山西省环境空气质量状况分析及污染防治建议

李晓瑞，盛若虹，樊占春

(山西省生态环境监测和应急保障中心，太原 030027)

山西省是全国重要的能源基地，围绕煤炭开采、加工转化和建立在能源比较优势基础上的产业链延伸，形成了以能源和基础原材料加工为主导的产业结构[1]。长期以来，山西省产业结构以煤炭开采、火电、钢铁和煤化工为主，为我国的建设发展做出了巨大贡献，但环境空气污染较为严重。多年来，山西省不断加强环境空气污染防治力度，主要污染物减排成效显著，环境空气质量持续改善。从当前环境空气质量状况分析，山西全省环境空气污染严重的态势还没有得到根本扭转，大气污染防治工作依然任重而道远。本文通过对2019 年山西省环境空气监测数据进行科学评价，分析了山西省环境空气质量的现状、环境空气污染面临的主要问题，对改善山西省环境空气质量提出了建议。

1 山西省环境空气质量状况

1.1 数据来源

文中数据来源于山西省环境空气质量自动监测数据，监测项目为二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、可吸入颗粒物(PM10)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)。

1.2 评价标准与方法

评价标准为《环境空气质量标准》 (GB 3095—2012)[2]，按照《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663—2013)有关规定对监测数据进行统计分析及评价[3]。

1.3 山西全省环境空气质量状况

2019 年，山西省二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、可吸入颗粒物(PM10) 和细颗粒物(PM2.5) 年均浓度分别为24μg/m3、39μg/m3、93μg/m3和48μg/m3，一氧化碳(CO)第95 百分位数平均浓度和臭氧(O3)日最大8 小时均值第90 百分位数平均浓度分别为2.2mg/m3和180μg/m3。

按照年平均浓度计算，山西省环境空气质量未达到《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)二级标准。其中，二氧化硫、二氧化氮年均浓度和一氧化碳第95 百分位数平均浓度达标，可吸入颗粒物、细颗粒物年均浓度和臭氧日最大8 小时均值第90 百分位数平均浓度超过二级标准，分别超标0.33 倍、0.37 倍和0.12 倍。

1.4 地级城市环境空气质量状况

2019 年，山西省11 个地级市环境空气质量综合指数(Isum)介于4.97～6.75 之间，达标天数介于174～318 之间，达标天数比例介于47.7%～87.1%之间。临汾、太原、晋城三市环境空气质量相对较差。山西各市环境空气质量综合指数及达标天数比例见表1。

表1 2019 年山西省11 个地级市环境空气综合指数及达标天数比例

1.5 主要污染物分析

按照日平均浓度计算，山西省环境空气达标天数平均为232 天，占全年有效监测天数的63.6%；重污染天数平均为11 天，占全年有效监测天数的3.5%。超标天数中以臭氧(O3)为首要污染物的污染天数最多，占污染天数的47.9%；其次为细颗粒物(PM2.5)，占40.2%；再次为可吸入颗粒物(PM10)，占12.0%。

从6 项监测指标对综合指数的贡献率看，全省环境空气污染以颗粒物为主。细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、臭氧(O3)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)和二氧化硫(SO2)对综合指数的贡献率分别为23.9%、23.0%、19.5%、16.9%、9.6%和7.0%。

1.6 年内时空变化分布规律

1.6.1 季节变化特征

山西省环境空气污染具有明显的季节变化特征，SO2、NO2、PM10、CO 和PM2.5五种污染物月均值浓度呈“先降后升”的变化趋势，峰值主要出现在12 月、1 月、2 月，以冬季月份为主；谷值则出现在6 月、7 月、8 月等，以夏季月份为主，整体呈现冬季污染最重，春季、秋季次之，夏季较轻的季节变化特征。臭氧(O3-8h)受光照影响明显，浓度呈现出“先升后降”的趋势，高浓度值主要出现在5 月—9 月夏季光照强度较大的月份，低浓度值主要出现在冬季的12 月、1 月、2 月(图1)。采暖期和非采暖期污染物浓度有较明显的变化分界，全省采暖期PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO 五种污染物平均浓度均高于非采暖期，分别比非采暖期高38μg/m3、51μg/m3、23μg/m3、12μg/m3和0.9μg/m3；O3非采暖期平均浓度比采暖期高88μg/m3。重污染天气集中出现在冬季采暖期，主要是12 月、1 月、2 月。

