安阳市颗粒物污染成因及防治对策

谢永霞，门雪燕，闫韶娟，叶晓彬

（1.河南省安阳市环境科学研究所；2.安阳市环保局，河南安阳455000）



安阳市颗粒物污染成因及防治对策

谢永霞1，门雪燕1，闫韶娟1，叶晓彬2

（1.河南省安阳市环境科学研究所；2.安阳市环保局，河南安阳455000）

摘要：从安阳市环境空气质量现状出发，分析了颗粒物的污染成因，利用WRF-CAMx空气质量模型分析安阳市空气中PM10、PM2.5的空间、行业及前体物来源，识别出优先控制的空间单元、排污行业及优先控制的污染物，提出了污染控制对策。

关键词：颗粒物；污染；成因；防治；对策

1 安阳市总体概况

1.1 区域及自然环境概况

安阳市位于河南省的最北部，地处晋、冀、豫三省交汇处，西依太行山脉与山西接壤，北隔漳河与河北省邯郸市相望，东联华北平原，与濮阳市毗邻，南与鹤壁、新乡连接，是豫北区域性中心城市，总面积5599平方公里，市区面积543.6平方公里。

1.2 社会经济发展特征

2013年安阳市人均生产总值为3.3万元，在河南省18个地级市排名第9，安阳市经济总量和人均GDP在河南省排名中等水平。

从GDP增长率来看，2013年安阳市高于同期全国平均增速7.7%。其中，第二产业远高于全国7.8%的平均增速；第一产业增速与全国平均水平持平，但第三产业增速低于全国平均增速。第二产业在三次产业结构中比重一直保持在较高水平，严重制约着安阳市空气质量的改善。

经济发展依赖于第二产业，三次产业结构不合理。2013年，安阳市生产总值1683.65亿元，其中，第一产业增加值199.2亿元，第二产业增加值966.1亿元，第三产业增加值523.4亿元，三次产业结构为11.8：57.1：31.1。第二产业比重过大，钢铁、水泥、焦化等行业工业增加值占比大。

根据安阳市能源统计年鉴，2013年安阳市全社会能源消费总量为1991.14万吨标准煤（不含滑县），2013年安阳市煤炭消耗总量约为1592.9万吨标准煤（不含滑县），人均煤耗量约为4.0吨标煤/人。安阳市能源消费总量在河南省18个地级城市中排名第3，占全省能源消费总量的8%，仅次于郑州市和洛阳市，安阳市单位面积能耗强度为0.36万吨标煤/平方公里，在河南省18个地级城市中排名第4，远高于河南省单位面积能耗强度（0.15万吨标煤/平方公里）。

2 大气环境现状

2.1 环境空气质量特征

安阳市城市环境空气质量按照“环境空气质量标准”（GB3095-2012）要求评价，安阳市2014年SO2、NO2、PM10、PM2.5年均浓度分别为56μg/m3、53μg/m3、152μg/m3、97μg/m3，PM10、PM2.5年均浓度分别为环境空气质量标准（GB3095-2012）二级浓度限值的2.2倍、2.8倍，PM10和PM2.5污染最严重，颗粒物为安阳市首要污染物。

2013年，安阳市SO2、NO2和PM10年平均浓度分别为73μg/m3、52μg/m3、155μg/m3，分别仅优于全国4.8%、8.7%、8.1%的城市，远远高于全国330个城市SO2、NO2、PM10年均浓度35.1μg/m3、32.2μg/m3、96.1μg/m3。安阳市三项主要大气污染物在全国范围均处于较高浓度水平，在地级以上城市总排名靠后。安阳市空气质量较差，处于全国下游水平，在全国排名极为靠后。

2.2 颗粒物排放与控制现状

根据本研究排放清单模型测算，安阳市2013年人为源颗粒物工业源、生活源以及机动车分别排放17.4万吨、0.3万吨以及0.8万吨。

根据排放清单测算结果，安阳市2013年工业烟粉尘排放量高达17.4万吨，单位面积烟粉尘排放强度为24吨/平方公里，远高于河南省4吨/平方公里的平均排放水平，此外，也高于周边城市邯郸（15.3吨/平方公里）和邢台（7.1吨/平方公里）的排放水平。

