質(zhì)譜直接測(cè)量法解析鹽城市大氣細(xì)顆粒物來源

吉祝美，咸月，趙友政

(鹽城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 鹽城 224000)

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質(zhì)譜直接測(cè)量法解析鹽城市大氣細(xì)顆粒物來源

吉祝美，咸月，趙友政

(鹽城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 鹽城 224000)

為全面了解鹽城市大氣顆粒物的組成，摸清以PM2.5為首要污染物的來源，說清其化學(xué)組分和源貢獻(xiàn)率，于2014年12月16日 00:00—2014年12月21 日09:00，利用在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀，對(duì)鹽城市細(xì)顆粒物進(jìn)行實(shí)時(shí)在線源解析。結(jié)果表明，鹽城首要污染物為燃煤，占比為23.7%，其次是機(jī)動(dòng)車尾氣，占比為18.3%，第三位是揚(yáng)塵，占總顆粒數(shù)的15.7%，生物質(zhì)燃燒占比為14.8%位列第四，工業(yè)工藝源、二次無機(jī)源和其他源貢獻(xiàn)率相對(duì)較小。

質(zhì)譜直接測(cè)量法；可入肺顆粒物；化學(xué)組分；源貢獻(xiàn)率；鹽城市

2014年鹽城市優(yōu)良天數(shù)比例為74.0%，PM2.5占到總污染天數(shù)51%。為了解鹽城市大氣顆粒物組成，摸清以PM2.5為首要污染物的來源，說清其化學(xué)組分和源貢獻(xiàn)率[1-4]，利用在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀[5-6]，對(duì)鹽城市細(xì)顆粒物進(jìn)行實(shí)時(shí)在線源解析，獲取高時(shí)間分辨的顆粒物源解析結(jié)果，以及顆粒物來源變化，初步評(píng)估重要污染源對(duì)鹽城環(huán)境空氣中PM2.5污染的影響程度。

1 研究方法

監(jiān)測(cè)地點(diǎn)在鹽城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站；監(jiān)測(cè)儀器為單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(SPAMS 0515)；采樣方式：環(huán)境空氣經(jīng) PM2.5切割頭切割后進(jìn)入 SPAMS 檢測(cè)；采樣時(shí)間：2014年12月16日 00:00—2014年12月21 日09:00。

2 結(jié)果與分析

2.1 小時(shí)AQI變化趨勢(shì)

圖1和圖2 為鹽城市小時(shí)AQI情況分析[7-8]。

圖1 監(jiān)測(cè)期間鹽城市2014年12月小時(shí)AQI變化趨勢(shì)

圖2 監(jiān)測(cè)期間鹽城AQI現(xiàn)狀

2.2 顆粒物數(shù)濃度與ρ(PM2.5)對(duì)比分析

表 1為監(jiān)測(cè)期間點(diǎn)位的測(cè)徑顆粒物個(gè)數(shù)、有譜圖信息的顆粒物個(gè)數(shù)及平均ρ(PM2.5)。

表2選取不同污染狀況(優(yōu)、良、輕度、中度、重度)列出的對(duì)應(yīng)顆粒物數(shù)濃度與ρ(PM2.5)極值和平均值等信息；圖3為SPAMS采獲的顆粒數(shù)濃度與ρ(PM2.5)隨時(shí)間變化趨勢(shì)。由表2和圖3可見，SPAMS 所測(cè)得數(shù)濃度變化趨勢(shì)與ρ(PM2.5)變化趨勢(shì)高度一致，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能較好反映該點(diǎn)位的大氣污染變化情況。

表1 2014年點(diǎn)位細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)信息

表2 2014年在不同污染狀況下對(duì)應(yīng)的顆粒物數(shù)濃度

圖3 2014年監(jiān)測(cè)期間顆粒物數(shù)濃度與ρ(PM2.5)對(duì)比

2.3 顆粒物成分分析

2.4 顆粒物來源分析

根據(jù)環(huán)境保護(hù)部《大氣顆粒物來源解析技術(shù)指南(試行)》，結(jié)合當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)，按照環(huán)境管理需求對(duì)顆粒物排放源進(jìn)行分類，可將鹽城市細(xì)顆粒物污染來源歸結(jié)為7大類，分別為揚(yáng)塵、生物質(zhì)燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣、燃煤、工業(yè)工藝源、二次無機(jī)源和其他。

