安陽市2017年大氣PM2.5污染成因分析

陳旭華，袁福的，王 兵，王艷敏，李 昆，李曉軍

(1.河南省安陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河南 安陽 455000;2.河南省安陽市固體廢物和化學(xué)品技術(shù)管理中心，河南 安陽 455000;3.河南省安陽市生態(tài)環(huán)境應(yīng)急投訴受理中心，河南 安陽 455000;4.河南省安陽市城市管理局, 河南 安陽 455000)

1 引言

城市空氣污染排放和空氣質(zhì)量改善問題，尤其PM2.5污染已成為人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題[1]。研究表明，PM2.5對人體健康、能見度和氣候變化[2]均具有重要影響，是當(dāng)前困擾城市環(huán)境空氣質(zhì)量改善和達(dá)標(biāo)管理的重要二次污染物。目前，國內(nèi)外針對PM2.5濃度和組分的季節(jié)變化特征、年際變化等開展了大量研究，并識別了PM2.5污染來源[3，4]。 研究顯示：PM2.5具有顯著的季節(jié)變化特征，一般是冬季最高、夏季最低，但春季和秋季的相對PM2.5濃度會因城市間排放源、風(fēng)向、風(fēng)速和地理位置(內(nèi)陸與沿海)等因素而產(chǎn)生差異[5，6]。自2013年1月1日起執(zhí)行的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)[7]首次將PM2.5列入環(huán)境空氣污染物基本項(xiàng)目，安陽市作為全國第一批重點(diǎn)城市開展監(jiān)測。今以2017年安陽市PM2.5的主要來源進(jìn)行解析，為制定大氣污染控制方案提供科學(xué)依據(jù)，以期為進(jìn)一步改善和提高區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量提供技術(shù)指導(dǎo)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 樣品采集

根據(jù)采樣點(diǎn)布設(shè)原則和國控點(diǎn)的分布，在安陽市高新區(qū)銀杏小區(qū)樓頂、殷都區(qū)鐵佛寺、環(huán)保局樓頂、文峰區(qū)紅廟街布設(shè)了4個(gè)采樣點(diǎn)，4個(gè)點(diǎn)位分別代表4個(gè)不同功能區(qū)。采樣點(diǎn)位置見表1。通過2017～2018年安陽全市多個(gè)代表性觀測點(diǎn)大氣顆粒物的在線、離線樣品采集，研究安陽市春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)PM2.5的化學(xué)組成、季節(jié)變化和空間分布規(guī)律，并根據(jù)示蹤化學(xué)組分對其成因及污染物來源進(jìn)行初步分析。

表1 監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)置情況

2.2 采樣方法

2.2.1 采樣儀器

本項(xiàng)目采用青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所研發(fā)的PM2.5采樣器(嶗應(yīng)2030型)，采樣器流量控制在100 L/min，使用美國Pall公司的石英膜采集樣品，濾膜直徑90 mm，每天每個(gè)點(diǎn)位采集1個(gè)樣品，采樣時(shí)間為23 h。更換凡士林：每隔5個(gè)采樣日清洗一次鋁制碰撞盤，并更換上面的凡士林。每天上午9:30時(shí)換膜并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，連續(xù)采樣。采樣設(shè)備每5個(gè)采樣日重新進(jìn)行流量、環(huán)境溫度、環(huán)境壓力的校準(zhǔn)。

2.2.2 采樣期間氣象資料

觀測期間同步采集了安陽市的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)，包括溫度、風(fēng)速、露點(diǎn)、相對濕度、降水量和大氣壓力等，數(shù)據(jù)來源為美國“Weather Μndergroμnd”網(wǎng)站http://www.wμndergroμnd.com。同時(shí)，通過美國大氣與海洋局(NOAA)空氣資源實(shí)驗(yàn)室提供的氣象資料(http://www.arl.noaa.gov/RaEADY amet.php)，獲得了東亞地區(qū)氣壓場、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)在不同高度的時(shí)空分布。

3 結(jié)果與討論

3.1 安陽市春季PM2.5來源解析

安陽市春季各站點(diǎn)PM2.5的主要來源及貢獻(xiàn)如圖1所示。春季各點(diǎn)位PM2.5濃度分別為銀杏小區(qū)60 μg/m3、鐵佛寺59.9 μg/m3、環(huán)保局67.7 μg/m3。從圖1中可見PM2.5以工業(yè)源、機(jī)動(dòng)車、燃煤源相關(guān)排放為主，3個(gè)污染源總貢獻(xiàn)超過了60%，其中工業(yè)源比例最大，第二源為燃煤源，然后是機(jī)動(dòng)車和揚(yáng)塵源。環(huán)保局和銀杏小區(qū)兩點(diǎn)位工業(yè)源貢獻(xiàn)超過40%，鐵佛寺點(diǎn)位因?yàn)椴蓸訒r(shí)間不同所以源貢獻(xiàn)與其他兩點(diǎn)差異較大。