通过对安阳市工业企业的烟粉尘排放情况进行核算，安阳市工业烟粉尘的排放主要来自钢铁、水泥和焦化行业，三大行业的烟粉尘排放量占到工业烟粉尘总排放的78%。安阳市2013年钢铁行业排放烟粉尘11万吨，占工业烟粉尘总排放量的66%；水泥行业排放烟粉尘1.2万吨，占工业烟粉尘总排放量的7%；焦化行业排放烟粉尘1.2万吨（含钢铁联合企业炼焦），占工业烟粉尘总排放量的5.9%。

安阳市的工业烟粉尘排放主要来自钢铁、水泥以及焦化等高污染高耗能行业，目前全市钢铁产能2000万吨，水泥熟料产能550万吨、焦炭产能1000多万吨，2013年产量分别为粗钢1785万吨，熟料278万吨、水泥1436万吨、焦炭680万吨，这些企业普遍存在生产方式粗放、清洁生产水平低、管理不到位、无组织排放严重等问题。

2.3 扬尘排放与控制

根据19个降尘监测点的数据显示，安阳市2013年的城市平均降尘强度为39.7吨/月·平方公里，并且呈现春夏季节降尘量更大、西部地区降尘更为严重的季节性和空间差异性。

根据本研究的排放清单模型数据测算，安阳市的扬尘排放量为11万吨左右，对全市PM10排放总量贡献高达35%，其中，道路扬尘是安阳市最重要的扬尘贡献源，贡献率在65%左右。

3 主要大气环境问题

3.1 结构性问题突出，重化工业占主导地位

安阳市经济增加主要依赖于第二产业，2013年全市第二产业增加值达到961亿元，占生产总值的比重达到57.1%，第三产业比重仅为31.1%，且增速低于二产。安阳市主要大气污染物排放均以工业排放为主，据统计工业源排放SO2、NOX和烟粉尘分别占全市排放总量的86.6%、57.3%和97.0%。

3.2 工业布局不合理，污染包围城市

2013年安阳市纳入环境统计的废气排放企业共416家，由于缺乏系统规划，布局混乱，大量规模小、污染重的钢铁、焦化、建材、冶炼以及其他“土小”企业在城市边缘地带遍地开花，且大量工业企业集中分布于市区和位于主导风向上风向的安阳县、汤阴县，对城市形成夹击之势，严重影响了城市的环境质量。

3.3 工业污染治理水平低，超标排放时有发生

安阳市现有工业企业清洁生产水平低，污染治理设施尚不完善，污染物超标排放严重。安阳市钢铁企业规模普遍较小，年产能在200万吨以上的仅3家企业，90m2以下烧结机等应淘汰的设备仍在生产使用。钢铁企业烧结机脱硫设施投运率低，普遍存在烟气捕集设施不到位、捕集率低的现象，颗粒物控制水平低，2013年安阳市吨钢烟（粉）尘排放量为7.1kg，是全国平均水平的1.5倍。焦化总体管理粗放，地面除尘设施收尘能力不足，装煤、出焦过程无组织排放严重。安阳市仍有2条熟料生产线未安装脱硝设施，粉磨站无组织排放严重，管理水平亟待加强。此外，由于部分企业燃料含硫量较高，二氧化硫超标现象时有发生；陶瓷窑炉的氮氧化物治理尚未开展，达标排放的压力较大。

3.4 面源污染严重，综合整治力度有待加强

安阳市集中供热普及率低，大量煤炭在小锅炉、民用炉灶上燃烧，由于燃煤锅炉污染治理水平偏低，居民燃烧设施简单，烟气治理难度大，燃烧产生的污染物基本直接排放到大气中，且属于低矮面源，对环境空气质量影响较大。此外，安阳市道路运输频繁，路面破损程度大，道路机械清扫率不足50%，建筑工地随处可见，煤堆、料堆、渣堆等防风抑尘措施差，植被覆盖率不高，裸露地面硬化和绿化措施不足，导致城市扬尘污染非常严重，环境综合整治力度亟待全面加强。

