O3日均值浓度的峰值出现在第2天、第12天、第21天、第24天、第26天；PM2.5日均值浓度的谷值出现在第4天、第7天、第19天、第25天、第28天，而O3日均值浓度的谷值出现在第3天、第6天、第18天、第25天、第30天，可见两者有很多的峰值与谷值出现在同一天或相互邻近的几天，波动规律近似于“上升-下降-上升-下降-上升-下降”曲折往复的形态。2013年11月，PM2.5日均值浓度的峰值出现在第1天、第4天、第7天、第16天、第19天、第23天、第27天，O3日均值浓度的峰值则出现在第1天、第4天、第7天、第22天；PM2.5日均值浓度的谷值出现在第2天、第5天、第13天、第18天、第21天、第25天，O3日均值浓度的谷值则出现在第3天、第6天、第9天、第24天、第27天。第1天至第9天，PM2.5与O3呈现几乎一致的波动形态，两者很多峰值与谷值出现在同一天或相邻几天，从第10天开始O3浓度变幅均很小一直持续至第21天，而PM2.5则宽幅波动，在第13天、第18天出现谷值，在第16天出现明显峰值，在第22天开始，O3开始出现波动，日均值浓度先上升出现峰值，后两天连续下降在第24天出现谷值，而后则呈现近似于“M”型的变化趋势。在第22天开始，PM2.5呈现宽幅震荡，变化急剧，第23天达到峰值（0.116mg/m3）后，在第25天骤然下降达到谷值（0.029mg/m3），此后两天其值逐日上升，而后又窄幅波动。2013年12月，PM2.5日均值浓度峰值出现在第7天、第13天、第21天、第26天，谷值则出现在第17天、第22天、第28天。O3日均值浓度则在0.068～0.100mg/m3范围内窄幅波动。从第1天到第7天，PM2.5日均值浓度呈逐日上升的趋势，直至第7天达到一很高的峰值（0.309mg/m3），这提示这段时间有较重的空气污染，第7天后其浓度值逐渐下降，到第11天起开始恢复常态，呈现“上升―下降―上升―下降―上升―下降―上升”曲折往复的变化趋势。2014年1月，PM2.5日均值浓度的峰值出现在第5天、第19天、第26天、第31天，谷值则出现在第12天、第24天、第27天。O3日均值浓度则在0.056～0.099mg/m3范围内窄幅波动。该月PM2.5的变化呈现与上月第11天起至月末相似的波动形态，即类似于“上升―下降―上升―下降―上升―下降―上升”循环往复的七段。2014年3月，PM2.5日均值浓度峰值出现在第11天、第19天、第28天，谷值则出现在第12天、第25天、第29天，O3日均值浓度则在0.055～0.113mg/m3范围内波动；2014年4月，PM2.5日均值浓度在0.024～0.082mg/m3范围内波动，O3日均值浓度在0.057～0.118mg/m3范围内波动。

3影响因素分析

影响本市环境空气质量的主要污染源有交通源、生活源、工业源和农业源。工业源主要有燃煤锅炉和工业窑炉的烟尘、SO2、NOx排放，从温岭市第一次全国污染源普查结果看，烟尘排放前五位的行业分别为非金属矿物制品业、通用设备制造业、造纸及纸制品业、农副食品加工业、塑料制品业，占工业源排放总量的比例分别为25.61%、24.30%、10.31%、9.10%、7.70%，SO2排放前五位的行业分别为非金属矿物制品业、通用设备制造业、造纸及纸制品业、塑料制品业、农副食品加工业，占工业源排放总量的比例分别为29.71%、18.57%、13.55%、10.51%、8.57%，NOx排放前五位的行业分别为非金属矿物制品业、造纸及纸制品业、通用设备制造业、交通运输设备制造业、农副食品加工业，占工业源排放总量的比例分别为46.16%、12.43%、10.62%、7.51%、6.97%，工业粉尘排放前五位的行业分别为交通运输设备制造业、有色金属冶炼及压延加工业、通用设备制造业、非金属矿物制品业、化学原料及化学制品制造业，占工业源排放总量的比例分别为49.04%、19.39%、17.46%、6.02%、3.57%，烟尘与工业粉尘排放量的比例约为2.46：1。我市医化、涂装、合成革、橡胶塑料制品、印刷包装、制鞋、化纤等行业均有VOCs排放，但有关排放量的资料至今仍是空白。生活源主要有施工扬尘、道路扬尘、餐饮油烟、露天焚烧、装修和干洗废气等，调查发现生活源烟尘、SO2、NOx排放量分别仅占生活源和工业源污染物排放总量的10.2%、7.5%和10.7%；交通源主要是机动车的尾气排放，包括：黄标车、公交车、出租车等营运车辆；农业源主要有秸秆焚烧、农业氨污染、采矿粉尘。从我国沿海城市PM2.5化学组成与来源研究结果看［9］，机动车尾气排放和煤燃烧对大气PM2.5影响最大，贡献率分别为54%～75%和32%～52%，地面扬尘和二次颗粒物的贡献率次之，分别为15%～24%和15%～58%，海盐对PM2.5的影响较小，贡献率仅占5%～8%。目前我市尚未开展PM2.5的源解析工作。

4讨论

在原来单因子的评价方法下若某一因子超出3类标准值即为3类天气，在本市目前空气污染的状况相对而言可能不是很重，因而在这样的评价方法下，绝多数的天数都被判为2类，这样就难以看出空气质量的变化情况，而灰色聚类能更好的分离出3类的天数，这对于研判一个月里的空气污染变化情况尤其有意义。分析主要二次颗粒物变化趋势尤其是PM2.5的变化趋势具有很大的意义，以PM2.5峰值的分析为例，我们看到2013年10月第2天、2013年11月的第16天和第23天、2013年12月的第7天、2014年1月的第5天和第31天、2014年3月的第28天，当PM2.5出现峰值时侯，灰色聚类结果显示这些天都是4类的天气，这提示PM2.5浓度可能会在一定程度上决定空气污染的状况，而用灰色聚类来分析研判空气污染状况的结果是比较准确的。

5结论和建议

本文采用灰色聚类法评价本市空气质量，可以比较准确的研判空气污染趋势。通过观察发现本市空气污染较重的时段出现在2013年10月20日–27日、2013年11月15日–24日、2014年1月18日–21日、2014年3月13日–20日。建议对上述空气污染较重的时段进行调查，以发现哪些人类活动较为频繁，或者推进PM2.5的源解析工作以实时掌握气污染源变化情况。从我市污染源普查结果看，气污染物排放居前的行业也是煤炭消耗量较大的行业，因而推断应把污染控制的重点放在工业企业煤炭消费总量等方面，宜采取以燃气锅炉代替燃煤锅炉、以中频炉代替燃煤冲天炉等举措削减工业煤炭消费。在空气重污染时段，应加大对涉及混凝土搅拌的建材企业的无组织粉尘排放的监管力度，加大对有机废气排放较大的企业的监管力度，整治大街露天烧烤等餐饮油烟废气，加强对露天焚烧、非法燃烧烟花爆竹、秸秆焚烧等污染活动的执法监管。必要的时候实施车辆道路限行。

作者：汪浩；蔡宇峰；李萍 单位：温岭市环境保护局