鎮(zhèn)江市典型大氣污染物成分分析研究

陳嶸　殷偉慶

摘 要：文章在分析鎮(zhèn)江典型大氣污染物的成分時，采用實時質(zhì)譜直接測量法，通過在線分析對比，獲得了高時間分辨的污染物成分等分析結(jié)果。最終確定污染物當(dāng)中主要有混合碳、左旋葡聚糖顆粒、元素碳、富鉀顆粒、有機(jī)碳、礦物質(zhì)、重金屬等7類顆粒物。對幾種典型污染源進(jìn)行監(jiān)測，列出了對應(yīng)排放源指紋特征譜。

關(guān)鍵詞：實時質(zhì)譜;污染物成分;指紋特征譜

分析大氣污染物成分的工作，是大氣污染防治實現(xiàn)科學(xué)性、有效性的基礎(chǔ)保障，也是環(huán)境空氣質(zhì)量規(guī)劃建設(shè)和重污染天氣應(yīng)急預(yù)案制定的重要根據(jù)。根據(jù)環(huán)保部《關(guān)于實施環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095—2012）的通知》（環(huán)發(fā)[2012]11號）的文件要求，各個地區(qū)要從區(qū)域?qū)嶋H污染情況入手，做出科學(xué)的、合理的大氣污染防治以及預(yù)警應(yīng)急方案，這樣才能健全當(dāng)?shù)氐奈廴痉乐螒?yīng)急體系，才能在重污染天氣出現(xiàn)的時候，有足夠的應(yīng)急機(jī)制做保障。另外，各地區(qū)還要對能源產(chǎn)業(yè)、建筑工地、機(jī)動車等對大氣的危害進(jìn)行分析和研究，從而根據(jù)大氣污染的程度，實施限排放、停土和限行等緊急措施。不僅如此，還要給市民宣傳防護(hù)措施，以保證人們健康出行[1-2]。對鎮(zhèn)江市區(qū)大氣顆粒物的組成進(jìn)行全面了解和分析顯得非常有必要，不僅可以摸清鎮(zhèn)江空氣污染的來源，還能得到污染物的化學(xué)成分[3]，以便人們有針對性地治理霧霾，解決市區(qū)環(huán)境污染嚴(yán)重的問題。

1 監(jiān)測部分

1.1 ?儀器與方法

源解析監(jiān)測設(shè)備要采用由廣州禾信分析儀器有限公司生產(chǎn)的SPAMS 05系列儀器，比如在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀。該儀器由4個系統(tǒng)組成：電離、側(cè)經(jīng)、進(jìn)樣、質(zhì)譜。運(yùn)行的基本原理：氣溶膠顆粒在進(jìn)樣管的幫助下進(jìn)入儀器，以三級差動震動條件為基礎(chǔ)，各種粒徑不同、速度不同的顆粒陸續(xù)經(jīng)過測徑區(qū)，主要是通過測徑區(qū)兩束大約500 nm激光器產(chǎn)生的光束，這個過程產(chǎn)生的散射光，會被橢球面鏡反射在光電倍增管上，自此便完成了檢測工作，進(jìn)而換算出顆粒的空氣動力學(xué)直徑。顆粒進(jìn)入電離區(qū)后，被266 nm Nd：YAG紫外脈沖激光電離產(chǎn)生正負(fù)離子。通過SPAMS獲得單個顆粒物的粒徑大小以及化學(xué)成分，從而精確判斷每個顆粒物的主要來源，再利用自適應(yīng)共振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對所有的顆粒物進(jìn)行分類即可。

1.2 ?監(jiān)測點位情況與檢測時間

選取諫壁橋作為代表性點位，如圖1所示。該點位西邊是京杭大運(yùn)河，水運(yùn)便利，船只往來十分頻繁。東邊有一個諫壁發(fā)電廠，離監(jiān)測點只有大約5 km的距離。南臨金港大道，是238省道的一部分。北邊處在運(yùn)河與長江的交界處。除此以外，監(jiān)測點周邊還圍繞著電子廠、鋼鐵廠以及農(nóng)牧業(yè)等，多方面因素共同影響著大氣污染。監(jiān)測點位兼顧了城區(qū)與城郊、居民區(qū)與工業(yè)區(qū)，監(jiān)測結(jié)果能夠代表鎮(zhèn)江市區(qū)典型大氣污染情況。

本次項目監(jiān)測自2018年9月29日開始，到2018年11月4日結(jié)束，歷時一個月零4天。

2 ? ?結(jié)果與討論

2.1 ?監(jiān)測時期的空氣質(zhì)量變化情況

監(jiān)測期間的空氣質(zhì)量隨各種因素污染不斷變化。從自動檢測站點的數(shù)據(jù)來看，優(yōu)秀天氣的占比在25%以上，良好天氣基本在40%左右，而輕度污染天氣維持在20%左右，重度污染天氣和中度污染天氣占比為5%左右。檢查期間PM2.5隨風(fēng)速趨勢變化的情況如圖2所示。