3.5 环境监管能力弱，精细化管理亟待加强

环境监管力量较弱，不能满足环境监管任务需求，人员与工作量不匹配问题突出。具有环境相关专业背景的环境监察人员比例低，基层环境监管人员由于对法律法规、生产工艺、产业政策不熟悉，常出现执法不规范、监管不到位的现象。目前全市国控、省控重点源已安装在线监测装置，但受现有技术手段限制、仪器维护等影响，常发生数据缺失、不稳定或异常等情况，监测数据的准确性、稳定性有待加强。无组织排放管理粗放，钢铁、煤化工、建材等企业无组织排放严重，对监控点之外的无组织排放和跑、冒、滴、漏现象管理粗放，厂界监控管理尚处于空白阶段。预警应急能力不足，重污染天气应急管理亟待完善。

4 颗粒物污染成因分析

4.1 颗粒物来源分析方法

依据环保部《大气颗粒物来源解析技术指南（试行）》，大气颗粒物来源解析方法主要包括源清单法、源模型法和受体模型法。

安阳市大气污染特征及地理位置具有以下特征：1）安阳市PM2.5污染严重，二次颗粒物污染突出；2）安阳市地处河南、河北、山西3省交界，受外来源影响大。考虑安阳市大气污染特征，选择源清单法与源模型法相结合的方法对安阳市PM10、PM2.5进行来源分析。源模型法与源清单联合的优点主要包括：1）适宜于分析二次颗粒物来源；2）可以定量分析PM2.5跨界输送特征，识别外来源的贡献，是分析颗粒物空间来源的有效手段；3）相比于受体模型法，具有时间周期短、快速有效的优点。

4.2 大气颗粒物来源分析结果

利用WRF-CAMx空气质量模型分析安阳市空气中PM10、PM2.5的空间、行业及前体物来源，识别出优先控制的空间单元、排污行业及优先控制的污染物，为制定安阳市大气污染防治策略提供科学依据。

4.2.1 颗粒物时空分布特征

空气质量模型模拟结果表明：2013年华北平原颗粒物污染异常严重，北京至安阳的太行山东麓地区是华北地区最严重区域，其中PM2.5年均浓度大于100微克/立方米的面积约为2334平方公里，大于35微克/立方米的面积约为8.1万平方公里，模拟区域约54%的国土面积超标，且大部分集中在“北京-安阳”太行山东麓地区，其中安阳市PM2.5年均浓度为106微克/立方米，与京津冀平均97微克/立方米相比，仅低于石家庄、唐山、邯郸、保定、邢台，是整个区域污染的高值区之一；从PM2.5季节变化来看，2013年1月份京津冀及安阳市的PM2.5浓度分别为209微克/立方米、194微克/立方米，1月份为全年污染最严重的月份，与1月份风速小、扩散条件差、逆温等不利气象条件密切相关。而4、7、10月份浓度相比1月份显著降低，月均浓度分别为62微克/立方米、69微克/立方米、99微克/立方米。

4.2.2 颗粒物空间来源分析

安阳市环境空气质量评价点位包括红庙街、银杏小区、环保局和铁佛寺4个，用安阳市4个监测点位颗粒物平均浓度表征安阳市颗粒物来源分析。分析结果表明：2013年安阳市PM10年均浓度受本地源贡献约为65%，外来源贡献为35%，其中，外来源中邯郸贡献较大为9%，山东、邢台均为3%，石家庄、山西、新乡、郑州、鹤壁均为2%，其他地区合计贡献为10%左右。PM10不同月份来源存在显著差异，安阳市1月份本地源对PM10浓度贡献仅为53%，4、7、10月份本地源分别对PM10浓度贡献率为74%、76%、72%。

2013年安阳市PM2.5年均浓度受本地源贡献约49%，受外来源贡献为51%，其中外来源中邯郸贡献最大为13%，山东为5%，邢台为4%，山西、新乡、石家庄均为3%，鹤壁、保定、郑州均为2%，沧州、衡水贡献均为1%，其他地区合计贡献为12%。空间分析结果存在显著的季节差异性，安阳市1、4、7、10月份本地源对PM2.5浓度贡献率分别为37%、58%、61%、57%，1月份PM2.5浓度受外来源影响最大。由于2013年1月份华北地区PM2.5污染异常严重，其污染程度、影响范围均为历史罕见，在重污染过程中，城市间相互影响更为显著，是导致安阳市1月份外来源影响大的主要因素。

