哈爾濱市大氣中TSP、PM10和PM2.5相關性分析*

黃麗坤，王 琨，王廣智，任 瓊，李俊生

（1.哈爾濱商業(yè)大學 食品工程學院，黑龍江 哈爾濱 150076；2.哈爾濱工業(yè)大學 市政環(huán)境工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090）

哈爾濱市大氣中TSP、PM10和PM2.5相關性分析*

黃麗坤1,2，王 琨2，王廣智2，任 瓊1，李俊生1

（1.哈爾濱商業(yè)大學 食品工程學院，黑龍江 哈爾濱 150076；2.哈爾濱工業(yè)大學 市政環(huán)境工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090）

對哈爾濱市大氣環(huán)境中的TSP、PM10、PM2.5進行了采集和質量濃度的分析。實驗結果表明：細顆粒（PM2.5）所占比例全年變化比較明顯，1月、10月、11月和12月含量較高，均占到總量的55%以上，同時PM2.5/PM10也處于全年最高值，說明此期間細顆粒污染較為嚴重，環(huán)境危害較大；PM10含量全年變化相對穩(wěn)定，PM10/TSP變化幅度僅為0.71～0.79，說明全年顆粒物質量分布的變化主要由PM2.5和PM2.5-10引起。根據(jù)TSP和PM10、PM10和PM2.5之間的相對關系曲線可以看出，兩種大氣顆粒物均來自相似的污染源，且污染源排放大氣顆粒物的粒度分布長期比較穩(wěn)定，而PM10和PM2.5的相關系數(shù)R值為0.973，也具備一定的相關性，可認為兩者的變化趨勢是一致的。

TSP；PM10；PM2.5；相關性

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的不斷加快，以城市為中心的大氣污染問題日趨嚴重。許多大中城市，由于日益增多的汽車尾氣排放和工業(yè)及采暖燃煤排放造成一次氣溶膠和通過氣粒轉化形成的二次氣溶膠排放量增加，可吸入顆粒物超標十分嚴重，并且污染程度具有持續(xù)上升趨勢[1～4]?？梢姶髿忸w粒物已成為我國大多數(shù)城市的首要污染物，是影響城市空氣質量的主要因素。

哈爾濱市位于我國最北端，是我國東北北部地區(qū)最大中心城市，也是我國緯度最高、氣溫最低的城市，作為我國老工業(yè)基地之一，城市重工業(yè)所占比重較大，特別是近年來受國家經(jīng)濟傾斜政策影響，工業(yè)經(jīng)濟迅速發(fā)展，城市化進程加快，而隨之帶來的是城市空氣污染情形的不斷惡化，同時受冬季低溫影響，哈爾濱冬季供暖期可長達6～7個月，此期間的懸浮顆粒物污染更為嚴重。因此有必要對哈爾濱市大氣顆粒物的組成及相對含量進行深入的研究。

1 實驗材料與方法

1.1 樣品采集

本研究所使用的采樣儀器為武漢市天虹儀表有限責任公司生產(chǎn)的TH-150型智能中流量顆粒物采樣器，分別用來采集TSP、PM10和PM2.5大氣顆粒物。儀器可自動記錄采樣時溫度、壓力、采樣累積體積、標況體積以及采樣時間等，采樣流量調節(jié)范圍為80～130 L/min，準確度為±2.5%。濾膜為美國PALL公司生產(chǎn)的石英纖維濾膜，能耐1000℃的高溫，具有極好的總量和結構的穩(wěn)定性及低背景值。

采樣器在采樣點的擺放位置應根據(jù)國家規(guī)定的標準設置，采樣高度以離地2～15m為原則，采樣器的擺放不能受到周邊其它建筑物、樹木等障礙物的影響，且與主要障礙物之間的距離應為障礙物高度的10倍以上，采樣點盡量要求水平45°之范圍內，不要有任何阻隔物，以免影響懸浮顆粒的采集。采樣結束后，記錄儀器中顯示的采樣溫度、壓力、采樣時間及采集的氣體流量，另外為了保證濾膜不受污染，采集后的濾膜應立即放入塑封袋或密閉性較好的塑料盒中，帶回實驗室干燥保存，48h后進行稱重。

1.2 顆粒物質量濃度分析

顆粒物在空氣中的質量濃度是將采樣后濾膜重量減去采樣前濾膜重量得到的懸浮顆?？傊亓?，再除以采氣體積，即可得到空氣中顆粒物濃度，其計算過程如式（1）所示。

空氣中顆粒物質量濃度可由下式計算：

式中C—顆粒物質量濃度（μg/m3）；

We—采集后濾膜重量（g）；

Ws—采集前濾膜重量（g）；

V—累積氣體體積（m3）。

2 結果與討論

2.1 三種粒徑顆粒物相對含量分析

大氣顆粒物的粒徑不同產(chǎn)生的環(huán)境危害性也不同，特別是對人類身體健康會存在不同程度的威脅，粒徑越小產(chǎn)生的危害性越大，因此有必要清楚不同時期各種粒徑大氣顆粒物的質量分布及其含量之間的相對關系，為環(huán)境質量評價和制定控制對策提供依據(jù)。尤其當條件受到限制時，不能對城市大范圍進行顆粒物質量濃度的監(jiān)測，本研究所得的大氣顆粒物質量分布及相對含量關系式對問題的解決就具有更重要的意義[5-6]。表1所示為TSP、PM10和PM2.5在全年各月份的質量分布特征。