圖4 監(jiān)測(cè)期間顆粒物平均質(zhì)譜圖

2.4.1 來源解析結(jié)果

源解析結(jié)果利用示蹤離子法和共振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，為數(shù)濃度，其基于“不同的排放源有不同的質(zhì)譜(指紋)特征”進(jìn)行。目前鹽城市未建立本地化的污染源譜庫，本項(xiàng)目源解析結(jié)果是通過人工(離線)處理分析得到。圖5為PM2.5源解析結(jié)果。

圖5 顆粒物來源解析

2.4.2 不同類型污染源粒徑分析

圖6為各類源顆粒物粒徑分布，揚(yáng)塵顆粒物在大粒徑分布比例顯著增加，即主要分布在大粒徑段，機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤則主要分布在小粒徑段，其他源無明顯規(guī)律。

圖6 各類型顆粒物粒徑分布

2.4.3 不同類型污染源變化趨勢(shì)分析

圖7為顆粒物來源比例時(shí)間序列。由圖7可見：

(1)燃煤在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間的占比最大，且隨時(shí)間的變化幅度較大，最大值與最小值分別為61.1%和13.8%，差值高達(dá)47.3%；

(2)機(jī)動(dòng)車尾氣的占比變化較燃煤的平穩(wěn)，比例在15%～25%之間波動(dòng)；

(3)生物質(zhì)燃燒的占比在每天的傍晚和早上分別達(dá)到當(dāng)日的最大值和最小值，變化較規(guī)律；

(4)揚(yáng)塵在18—19日出現(xiàn)2個(gè)明顯的比例高峰為41.9%，其余時(shí)段的比例為10%～20% 。

2.5 污染過程分析

2.5.1 污染源日均貢獻(xiàn)率

圖7 2014年顆粒物來源比例時(shí)間序列

顆粒物的日均來源貢獻(xiàn)率見圖8。由圖8可見：

(1)每天大氣顆粒物的污染來源有明顯差異，16日、20日首要污染源是燃煤源，而其他幾天首要污染源是機(jī)動(dòng)車尾氣；

(2)21日ρ(PM2.5)出現(xiàn)明顯升高，此時(shí)的機(jī)動(dòng)車尾氣源和工業(yè)工藝源占比有明顯升高，說明大氣污染程度較高，可能由于此類污染源排放累積導(dǎo)致。另外，21日的生物質(zhì)燃燒占比為18.8%，較其他幾天的貢獻(xiàn)率都要高。由于顆粒物的來源受氣象條件、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位等條件影響較大，以上分析只是初步分析結(jié)果，需要后期進(jìn)行連續(xù)在線長時(shí)間監(jiān)測(cè)，得到污染物來源變化規(guī)律。

圖8 顆粒物的日均來源貢獻(xiàn)率

2.5.2 污染過程來源解析

監(jiān)測(cè)期間顆粒物來源變化見圖 9，監(jiān)測(cè)期間ρ (PM2.5)與風(fēng)速關(guān)系見圖10。

由圖9可見，12月16日燃煤源占比最高，且比干凈天氣高，推斷此時(shí)污染天氣主要是由于燃煤源的升高導(dǎo)致；12月18日、21日出現(xiàn)污染天氣時(shí)，機(jī)動(dòng)車尾氣源和生物質(zhì)燃燒源出現(xiàn)明顯升高，且增長幅度比其他污染源要高，初步推斷此期間污染天氣的發(fā)生與此2類源有密切關(guān)系。

圖9 2014年監(jiān)測(cè)期間顆粒物來源變化

圖10 2014年監(jiān)測(cè)期間ρ(PM2.5 )與風(fēng)速關(guān)系

由中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)的氣象數(shù)據(jù)可見，ρ(PM2.5)與風(fēng)速成反相關(guān)關(guān)系(圖10)，12月18日、20日污染發(fā)生時(shí)，風(fēng)速極小，不利于顆粒物的擴(kuò)散，說明此時(shí)段機(jī)動(dòng)車尾氣源的升高主要是由于顆粒物不利于擴(kuò)散，持續(xù)累積造成。