图1 2019 年山西省环境空气主要污染物浓度月际变化趋势

1.6.2 空间变化特征

山西省6 项监测指标空间分析结果表明，可吸入颗粒物(PM10)浓度较高的区域主要集中在太原盆地和吕梁大部；细颗粒物(PM2.5)浓度较高的区域主要集中在太原盆地和临汾盆地；二氧化硫(SO2)浓度较高的区域主要集中在文水县、孝义市、汾阳市、介休市、代县、繁峙县等企业较多的县域；二氧化氮(NO2)浓度较高的区域主要集中在太原盆地和忻定盆地，此外阳泉市、吕梁市、临汾市辖区也明显高于其他地区；一氧化碳(CO)浓度较高的区域主要集中在临汾盆地和太原盆地；臭氧(O3-8h)浓度东南部明显高于西北部，其中临汾盆地和晋城市东南部浓度明显高于其他地区，参见图2—图7。

图2 山西省2019 年SO2 浓度分布

图3 山西省2019 年NO2 浓度分布

图4 山西省2019 年PM10浓度分布

图5 山西省2019 年PM2.5浓度分布

图6 山西省2019 年CO 浓度分布

图7 山西省2019 年O3 浓度分布

1.7 变化趋势

2017—2019 年，山西省环境空气综合指数下降19.8%，全省二氧化硫、二氧化氮、细颗粒物、可吸入颗粒物、一氧化碳第95 百分位数年均浓度分别 下 降60.7%、13.3%、20.0%、14.71% 和29.0%；臭氧第90 百分位数平均浓度上升19.8%(图8—图14)。

图8 2017—2019 年山西省主要污染物浓度变化趋势

图9 2017—2019 年山西省11 个地市SO2 浓度

图10 2017—2019 年山西省11 个地市NO2 浓度

图11 2017—2019 年山西省11 个地市PM10浓度

图14 2017—2019 年山西省11 个地市O3-8h 浓度

图12 2017—2019 年山西省11 个地市PM2.5浓度

图13 2017—2019 年山西省11 个地市CO 浓度

2 主要问题

2.1 面临的形势

山西省是全国空气污染最严重的区域之一，2019 年综合指数在全国排名倒数第一，二氧化硫平均浓度绝对值在全国最高，是京津冀及周边地区平均水平的1.8 倍。CO、NO2、PM10平均浓度高于全国和京津冀及周边地区平均水平。从当前山西省生态环境状况来看，全省环境污染严重的态势还没有得到根本扭转，环境质量改善的“拐点”还没有真正出现，生态环境保护工作依然任重而道远。

2.2 存在的困难

2.2.1 环境空气趋向复合型污染，臭氧污染日益突出

近年来，山西省二氧化硫、颗粒物浓度总体呈下降趋势，但是臭氧污染日益明显。2019 年，以臭氧为首要污染物的污染超标天数占总超标天数的比例高达47.9%，以PM2.5为首要污染物的污染超标天数占总超标天数的比例为40.2%，环境空气趋向复合型污染。

