2014年大连星海三站点位空气污染原因分析

徐 洁，李 丹，张明明，阎守政，冯诗婧

（大连市环境监测中心，辽宁 大连 116023）

2014年大连星海三站点位空气污染原因分析

徐 洁，李 丹，张明明，阎守政，冯诗婧

（大连市环境监测中心，辽宁 大连 116023）

对2014年大连星海三站点位污染物浓度和污染日特征进行了分析。结果表明：星海三站点位采暖期颗粒物和二氧化硫污染较重，主要是受冬季采暖和区域性污染影响；臭氧在非采暖期尤其是7月污染较重，主要是太阳辐射加剧了光化学反应，使臭氧的转化率增高；二氧化氮浓度居高不下，主要受持续性工业污染及机动车尾气排放的影响。

空气质量；污染物；污染日；污染原因；污染源；气象因素

近几年，空气质量分析多以城市区域分析为主，例如韩立达等[1]对2013年大连地区空气质量污染日特征和成因进行了分析，但对于单独点位的精细化分析较少。单独点位的分析能够避免区域分析的平均效应，更为细致和准确地分析空气质量与污染源和气象因素的关系。大连星海三站点位为大连国控10个大气自动监测点位之一，2014年该点位在国控10个点位中的空气质量综合指数排名第五，基本可以代表10个点位的平均水平。因此，本研究以星海三站点位为代表分析其污染的规律及成因，以便为其他点位的分析提供借鉴，为大连市的大气污染防治提供参考和依据。

星海三站点位（经度：121°33′50″，纬度：38°53′06″） 位于大连沙河口区，美丽的星海公园北侧，周边多为居民区。该点位始建于1985年底，为大连第一批大气自动监测点位，从最初的大气三项污染物监测到2012年9月起监测大气六项污染物。2013年底，在点位北侧100 m处，又建立了大气复合污染自动监测室（简称超级站），笔者同时借助于超级站的监测结果以更全面地分析星海三站点位的空气污染规律及污染原因。

1 空气污染现状及变化规律

1.1 污染现状

2014年星海三站点位空气中可吸入颗粒物浓度均值为88 μg/m3，超出二级标准（GB 3095-2012，下同） 0.26倍，细颗粒物浓度均值为57 μg/m3，超出二级标准0.63倍，二氧化硫浓度均值为40 μg/m3，二氧化氮浓度均值为34 μg/m3，一氧化碳第95百分位浓度为1.4 μg/m3，臭氧最大8 h平均的第90百分位浓度为151 μg/m3，均符合二级标准。与2013年相比，二氧化硫和一氧化碳浓度略有下降，可吸入颗粒物、细颗粒物、臭氧和二氧化氮均不同程度升高。

2014年星海三站点位空气质量按照AQI评价结果，优的天数为28 d，良的天数为194 d，轻度污染为82 d，中度污染以上为33 d；首要污染物细颗粒物占45.3%（其中中度污染以上时占91%），可吸入颗粒物占20.4%，臭氧占19.7%，二氧化硫占11.3%，二氧化氮占6.5%。星海三站点位优良天数合计为222 d，优良率为65.9%；与2013年相比，优的天数减少54 d，轻度污染以上天数增加28 d，优良率下降10.3个百分点。

1.2 各项污染物月际变化规律

1.2.1 各项污染物浓度月际变化

2014年星海三站点位各项污染物月际变化详见图1。从图1可以看到，两项颗粒物12个月的变化趋势基本一致，污染集中在1～3月和11月，可吸入颗粒物最高月份为1月，均值为115 μg/m3，超出二级标准0.64倍；9月测值最低，为53 μg/m3，符合二级标准，最高与最低月均值的比为2.17。细颗粒物最高月份为11月，均值为80 μg/m3，超出二级标准1.29倍；9月测值最低，为34 μg/m3，符合二级标准，最高与最低月均值的比为2.35。12月相对而言月浓度均值不是很高，但出现了有AQI评价以来唯一的1 d严重污染（首要污染物为细颗粒物）。二氧化氮12个月变化趋势不明显，最高月份为11月，均值为58 μg/m3，超出二级标准0.45倍；9月测值最低，为21 μg/m3，符合二级标准，最高与最低月均值的比为2.76。臭氧日最大8 h平均第90百分位的最大值出现在7月，为224 μg/m3，超出二级标准0.40倍；12月测值最低，为51 μg/m3，符合二级标准。二氧化硫12个月变化趋势显著，冬季采暖期明显偏高，最高月份为1月，均值为90 μg/m3，超出二级标准0.50倍；6月测值最低，为4 μg/m3，远远低于二级标准，最高与最低月均值的比为22.50，远远高于其他项目，说明冬季采暖期的二氧化硫污染仍不容忽视。