2.5.3 生物質(zhì)燃燒顆粒分析

圖11 為生物質(zhì)燃燒占比隨時(shí)間的變化情況。

圖11 生物質(zhì)燃燒比例隨時(shí)間變化

由圖11可見，生物質(zhì)燃燒顆粒在每天傍晚均出現(xiàn)明顯的比例高峰，平均比例>20%，最高達(dá)30.1%。通過對(duì)高點(diǎn)時(shí)的氣團(tuán)軌跡圖(對(duì)應(yīng)圖11中A、B、C點(diǎn))分析發(fā)現(xiàn)，氣團(tuán)均來自西北方向，即監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要受西北方向傳輸來的生物質(zhì)燃燒源的影響。秸稈焚燒活動(dòng)對(duì)城市環(huán)境空氣質(zhì)量有較大影響。

3 結(jié)論

(1)鹽城市ρ(PM2.5)小時(shí)超標(biāo)率約為30%，污染較嚴(yán)重；

(2)鹽城市細(xì)顆粒物主要來源分別為：燃煤(23.7%)、機(jī)動(dòng)車尾氣(18.3%)、揚(yáng)塵(15.7%)，以及生物質(zhì)燃燒(14.8%)，其影響也不容忽視；

(3)揚(yáng)塵源主要分布在大粒徑，機(jī)動(dòng)車尾氣主要分布在小粒徑；

(4)監(jiān)測(cè)期間幾次污染事件的發(fā)生原因雖不盡相同，但主要都是由于燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣或生物質(zhì)燃燒的影響，由此可得出控煤、減小機(jī)動(dòng)車尾氣排放和加強(qiáng)秸稈焚燒是重污染應(yīng)急的首要措施；

(5)每天傍晚生物質(zhì)燃燒源均出現(xiàn)比例高峰，應(yīng)加強(qiáng)秸稈焚燒的禁燒力度。

[1] 郭婧,華蕾,荊紅衛(wèi).大氣顆粒物的源成分譜研究現(xiàn)狀綜述[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警,2011，3(6)：28-32.

[2] 張祥志，秦瑋，嚴(yán)國梁.2011年南京市春季大氣顆粒物污染特征分析[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警,2013,5(5):36-40.

[3] 秦瑋,葛順,張祥志，等.煙花燃放對(duì)空氣中PM2.5及水溶性離子的影響研究[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警,2013,5(3):1-4.

[4]HOLMESHA,ZHAIX,REDMANJ,etal.Improvedspatiotemporalsource-basedairpollutantmixturecharacterizationforhealthstudies[C]://AirpollutionmodelinganditsapplicationXXIII.Switzerland：SpringerInternationalPublishing，2014:25-30.

[5] 李梅，李磊，黃正旭，等.運(yùn)用單顆粒氣溶膠質(zhì)譜技術(shù)初步研究廣州大氣礦塵污染[J].環(huán)境科學(xué)研究，2011(6):632-636.

[6] 李梅,董俊國，黃正旭，等.單顆粒氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀分析香煙煙氣氣溶膠[J].分析化學(xué)，2012(6)：936-939.

[7] 環(huán)境保護(hù)部.HJ633-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[8] 環(huán)境保護(hù)部.HJ663-2013 環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

Analysis of Particulate matter (PM2.5) Sources for Ambient Air in Yancheng by Direct Measurement Using Mass Spectrometry

JI Zhu-mei,XIAN Yue,ZHAO You-zheng

(YanchengEnvironmentalMonitoringCenter,Yancheng,Jiangsu224000,China)

To get a comprehensive understanding of atmospheric particulates in Yancheng,PM2.5as the primary pollutant was investigated in respects of its sources,chemical composition and source apportionment. The online single particle aerosol mass spectrometer was used for the real-time analysis of the sources of particulate matter in Yancheng from 12 am,December 16th to 9 am,December 21st,2014. The results showed that the main source of particulate matter (PM2.5) for ambient air in Yancheng was coal combustion (23.7%),followed by motor vehicle exhaust (18.3%),dust (15.7%) and biomass burning (14.8%). Industrial pollution sources,secondary inorganic sources and other sources provided relatively small contributions.

Direct measurement by mass spectrometry; PM2.5；Chemical composition; Source apportionment；Yancheng

2015-01-13；

2015-03-16

吉祝美(1982—)，女，工程師，碩士，從事綜合評(píng)價(jià)與數(shù)據(jù)傳輸工作。

X832

B

1674-6732(2015)03-0035-04