圖1 春季PM2.5主要來源及貢獻(xiàn)

3.2 安陽市夏季PM2.5來源解析

安陽市夏季采樣期間各站點(diǎn)PM2.5的主要來源及貢獻(xiàn)如圖2所示。夏季各點(diǎn)位PM2.5濃度分別為銀杏小區(qū)52.6 μg/m3、鐵佛寺54.5 μg/m3、環(huán)保局50.8 μg/m3，從圖2中可以看出PM2.5以工業(yè)源為主，其次為燃煤源和機(jī)動(dòng)車源，3個(gè)污染源總貢獻(xiàn)超過80%。工業(yè)過程源和燃煤源貢獻(xiàn)鐵佛寺點(diǎn)位最大分別為28.3%、31.7%；機(jī)動(dòng)車源環(huán)保局點(diǎn)位貢獻(xiàn)最大為21.6%；揚(yáng)塵源鐵佛寺點(diǎn)位貢獻(xiàn)最大為11%。

圖2 夏季PM2.5主要來源及貢獻(xiàn)

3.3 安陽市秋季PM2.5來源解析

各點(diǎn)位秋季PM2.5的主要來源及貢獻(xiàn)如圖3所示。增加了紅廟街PM2.5采樣點(diǎn)，4個(gè)點(diǎn)位源貢獻(xiàn)濃度分別為銀杏小區(qū)43.2 μg/m3、鐵佛寺43.7 μg/m3、環(huán)保局42.8 μg/m3，紅廟街41.5 μg/m3，從圖3中可見PM2.5以工業(yè)過程源、燃煤源、機(jī)動(dòng)車源相關(guān)排放為主，其中工業(yè)源比例最大，第二源為燃煤源，其次是機(jī)動(dòng)車。工業(yè)過程源紅廟街點(diǎn)位貢獻(xiàn)最高為32.7%；燃煤源、機(jī)動(dòng)車源銀杏小區(qū)點(diǎn)位貢獻(xiàn)最高分別為30.5%、20.7%；揚(yáng)塵源環(huán)保局點(diǎn)位貢獻(xiàn)最高為12%。

圖3 秋季PM2.5主要來源及貢獻(xiàn)

3.4 安陽市冬季PM2.5來源解析

各點(diǎn)位冬季PM2.5的主要來源及貢獻(xiàn)如圖4所示。各源貢獻(xiàn)總濃度為103.6 μg/m3，4個(gè)點(diǎn)位各源貢獻(xiàn)濃度分別為銀杏小區(qū)98.2 μg/m3、鐵佛寺106.5 μg/m3、環(huán)保局108.1 μg/m3、紅廟街101.6 μg/m3。從圖4中可見，PM2.5以燃煤、工業(yè)源、機(jī)動(dòng)車相關(guān)排放為主，其中燃煤源比例最大，第二源為工業(yè)過程源，然后是機(jī)動(dòng)車源。4個(gè)點(diǎn)位中，燃煤源鐵佛寺占比最高為34.8%；工業(yè)過程源環(huán)保局采樣點(diǎn)占比最高為28.6%；機(jī)動(dòng)車源中銀杏小區(qū)采樣點(diǎn)占比最高為20.7%；揚(yáng)塵源環(huán)保局點(diǎn)位貢獻(xiàn)最高為12%。

圖4 冬季PM2.5主要來源貢獻(xiàn)

3.5 安陽市全年P(guān)M2.5來源解析

安陽市全年采樣期間PM2.5的主要來源及貢獻(xiàn)如所示。從圖5中可見PM2.5以燃煤源、工業(yè)過程源，機(jī)動(dòng)車相關(guān)排放為主，3個(gè)污染源總貢獻(xiàn)超過了80%。根據(jù)清單排放量進(jìn)行進(jìn)一步重點(diǎn)源分析如圖6可知，燃煤源主要是其他源(主要為鋼鐵燃煤)和民用燃煤為主。工業(yè)過程源主要為焦化和水泥、石化行業(yè)。機(jī)動(dòng)車源貢獻(xiàn)最大的為非道路機(jī)械，其次為柴油車。揚(yáng)塵源中貢獻(xiàn)最大的為道路揚(yáng)塵，其次為施工揚(yáng)塵。

圖5 2017年安陽市PM2.5的主要來源及貢獻(xiàn)