图1 2014年星海三站点位各项污染物月变化曲线

1.2.2 中度污染以上污染日的月分布

2014年星海三站点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个月（见表1），共有21 d，占全年中度污染以上污染日的64%；从首要污染物分析，主要为细颗粒物，占91%，其次为臭氧，占9%，臭氧为首要污染物的3 d均出现在7月份。

1.3 各项污染物24 h变化规律

依据以上分析可以看到，星海三站点位空气污染物中颗粒物和二氧化硫浓度，在采暖期的污染远高于非采暖期，因此，在分析各项污染物的24 h的变化规律时，分别分析采暖期和非采暖期的变化规律。

星海三站点位各项污染物采暖期和非采暖期24 h的变化见图2和图3。

图2 采暖期24 h变化曲线

图3 非采暖期24 h变化曲线

从采暖期24 h变化曲线可以看到，两项颗粒物没有明显的变化趋势，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有一个明显的下降，13:00~18:00有一个峰值，二氧化硫在早晨6:00~11:00，晚上19:00~22:00有两个明显的峰值，且均超出二级标准年平均值，8:00的最高峰值已经超出二级标准日平均值。从非采暖期24 h变化曲线可以看到，两项颗粒物没有明显的变化趋势，二氧化氮的变化与采暖期基本一致，臭氧在早晨的下降收窄，在下午的峰值明显扩大（13:00~20:00），二氧化硫变化曲线几乎为一条直线。

从采暖期和非采暖期的对比可以看到，臭氧在非采暖期明显偏高，其他项目在非采暖期曲线均下移，特别是二氧化硫采暖期的污染特征明显，非采暖期24 h几乎没有变化，且浓度值下降明显。

1.4 各项污染物年际变化规律

以历史数据较长的可吸入颗粒物、二氧化硫和二氧化氮为例，分析星海三站点位10年来空气污染的年际变化，详见图4。2005—2009年可吸入颗粒物浓度均值呈不稳定下降趋势，2009—2014年呈明显上升趋势；2005—2014年二氧化硫浓度均值为不稳定下降趋势，二氧化氮浓度均值没有稳定的变化趋势。

图4 星海三站点位空气三项污染物年际变化曲线

2 空气污染原因分析

2.1 污染源

2.1.1 本地源

星海三站点位周边污染源，北侧距离点位300 m左右为一企业的2 t小锅炉，西北侧偏北为房产采暖锅炉。西北侧偏西为肉联厂锅炉，正西侧为大连发电厂五一路锅炉，西南侧为城建开发的两处采暖锅炉，东北侧为大连发电厂兰亭山水锅炉，周边这些锅炉多为冬季采暖锅炉，所以在采暖季节对点位的空气质量影响较大，特别是对二氧化硫和颗粒物的影响较大（图2）。另外，点位西侧100 m左右为一条东南—西北走向的街道，点位南侧500 m左右为交通干线中山路，车流量逐年增大，在早、晚交通高峰期拥堵时间较长，对点位的二氧化氮污染有一定影响。

2.1.2 区域污染

据中国气象局发布的《2014年中国气候公报》显示，2014年影响我国的冷空气势力总体偏弱，风速偏小，气温偏高，大气污染扩散气象条件总体很差。冬半年我国中东部平均风速1.9 m/s，较常年偏小5%，大气环境容量下降，导致雾霾天气增多，同样对星海三站点位的空气质量产生影响，也是该点位的颗粒物一直居高不下的原因之一。

2.2 气象因素

2014年以中度以上污染为例，说明各个气象因子对点位监测结果的影响（表1）。

2.2.1 风向和风速

在中度污染以上的33 d中，大连地面风向以偏南和偏西风为主，其中地面风向为北风或东北风的7 d，其850 hpa的风向亦多为偏西或偏南风。据《2014年中国气候公报》报告，2014年京津冀的大气环境容量较常年偏低10%，致使空气污染物不断累积，雾霾多发，因此，星海三站点位受到京津冀区域性污染的影响较大，特别是在本地风速偏低时更易出现污染日。