4.2.3 颗粒物行业贡献解析

将安阳市大气污染源分为电力、钢铁、焦化、水泥、其他工业、工业锅炉、生活、交通、扬尘9大类。基于WRF-CAMx模型，采用“源开关法”逐个模拟9类污染源分别对安阳市及4个空气质量监测点位PM2.5及PM10年均浓度的贡献。分析结果表明：2013年安阳市PM10年均浓度受本地源贡献约为65.52%，其中本地源中电力、钢铁、焦化、水泥、其他工业、工业锅炉、生活、交通、扬尘9类污染源对PM10年均浓度贡献率分别为1.16%、15.77%、0.02%、4.09%、1.26%、2.63%、1.08%、4.5%、35.01%，扬尘是影响安阳市PM10污染的首要污染源，其次为钢铁行业。

2013年安阳市PM2.5年均浓度受本地源贡献约为48.58%，其中本地源中电力、钢铁、焦化、水泥、其他工业、工业锅炉、生活、交通、扬尘9类污染源对PM2.5年均浓度贡献率分别为3.24%、15.46%、0.03%、4.91%、1.53%、3.05%、1.69%、11.06%、7.60%，影响安阳市PM2.5污染的行业分别为钢铁和机动车。

4.2.4 组分构成分析

根据空气质量模型模拟结果，一次PM2.5排放对安阳市PM2.5年均浓度贡献最大，达到54.8%左右，SO2、NOX、NH3、VOCs等前体物对PM2.5年均浓度贡献约为45.2%左右。因此控制安阳市PM2.5污染的最有效手段是降低工业及扬尘等一次颗粒物排放，其次应加大SO2、NOX、NH3、VOCs的排放控制，降低气态前体物转化所形成的二次颗粒物。

根据实验监测结果，安阳市大气PM2.5中占比最高的污染物是水溶性离子，各个季节的比例在43.05%～65.49%之间，夏季最高，春季次之，秋冬季节相对较低；碳质组分各个季节的比例在16.09%～23.72%，秋季最高，冬季次之，春夏季节相对较低；金属元素各个季节的比例在5.45%～7.76%，春季最高，冬季次之，春秋季节相对较低；多环芳烃类在PM2.5中有一定的占比，各个季节在0.01%～0.02%之间。PM2.5颗粒中主要的几种金属元素的含量从高到低依次为：K＞Ca＞Na＞Fe＞Al＞Zn＞Mg＞Pb。PM2.5颗粒中主要的水溶性含量按从高到低依次为：SO42-＞NO3-＞NH4+＞Cl-＞Ca2+＞K+＞Na+＞Mg2+＞F-。NO3-/SO42-的质量比平均值为0.88。致癌活性较强的几种多环芳烃，如苯并（b）荧蒽（BbF）、苯并（k）荧蒽（BkF）、茚并（1，2，3-cd）芘（IPY）、苯并（a）芘（BaP）等，大气中的浓度水平较高。《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中规定苯并（a）芘（BaP）年均值的二类标准限值为1ng/m3，安阳市高达6.44 ng/m3，超出了6倍之多，需要引起高度警惕。

5 污染控制对策

5.1 区域协同控制策略

安阳市地处河南省最北部，毗邻邯郸等河北南部城市，与京津冀城市大气污染相互影响显著，PM10和PM2.5受外来影响分别高达35%、51%，但安阳与京津冀地区之间尚未建立有效的大气污染防治协作机制，特别是在重污染天气预警、应急等方面缺乏区域一体化的工作模式，在一定程度上削弱了安阳市应对重污染天气的效果。因此，建议安阳市应积极融入京津冀区域大气污染防治工作，在区域大气污染治理、预警预报、重污染天气应急等方面形成联动工作模式，并借鉴京津冀大气污染防治工作的经验及力度，优先削减安阳市本地污染源排放。

5.2 污染源优先控制策略

扬尘对安阳市PM10年均浓度贡献率达35%，是9类污染源中对PM10浓度影响最大排放源，因此控制安阳市PM10的最有效手段是控制扬尘等无组织源排放；钢铁和机动车行业对安阳市PM2.5年均浓度贡献率分别约为15%、11%，是影响PM2.5污染的主要污染源，因此控制安阳市PM2.5污染的主要对象是钢铁与机动车行业。

