泰安市城区空气质量分析评价与大气环境容量计算

刘正朋

(山东省泰安市生态环境局新泰分局，山东 泰安 271200)

1 自然生态环境概况

泰安市位于山东省中部的泰山南麓，全年气候特征明显，属于温带大陆性半湿润季风气候区，具备较好的自然生态环境条件。泰安市城区现有火电、制药、化工、建材等29家废气重点污染源，以及92家VOCs重点排污单位，同时71万辆机动车尾气排放、道路及施工扬尘等面源污染也是影响空气质量的重要因素。自2017年以来，泰安市通过采取重点废气污染源治污设施提标改造、散乱污企业与10t以下燃煤锅炉取缔、集体供暖替代以及清洁能源推广等措施，大气主要污染物浓度逐年下降；但是距国家二级功能区浓度标准值仍然存在较大差距，大气污染防治已经成为改善环境民生、支撑经济发展的重要工作内容。

2 环境空气质量分析

本文统计分析基于生态环境部、山东省生态环境厅公开发布的全国城市空气质量报告[1]、山东省大气环境质量报告[2]中有关PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO-95per、O3-8H-90per 6项指标指标数据，以及环境空气质量综合指数(以下简称Isum)，除CO浓度值单位为mg/m3，其他5项监测指标单位均为μg/m3。使用统计软件SPSS25.0统计分析了泰安市城区6项监测指标月均浓度值之间以及与济南市、济宁市浓度值的相关性、差异性，计算了多重线性回归方程。

由表1可知，泰安市城区主要大气污染物是PM2.5、PM10、O3，且随季节变化呈现显著差异性，全年来说PM2.5是首要污染物；1月、2月、12月Isum处于高位水平，1月份Isum达到顶峰，高达8.51；6月、7月、8月Isum处于低位水平，8月份Isum达到低谷，低至3.19；1—4月首要污染物是PM2.5，6—9月首要污染物是O3，10—12月PM2.5、PM10浓度值均较高，且在Isum中占据的比例相近，首要污染源随月份的不断变化说明一次大气污染物的扩散、二次大气污染物的形成与温度、气压、降雨等气象条件关系密切[3-4]。

由图1与图2可知，不同大气污染物指标随季节变化的幅度呈现不同特点，PM2.5、PM10、SO2、NO2等4项指标变化趋势基本一致，均在8月份达到最低值，O3浓度值的变化则呈相反态势，全年与温度的变化紧密相关；CO浓度值在5月份达到最低值。首要污染物PM2.5与其他5项监测指标以及Isum的相关系数也不相同，PM2.5与PM10、SO2、NO2、CO 4项指标呈高度正相关(相关系数分别为0.96、0.94、0.90、0.94)，相关系数均>0.80，PM2.5与O3呈高度负相关，相关系数为-0.83。PM2.5与Isum的相关系数最大，达到0.98；为了进一步探讨PM2.5与Isum之间的关系，通过偏相关分析，分别在控制时间、PM10、SO2、NO2、CO、O3条件下，得到两者的相关系数0.98、0.83、0.85、0.92、0.89、0.97，并计算了线性回归方程，Isum=2.567+0.051×PM2.5，相关系数R2=0.97，此时t=17.51，P<0.05，说明该回归分析模型具有意义。为了确定Isum与其他指标浓度值之间的关系，进行多重线性回归分析，详见表2、表3。结果显示多重线性回归分析排除了变量SO2(P=0.360>0.10)，得到方程：Isum=0.55+0.029×PM2.5+0.015×PM10+0.023×NO2+0.317×CO+0.006×O3；该结论的实际意义是现阶段大气污染防治工作重心应该深度治理PM2.5等5项污染物，涉及SO2排放的治污设施进一步提标改造对于整体上改善Isum价值不大。

泰安市毗邻济南市、济宁市，三个城市均属于山东省内陆城市，通过进一步分析三个城市城区空气质量的差异性，对于落实山东省提出的京津冀通道城市及周边区域大气污染防治联防联控措施，具有较强的现实意义。三个城市6项指标及Isum均符合正态性、方差齐性，对泰安市区与济南市区、泰安市区与济宁市区月均值样本的t检验，详见表4与表5。结果显示泰安市与其他两个城市城区6项指标及Isum差异无统计学意义，泰安与济南比较P值分别为PPM2.5=0.899、PPM10=0.839、PSO2=1.000、PNO2=0.050、PCO=0.474、PO3=0.849、PIsum=0.591，泰安与济宁比较PPM2.5、PPM10、PSO2、PNO2、PCO、PO3、PIsum分别为0.969、0.441、0.360、0.839、0.738、0.596、0.914，三个城市空气质量现状的相似性决定了废气治理工作可以统一思路、相互借鉴治理经验、共同提升治理水平，尽量避免废气污染物远程输送。泰安市城区由泰山区、岱岳区、高新区三个市辖区组成，经t检验，三个辖区相互之间6项指标月均浓度值以及Isum无统计学差异(P值均>0.05)，见表6～表8。统计结果表明城区空气质量的均质性，泰安市城区大气污染防治工作可以统一规划实施、统一监督管理、统一考核问责。