圖6 相關(guān)行業(yè)年貢獻(xiàn)率

4個(gè)季節(jié)PM2.5的主要來源及貢獻(xiàn)如圖7所示，春夏秋季主要以工業(yè)過程源污為主，冬季以燃煤源為主。4個(gè)季節(jié)各污染源貢獻(xiàn)橫向比較，揚(yáng)塵源春季貢獻(xiàn)最大為11.4%；機(jī)動(dòng)車源夏季貢獻(xiàn)最高為21.2%;生物質(zhì)燃燒源秋冬季貢獻(xiàn)較大。冬季燃煤源成為最主要貢獻(xiàn)源，工業(yè)過程源貢獻(xiàn)占比最小，但是絕對貢獻(xiàn)沒有減弱。冬季應(yīng)注意燃煤和工業(yè)過程相關(guān)行業(yè)的管控。

4 結(jié)論

(1)安陽市大氣顆粒物主要來自于6個(gè)因子：燃煤、工業(yè)過程、機(jī)動(dòng)車、揚(yáng)塵、生物質(zhì)燃燒以及其他來源。

圖7 各污染源貢獻(xiàn)率季節(jié)變化

(2)PM2.5以燃煤源、工業(yè)過程源，機(jī)動(dòng)車相關(guān)排放為主，3個(gè)污染源總貢獻(xiàn)超過了80%。燃煤源主要是其他源(主要為鋼鐵燃煤)和民用燃煤為主。工業(yè)過程源主要為焦化和水泥、石化行業(yè)。機(jī)動(dòng)車源貢獻(xiàn)最大的為非道路機(jī)械，其次為柴油車。揚(yáng)塵源中貢獻(xiàn)最大的為道路揚(yáng)塵，其次為施工揚(yáng)塵。

(3)PM2.5春夏秋季主要以工業(yè)過程源污為主，冬季以燃煤源為主。揚(yáng)塵源春季貢獻(xiàn)最大為11.4%；機(jī)動(dòng)車源夏季貢獻(xiàn)最高為21.2%;生物質(zhì)燃燒源秋冬季貢獻(xiàn)較大。冬季燃煤源成為最主要貢獻(xiàn)源，工業(yè)過程源貢獻(xiàn)占比最小，但是絕對貢獻(xiàn)沒有減弱。冬季應(yīng)注意燃煤和工業(yè)過程相關(guān)行業(yè)的管控。

(4)春季各點(diǎn)位PM2.5濃度分別為銀杏小區(qū)60 μg/m3、鐵佛寺59.9 μg/m3、環(huán)保局67.7 μg/m3。環(huán)保局和銀杏小區(qū)兩點(diǎn)位工業(yè)過程源貢獻(xiàn)超過40%。

(5)夏季各點(diǎn)位PM2.5濃度分別為銀杏小區(qū)52.6 μg/m3、鐵佛寺54.5 μg/m3、環(huán)保局50.8 μg/m3。工業(yè)過程源和燃煤源貢獻(xiàn)鐵佛寺點(diǎn)位最大，分別為28.3%、31.7%；機(jī)動(dòng)車源環(huán)保局點(diǎn)位貢獻(xiàn)最大，為21.6%；揚(yáng)塵源鐵佛寺點(diǎn)位貢獻(xiàn)最大，為11%。

(6)秋季增加了紅廟街PM2.5采樣點(diǎn)，4個(gè)點(diǎn)位源貢獻(xiàn)濃度分別為銀杏小區(qū)43.2 μg/m3、鐵佛寺43.7 μg/m3、環(huán)保局42.8 μg/m3，紅廟街41.5 μg/m3。工業(yè)過程源紅廟街點(diǎn)位貢獻(xiàn)最高，為32.7%；燃煤源、機(jī)動(dòng)車源銀杏小區(qū)點(diǎn)位貢獻(xiàn)最高，分別為30.5%、20.7%；揚(yáng)塵源環(huán)保局點(diǎn)位貢獻(xiàn)最高，為12%。

(7)冬季4個(gè)點(diǎn)位各源貢獻(xiàn)濃度分別為銀杏小區(qū)98.2 μg/m3、鐵佛寺106.5 μg/m3、環(huán)保局108.1 μg/m3、紅廟街101.6 μg/m3。燃煤源鐵佛寺占比最高，為34.8%；工業(yè)過程源環(huán)保局采樣點(diǎn)占比最高，為28.6%；機(jī)動(dòng)車源中銀杏小區(qū)采樣點(diǎn)占比最高，為20.7%；揚(yáng)塵源環(huán)保局點(diǎn)位貢獻(xiàn)最高，為12%。