2.2.2 太阳总辐射、UV辐射和气温

UV辐射、太阳总辐射和气温与臭氧的浓度呈现正相关，臭氧日最大8 h平均超标的4 d，均出现在7月份，主要由于高温和较强的日照下，太阳辐射使光化学反映强烈，臭氧的转化效率增高[2，3]。由非采暖期的臭氧日变化曲线图3也可以看到，下午太阳辐射较强的时段臭氧出现明显的峰值。

表1 2014年星海三站点位中度污染以上污染日

2.2.3 相对湿度

国内许多研究表明，当大气相对湿度较高时，硫酸盐和硝酸盐易吸湿增长，有利于二次颗粒物的生成，促进雾霾的形成[4-6]。从表1可以看到，中度污染以上的33 d，相对湿度均偏高，平均为81%，相对湿度均大于60%，即在无有效降水的天气，相对湿度偏高，污染亦偏高。

3 结论

通过对星海三站点位各项污染物浓度月变化、24 h变化规律进行分析，并结合超级站数据分析污染日特征，从污染源和气象因素两方面分析了该点位空气污染原因，结论如下：

3.1 首要污染物

按照AQI评价结果，2014年星海三站点位空气质量优良率为65.9%；首要污染物细颗粒物占45.3%（其中中度污染以上时占91%），可吸入颗粒物和臭氧各占20%左右。

3.2 污染规律及污染原因

2014年星海三站点位空气质量月际变化中，颗粒物和二氧化硫污染主要集中1～3月和11月，说明冬季采暖和区域性的污染对该点位影响很大；24 h变化中，二氧化硫采暖期呈现明显的双峰特征，且采暖期污染远远高于非采暖期；臭氧在非采暖期特别是在7月污染较重，24 h变化中，在13:00~18:00出现明显峰值，说明太阳辐射使光化学反应加剧，导致了二次污染，臭氧的转化率增高；二氧化氮采暖期略高于非采暖期，且月际变化规律不明显，说明二氧化氮污染主要受全年持续性工业污染及机动车尾气排放影响。

3.3 其他气象因素

在本地源污染物排放总量不变的情况下，对星海三站点位而言，气象因素对空气质量的影响主要体现在偏西及偏南风时，同时地面和850 hpa风速偏低时，均会导致空气污染加重；在无有效降水的情况下，相对湿度越高，污染越严重。

[1]韩立达，王晓雯，纪德钰，等.浅析大连市空气质量污染日特征及成因[J].中国环境管理干部学院学报，2014，24（5）：53-55，69.

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[3]唐孝炎，张远航，邵敏.大气环境化学[M].北京：高等教育出版社，2006.

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[6]朱彤等，尚静，赵德峰.大气复合污染及灰霾形成中非均相化学过程的作用[J].中国科学：化学，2010，40（12）：1731-1740.

（编辑：程 俊）

表1 废液处理措施及其优缺点

美国佛罗里达的Ecosphere公司提出了返排液氧化处理技术，该公司用以臭氧为主的净化系统，使用臭氧对返排液带出来的有害物质进行处理。运用此技术，理论上每分钟最高可处理1.9× 104m3的水。在实际情况中，也可根据现场的具体情况进行处理，在机械疲劳范围内变化返排液的处理速率，从而满足不同的施工要求。作为创新方法，臭氧处理技术不仅可以增加返排液的利用率，减少对环境污染，而且可以降低压裂成本，为公司带来更高效益。

我国延长石油集团研究院也研发出了具有自主知识产权的返排液处理设备。针对不同的压裂工艺所产生的返排液，该设备能自动采取相应的措施进行处理，并且根据该设备处理后的返排液水质重新进行压裂液的配置。该技术很好地处理了页岩气开发中返排液污染的问题，节约压裂成本，保护地下水资源，对我国的页岩气工业有着积极的影响。

4 结论

页岩气的开发可缓解我国的油气资源内部供应不足的问题，在一定程度上让我国能源形式处于安全位置，同时也能满足我国经济发展需求。但在国际页岩气开发风潮中，需更加清楚地认识页岩气开发对地下水资源带来的破坏。在目前的技术条件下，应积极处理好返排污水，使其对环境的影响降到最低点；同时也应积极地开展科技创新，研究出新方法来替代水力压裂技术，从而保护生态环境。

参考文献

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（编辑：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

徐洁（1988-），女，安徽宿州人，毕业于大连理工大学应用化学专业，助理工程师，主要从事环境监测工作。