表1 三種粒徑顆粒物相對含量Table 1 The relative contents of the particles with 3 kinds of particle size

從表中1可以看出，細顆粒（PM2.5）所占比例全年變化比較明顯，1月、10月、11月和12月含量較高，均占到總量的55%以上，同時PM2.5/PM10也處于全年最高值，說明此期間細顆粒污染較為嚴重，環(huán)境危害較大；PM10含量全年變化相對穩(wěn)定，PM10/TSP變化幅度僅為0.71～0.79。

因此可以得出結論，全年顆粒物質量分布的變化主要由細顆粒（PM2.5）和粗顆粒（PM2.5-10）引起，而粗細顆粒物濃度的變化由污染源性質、氣象條件以及粒子間的物理和化學過程所決定，當這些條件發(fā)生變化時，顆粒物質量譜分布也隨之發(fā)生變化[7-8]。

2.2 不同粒徑大氣顆粒物質量濃度相關性分析

圖1 PM10與TSP相關性Fig.1 The correlation between PM10and TSP

圖2 PM2.5與PM10相關性Fig.2 The correlation between PM2.5and PM10

TSP、PM10、PM2.5之間相關性分析可以驗證彼此間的相對穩(wěn)定性，找出它們之間相對含量的經(jīng)驗關系，若相關性較高，說明兩種顆粒物的污染源相似，可由其中一種顆粒物濃度推估另一種。圖1和圖2所示為TSP和PM10、PM10和PM2.5之間的相對關系曲線及經(jīng)驗公式。從相關程度上來看，代表TSP和PM10相關性的R值達到了0.993，可以看出，兩種大氣顆粒物均來自相似的污染源，且污染源排放大氣顆粒物的粒度分布長期比較穩(wěn)定。而PM10和PM2.5的相關系數(shù)R值為0.973，也具備一定的相關性，可認為兩者的變化趨勢是一致的，但是由于PM2.5并非全部來自污染源的直接排放，有很大一部分為空氣中氣態(tài)、顆粒態(tài)經(jīng)二次反應生成的二次氣溶膠[9]，所以用相關性來判斷貢獻源的穩(wěn)定性略顯不足。

3 結論

哈爾濱市全年顆粒物質量分布的變化主要由細顆粒（PM2.5）和粗顆粒（PM2.5-10）引起，而粗細顆粒物濃度的變化由污染源性質、氣象條件以及粒子間的物理和化學過程所決定。通過TSP、PM10、PM2.5之間的相關性分析驗證彼此間的相對穩(wěn)定性，并確定了相對含量的經(jīng)驗關系。根據(jù)TSP和PM10、PM10和PM2.5之間的相對關系曲線及經(jīng)驗公式，可以看出，兩種大氣顆粒物均來自相似的污染源，且污染源排放大氣顆粒物的粒度分布長期比較穩(wěn)定。而PM10和PM2.5的相關系數(shù)R值為0.973，也具備一定的相關性，可認為兩者的變化趨勢是一致的，但是由于PM2.5并非全部來自污染源的直接排放，有很大一部分為空氣中氣態(tài)、顆粒態(tài)經(jīng)二次反應生成的二次氣溶膠，因此本文結論可作為下一步污染源解析的依據(jù)。

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Analysis of the Correlation of TSP,PM10 and PM2.5 in Harbin Atmosphere

HUANG Li-kun1,2,WANG Kun2,WANG Guang-zhi2,REN Qiong1and LI Jun-sheng1
（1.College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China;2.College of municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China）

The TSP,PM10,PM2.5data from the atmospheric environment in Harbin were sampled and the mass concentration was analyzed.The experimental results showed that the proportion changes of the fine particles（PM2.5）were more obvious and higher in January,October,November and December,in which accounted for more than 55%of the total atmospheric particulate matter,while the PM2.5/PM10was also the highest.It was indicated that the fine particle pollution was serious during this period and had a great harm to environment.The content change of PM10was relatively stable throughout the year and the variation range of PM10/TSP was only from 0.71 to 0.79,which indicated that the mass distribution variations of the particle were mainly caused by PM2.5and PM2.5-10.According to the correlation curve between TSP and PM10,PM10and PM2.5,it could be seen that these two kinds of atmospheric particles were from similar pollution sources,and the size distribution of atmospheric particulate from the pollution source were stable for a long time.The coefficient correlation between PM10and the PM2.5was 0.973,which showed a certain relationship and could be considered as having a same variation trend.

TSP;PM10;PM2.5;correlation

X501

B

1001-0017（2014）06-0463-03

2014-08-26 *基金項目：黑龍江省教育廳科學技術研究項目（編號：12521141）

黃麗坤（1980-），女，吉林輝南人，博士，副教授，主要從事環(huán)境污染防治研究工作，E-mail:hlk1980@163.com。