西北地区典型能源工业基地排放对局地环境空气质量的影响

发布时间：2020-04-06 21:09

【摘要】：近年来,随着我国“西部大开发”战略的逐步深入,国家对西部地区原油、煤炭等能源的开采力度逐步加大,相关的能源化工和深加工产业也发展迅速。本文通过对国家能源发展政策变化规律的研究,以及不同地区能源产量、氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)和二氧化硫(sulfre dioxide,SO_2)排放量的对比,量化分析了国家能源开发重点向西部转移的趋势,与发达地区相比,西部地区污染物排放量对国家总排放量的贡献率也在增加,尤其是西北地区更加明显;为确定能源开发西移对西北地区环境空气质量的影响,本文以NO_2和SO_2为代表污染物,利用2005-2015年OMI卫星数据反演的对流层NO_2柱浓度和大气边界层SO_2柱浓度,对西北五省及其重点区域空气质量现状进行了评价;为进一步分析西北地区能源化工基地发展对本地区及周围区域环境空气质量的影响,本文选择西北五省SO_2柱浓度上升最为明显的“乌鲁木齐-米东-五家渠”和宁东能源化工基地作为研究区域,采用卫星遥感、大气化学模型模拟、现场采样分析等技术相结合的方法,进行空气质量现状和影响研究。本论文主要研究结论如下:(1)西北地区SO_2浓度不降反升:陕西省是NO_2和SO_2污染最严重的地区,其次为甘肃、新疆和宁夏,青海省污染最轻;与京津冀、长三角、珠三角等发达地区SO_2柱浓度明显下降的趋势相比,西北地区SO_2柱浓度不降反升,上升区域主要集中于新疆“乌鲁木齐-米东-五家渠”和宁夏银川及周边区域;NO_2柱浓度变化趋势空间分布与SO_2不一致,京津冀、长三角、珠三角地区大面积上升,西北地区上升幅度很小。(2)“米东-五家渠工业园”对乌鲁木齐环境空气质量有影响:“米东-五家渠工业园”SO_2柱浓度总体大于乌鲁木齐市,2005-2016年“米东-五家渠工业园”SO_2柱浓度总体呈上升趋势,乌鲁木齐市则有所下降,而且在冬季两个区域之间SO_2柱浓度显著相关(R=0.504,p0.005)。两个区域SO_2的在线监测浓度也呈类似规律,2月份代表“米东-五家渠工业园”的“农水大厦”与乌鲁木齐市各监测点位SO_2日均浓度之间均显著相关(R0.586,p0.005)。利用WRF-Chem模型对重污染期间区域内SO_2浓度变化规律进行模拟研究,可以很清楚地看出在重污染期间“米东-五家渠工业园”排放的SO_2随风扩散至乌鲁木齐市的过程,WRF模拟的冬季重污染日高分辨率合成风矢量的分析进一步确认了这种影响过程。经估算,2016年2月25日乌鲁木齐重污染期间“米东-五家渠工业园”排放的SO_2对乌鲁木齐市大气中SO_2浓度的贡献率为38%。(3)宁东能源化工基地工业排放是局地非甲烷烃的主要来源:为了解位于能源“金三角”且拥有世界上最大规模煤制油企业之一的宁东能源化工基地非甲烷烃(non-methane hydrocarbons,NMHCs)潜在排放,在该化工基地的核心区域和上风向分别设置采样点,利用SUMMA不锈钢罐进行空气样品采集,采用GC-MSD/FID方法对样品中的57种NMHCs进行测定,分析结果显示:两个采样点NMHCs浓度均值分别为39.31±18.77 ppbv和49.05±44.37 ppbv,煤化工园区浓度较高,但两个采样点NMHCs的组成结构基本一致,均为烷烃烯烃/乙炔芳香烃,平均占NMHCs总浓度的比例分别为63%、29%和8%,乙烷、丙烷、乙炔、正丁烷、乙烯为其主要成分,占NMHCs总浓度65%以上。NMHCs中浓度较高的烷烃、烯烃主要来自工业生产过程,油品的挥发也是正丁烷、正戊烷、乙烯、丙烯的重要排放源,乙炔的排放源主要以煤炭燃烧为主,异丁烷的来源以机动车尾气为主。与全国能源工业企业发展较早的地区相比,宁东能源化工基地大气污染情况不是太严重,但是随着基地内工业企业数量和规模的不断扩大,影响程度和范围势必会逐渐扩大,尤其是夏季对银川、吴忠等城市造成影响的可能性更大。NMHCs与OH自由基的反应活性和臭氧生成潜势均为烯烃/乙炔烷烃芳香烃,说明烯烃/乙炔是宁东能源化工基地生成O_3最重要的贡献者,具体物质主要为丙烯、乙烯、1-丁烯、顺-2-丁烯、异戊二烯,因此控制烯烃是降低本区域和邻近城市(银川)大气中O_3最有效的方法。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X51

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本文编号：2617029