2.2.2 受自然因素影响，环境空气质量改善难度较大

山西地貌东西两侧为山地和丘陵的隆起，中部为一列呈S 形的串珠式盆地沉陷、平原分布其间，山地、丘陵和平原三大类地形分别占40.0%、40.3%和19.7%[4]，大体呈4-4-2 分布。平原面积虽小却是人口及经济活动的集聚区，各城市均主要分布在盆地中。盆地区域在冬季极易形成逆温，从而导致污染物扩散不利，冬季环境空气质量严重恶化。此外，山西省地处内陆，属大陆性半干旱、半湿润气候，降水量南多北少，风多雨少，自然生态环境较为脆弱，地表植被覆盖率整体较低，扬尘较多，导致春季多风及沙尘天气对环境空气质量影响较大。虽然大气污染防治措施不断加强，但整体环境空气质量仍未摆脱地理因素及气象条件的影响，冬季及春季空气重污染过程易发、频发的情况尚未得到改变，环境空气质量改善难度较大。

2.2.3 污染防治工作面临困难

(1)结构性污染严重。山西省作为我国重要的能源化工基地，产业结构以火电、钢铁和焦化等行业为主，污染物排放量大；此外，产业上下游配套的中小型企业集中，装备水平低，污染治理水平差。产业结构导致结构性污染严重，环境历史欠账较多，环境保护难度高于全国平均水平。

(2)能源消费结构问题突出。山西省煤炭占一次能源消费总量的比重在80%以上，二氧化硫排放量绝对值高，结构性污染问题依然十分突出[5]。依据2018—2019 年秋冬季山西省PM2.5源解析结果分析，燃煤源污染占比最大，占32.7%。

(3)交通运输污染较重。以煤炭、火电、钢铁、焦化、水泥等行业为主的产业结构需要大宗的原材料和制成品运输作为支撑，因而运输污染排放较大。依据2018—2019 年秋冬季山西省PM2.5源解析结果分析，交通源污染占18.0%。

3 对策建议

山西省环境空气质量之所以出现低于全国平均水平的严峻形势，根本原因还是长期以来经济结构粗放发展、环境治理能力不足。解决大气环境污染的根本措施，还是要深入开展产业结构调整、优化能源结构、控制工业及城市扬尘污染和移动源污染。

(1)继续推进产业结构调整，淘汰一批钢铁、焦化等行业落后工艺和过剩产能，搬迁改造或关闭退出重污染企业，推进产业链短、规模小、结构散、污染较重的低效企业转型。

(2)优化能源结构，压减散煤和高耗能、高排放、产能过剩行业及落后产能用煤。积极推进清洁取暖和散煤替代工程，特别是提高农村地区清洁取暖覆盖率。

(3)工业污染防治方面，尽快完成炭化室高度4.3 米及以下焦炉淘汰任务。支持焦化行业通过压减产能、淘汰整合、提质升级，实现先进焦炉占比快速提升。完成焦化行业特别排放限值改造，推进焦炉炉体封闭技术试点。加快推进钢铁企业高标准完成超低排放改造。实施挥发性有机物、工业无组织排放、工业炉窑专项整治。推进燃气锅炉完成低氮改造，大幅消减污染物排放量。

(4)移动源治理方面，一是推进交通运输结构调整[6]，大宗货物运输以铁路为主，提高货物铁路运输比例。二是推进城市建成区新增的公交、出租、轻型物流配送、环卫等车辆使用新能源或清洁能源汽车。三是围绕“车”油”“路”三个环节综合施策治理交通污染。

(5)控制城市扬尘方面，一是着力强化道路清洗和抛撒治理，加强道路冲洗和降尘精细化管理，对扬尘较重区域增加洒水降尘频次，最大程度遏制道路扬尘。二是全面推进建筑工地绿色施工。三是推进城市区域工业企业料堆料场全封闭。

(6)找准各市问题根源，提高环境监管能力。根据各市环境质量改善任务、目标差距以及产业、能源和运输结构实际情况，找准自身问题根源及环境质量改善潜力，确定分区域分阶段环境质量目标及相应的环境管控、污染物排放控制等要求。按照“一市一策”原则，制定各市工作方案，确保精准治污、科学治污，推动环境质量持续好转。