5.3 PM2.5前体物优先控制策略

安阳市PM2.5中一次PM2.5比例最高，强化颗粒物减排，减少一次PM2.5排放是降低PM2.5的最有效途径；此外，SO2、NOX、NH3及VOCs等气态污染物转化所形成的二次颗粒物对PM2.5贡献达到45%左右，因此在减排颗粒物的同时，应进一步深化二氧化硫、氮氧化物总量减排，减少SO2和NOX的排放，并开展VOCs防治工作，同时探索NH3排放控制途径并开展VOCs防治工作，同时探索NH3排放控制途径。

5.4 工作重点：围绕一个中心目标，抓好三大着力点，推进四个战略转变

作为河南省污染较重的地区市，安阳市大气污染防治的重点在于加快产业结构、能源结构调整，深化工业大气污染综合治理，显著提高环境空气质量，改善生态环境，增强可持续发展能力。

将改善质量、综合治污、风险防控作为安阳市大气污染防治行动的三大着力点，以提升环境质量为目标，以综合治污为重要抓手，在实现环境形势趋好的同时，严格防范环境风险，保障环境安全。

一是从末端治理向源头预防、优化发展、综合生态建设转变；二是从单项、常规控制向全面、协同控制转变；三是从以中心城区为主向城乡一体、区域联动转变；四是从行政手段为主向综合运用经济、法律、技术和必要的行政手段转变。

结合安阳市大气污染防治现状、污染成因分析、问题诊断结果等，提出了不同阶段安阳市空气质量改善的战略重点，具体如下：

5.4.1 2014-2017年为强化治理阶段，以减排促改善

以重化工业污染治理和冬季煤烟型污染控制为重点，通过降低重污染季节可吸入颗粒物浓度，逐步实现空气质量达标。以空间格局及产业布局优化为切入点，通过环境准入、企业搬迁、产能淘汰等差异化的空间管理要求，引导区域发展格局有序发展。以提高环境准入门槛、淘汰落后产能为抓手，倒逼经济发展模式、能源结构、产业结构优化与升级，从源头减少污染物产生量。以煤改气、热电联产、集中供热工程等综合手段为主，全面取缔、整治分散燃煤锅炉。以钢铁、水泥、焦化、燃煤锅炉、机动车及扬尘等重点行业多污染物减排为抓手，大力推广高效布袋除尘设施，提高工业源除尘效率，提升机动车、扬尘等污染源综合管理水平，有效减少各种污染物排放量，实现空气质量明显改善。

5.4.2 2018-2025年为持续改善阶段，推动产业升级

该阶段为经济发展转型的关键时期，产业结构不断优化，经济增长更多依靠创新驱动，环境资源要素投入增速放缓，主要工业产品产量和资源能源消费量有望达到峰值并进入平台期，总体有利于环境保护。与2017年以前不同的是，随着污染治理技术水平的提升，工业污染治理成本将显著提高。为长期有效实现污染减排、空气质量持续改善，必须打破减排路径单一、减排领域单一的局面，在深入开展污染物来源解析、大气污染形成机理和迁移规律研究的基础上，实施更为深入、更具针对性的减排措施。以空气改善要求倒逼产业转型，逐步实现大气污染控制从末端治理向源头控制过渡，推动工业发展绿色化进程。

5.4.3 2026-2030为全面达标阶段，实现产业转型

安阳市高耗能、高污染产业大幅度降低，第三产业占主导地位，实现产业转型；煤炭消费总量大幅度下降，能源消费结构主要以清洁能源为主；城市综合管理实现全面现代化；空气质量全面达到环境空气质量标准的要求。

（责任编辑：郝安林）

中图分类号：X51

文献标志码：A

文章编号：1673-2928（2016）02-0027-04

收稿日期：2016-01-13

作者简介：谢永霞（1968-）女，河南省博爱县人，安阳市环境科学研究所高级工程师，主要从事环境监测、环境管理、环境影响评价、环境科研、环境工程和环境治理等方面的研究。