表1 2019年环境空气质量综合指数、最大指数、首要污染物

表2 Isum与PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3多重线性回归分析

表3 多重线性回归分析排除变量

表4 泰安市城区与济南市城区 Isum与6项指标独立样本t检验结果

表5 泰安市城区与济宁市城区 Isum与6项指标独立样本t检验结果

表6 泰山区与岱岳区 Isum与6项指标独立样本t检验结果

表7 泰山区与高新区 Isum与6项指标独立样本t检验结果

表8 岱岳区与高新区 Isum与6项指标独立样本t检验结果

3 城区大气环境容量计算

依据泰安市城区空气质量状况及变化趋势、产业和能源结构特点、人口分布情况、地形和气象条件等因素，按照《GBT 3840-91-制定地方大气污染物排放标准的技术方法》有关要求，开展城区大气环境容量核算工作，A值法计算基本大气环境容量公式[5]如下：

式中：Q—污染物年允许排放基本总量限值，即理想大气容量，104t/a；A—地理区域性总量控制系数，104km2/a；S—控制区域总面积，km2；Si—城市第I个分区面积，km2；Csi—第I个区域某种污染物的年平均浓度限值，mg/m3；Cb—控制区的本地浓度，mg/m3。

山东省泰安市地理区域性容量控制系数选取4.90；城市控制区PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3的本底浓度分别按国家空气质量一级标准中年均值的一半确定，城区控制区的本底浓度按城市控制区本底浓度的1.5倍确定；泰安市城区面积总计156.9km2；C为实际污染物排放浓度，Q1为实际排放量，表9是6项指标基本环境容量和实际排放总量。

通过A值法模型计算所得基本环境容量仅仅考虑废气污染物输送、扩散过程[6-7]；当城区区域面积>100km2且<400km2时，干沉积、湿沉积和化学转化所导致的变动环境容量占总环境容量的20.55%，基本环境容量占总环境容量的百分比逐渐减小至79.45%；加权统计后泰安市城区的实际总环境容量见表10，可知PM2.5、PM10、NO2、O3排放量分别是大气环境容量的1.887倍、2.045倍、2.779倍、1.365倍，CO实际排放量也接近总环境容量，占比达到98.98%；只有SO2的排放量显著低于实际总环境容量，占比26.50%。

表9 泰安市城区控制区基本环境容量和实际排放量核定结果

表10 泰安市城区大气总环境容量和实际排放量 (104t/a)

4 城区大气污染精细化管控

泰安市城区大气污染物的变化趋势季节性显著，4项指标年度废气排放量超过大气总环境容量，不同废气污染物的污染指数也不相同；燃油机动车尾气排放是NO2的主要来源；PM2.5、PM10主要源于火电与工业燃煤锅炉、道路施工及建筑工地扬尘等；有机化工、包装、橡胶制品、涂装、制药等行业VOCs排放则是导致O3浓度持续上升的主要原因；因此应当精准施策，切实采取科学可行的废气污染防治措施。

(1) 对于PM2.5、PM10烟煤型大气污染源，城区统一实施煤炭消费总量控制；加快淘汰落后的燃煤机组，推进清洁能源替代煤炭消费工作，大力实施天然气、电力等清洁能源采暖、供热；严格秋冬季重污染天气应急管控，统一组织实施工业企业差异化错峰生产，科学应对秋冬季边界层低、静稳等气象条件。对于建筑施工工地和道路等扬尘面源污染要严格落实施工现场和渣土车的扬尘控制措施，推进道路保洁湿式机械化作业。

(2) 提高移动源污染防治水平是有效降低NO2的浓度重要途径，城区统一划定低排放控制区，严格落实机动车尾气环保检测、淘汰老旧车辆、提升油品质量保障等措施，因地制宜推广清洁能源用车。

(3) 对于O3污染物的防治，深度推进化工、工业涂装、包装印刷等VOCs排放重点行业综合整治；纳入重点排污单位名录的VOCs排放企业统一安装VOCs在线监控设施，并按规定与环保部门联网。