兩者關(guān)系呈負(fù)相關(guān)。在檢測時間內(nèi)，PM2.5小時均值基本在保持在60 μg/m3以上，但出現(xiàn)了最小值7 μg/m3和最大值194 μg/m3，整體上來說，變化幅度有些大，明顯天氣污染的過程占比大[4]。

2.2 ?顆粒物數(shù)濃度分析

監(jiān)測期間，獲得了1 200多萬有具體側(cè)經(jīng)信息的顆粒物，其中正負(fù)譜圖的顆粒只有30多萬。所測顆粒物的數(shù)濃度和PM2.5變化趨勢呈正相關(guān)態(tài)勢，相關(guān)性基本上達(dá)到了0.7。換句話說，所測顆粒物數(shù)濃度是大氣細(xì)顆粒物在污染空氣的真實反映。SPAMS數(shù)濃度與PM2.5質(zhì)量濃度對比如圖3所示。

2.3 ?顆粒物組成分析

監(jiān)測期間，出現(xiàn)了較為明顯的成分信息，比如C2-，C+，C4+，C5-，C4-，C5+，C3+，C3-等EC的信息（m/z=-24、-36、-48、-60、12、36、48、60），NH4+（m/z=18），Na+（m/z=23），Al+（m/z=27），CaO+/Fe+（m/z=56），Pb+（m/z =206/207/208），CN-（m/z=-26），NO2-（m/z=-46），NO3-（m/z=-62），SiO3-（m/z=-76），PO3-（m/z =-79），SO3-（m/z=-80），HSO4-（m/z =-97）。

污染天氣下NH4+，NO3-，SO4-等二次離子比例均明顯高于優(yōu)良天氣，說明污染天氣時單位體積內(nèi)顆粒物及分子質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，碰撞更劇烈、二次反應(yīng)更強(qiáng)。具體如表1所示。

2.4 ?顆粒物成分類型分析

關(guān)于顆粒物成分類型的分析，采用自適應(yīng)共振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類方法，囊括了所有顆粒物，并對其進(jìn)行成分分類歸屬。分類過程中，采用分類參數(shù)是0.70的相似度和0.05的學(xué)習(xí)效率。分類之后將顆粒物合并。從實際情況來看，能夠囊括大氣顆粒物主要成分，還能夠更好輔助顆粒物溯源的只有7種，分別是：混合碳、富鉀顆粒、礦物質(zhì)、左旋葡聚糖顆粒、有機(jī)碳、元素碳、重金屬等[5]。

本次檢測期間得到的污染顆粒物主要的成分就是元素碳顆粒，其占比在30%以上，其次是占比20%左右的有機(jī)碳顆粒（20.9%）。從顆粒分類物的結(jié)果上，可以看出監(jiān)測點的污染源大致情況，比如元素碳基本上是因為含碳燃料沒有完全燃燒，而有機(jī)碳顆粒基本上是從工業(yè)排放中產(chǎn)生的，礦物質(zhì)基本都來自揚(yáng)塵，而左旋葡聚糖是因為生物質(zhì)燃燒等。鎮(zhèn)江大氣污染顆粒物成分占比和分類如圖4所示。

2.5 ?典型污染源的成分分析情況

從監(jiān)測結(jié)果分析，再依照《大氣顆粒物來源解析技術(shù)指南》的相關(guān)要求，并結(jié)合鎮(zhèn)江本地的能源結(jié)構(gòu)，以環(huán)境的管理需要來分類顆粒物，鎮(zhèn)江市區(qū)的污染顆粒物來源分別有：機(jī)動車尾氣、揚(yáng)塵、工業(yè)排放、生物質(zhì)燃燒等類型，其中機(jī)動車包含汽油車、輪船等交通的顆粒排放，揚(yáng)塵主要是建筑、道路和工業(yè)粉塵顆粒的排放，工業(yè)排放主要是化工、金屬顆粒物的排放，而生物質(zhì)燃燒集中在秸稈和野草等的焚燒顆粒排放上。可能還有企業(yè)的一些顆粒污染源，比如養(yǎng)殖、餐飲等，但占比都微乎其微。

3 ? ?結(jié)語

通過列檢測和判斷，確定鎮(zhèn)江市區(qū)污染顆粒物的種類和數(shù)量，獲得典型污染源的檢測數(shù)據(jù)和排放特征，對鎮(zhèn)江市區(qū)空氣污染的防治非常有效，可以為鎮(zhèn)江市區(qū)污染整治提供明確的方向，為鎮(zhèn)江區(qū)域環(huán)境空氣監(jiān)控、預(yù)警提供參考。鎮(zhèn)江市區(qū)相關(guān)部門從分析結(jié)果中得出有效信息，做好大氣污染源減排方案制定、評估、實施，從而做好環(huán)境治理的決策與執(zhí)行，保證鎮(zhèn)江整體空氣質(zhì)量的優(yōu)化。

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