城市區(qū)域大氣顆粒物解析及污染防治對策研究

韓立釗 馬 勇 謝 磊

濟(jì)南市生態(tài)環(huán)境局槐蔭分局，山東 濟(jì)南 250117

1 引言

細(xì)顆粒物指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于2.5 μm的顆粒物，其成分復(fù)雜，在空氣中停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)。世界衛(wèi)生組織研究表明PM可以進(jìn)入人體血液，危害人體健康。近年來，濟(jì)南市槐蔭區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量逐年提升，PM年均濃度逐年降低，為實(shí)現(xiàn)《中共中央 國務(wù)院關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》，到2025年，地級及以上城市細(xì)顆粒物（PM）比2020年濃度下降10%，空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比率達(dá)到87.5%的目標(biāo)任務(wù)，對濟(jì)南市槐蔭區(qū)PM進(jìn)行源解析，為區(qū)域細(xì)顆粒物的管控提供數(shù)據(jù)支持與科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)科學(xué)管控。

2 槐蔭區(qū)PM2.5解析研究的必要性

2.1 基本概況

槐蔭區(qū)位于濟(jì)南市西部，為濟(jì)南市主城區(qū)之一，地處魯中山區(qū)和魯北平原的過渡地帶，有平原與丘陵兩種地貌類型。地勢南高北低，西高東低，土地總面積151.61 km。

槐蔭區(qū)屬暖溫帶半濕潤的大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，春季干旱少雨，多西南風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷干燥，多東北風(fēng)。3—4月相對濕度低，在40%以下，7—8月相對濕度較大，在65%以上。2—5月風(fēng)速較大，平均在1.3 m/s以上，易產(chǎn)生地面揚(yáng)塵，其他月份平均風(fēng)速在l m/s左右。

2.2 顆粒物現(xiàn)狀分析

2.2.1 近年數(shù)據(jù)分析

2016—2020年槐蔭區(qū)環(huán)境空氣可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物濃度呈顯著下降趨勢（表1）。

表1 空氣污染物年平均濃度變化趨勢顯著性檢驗(yàn)

細(xì)顆粒物季均濃度一、四季度明顯高于二、三季度，最低值出現(xiàn)在第三季度，2016—2020年槐蔭區(qū)環(huán)境空氣中細(xì)顆粒物濃度季節(jié)變化情況如圖1所示。

圖1 2016—2020年槐蔭區(qū)細(xì)顆粒物濃度季度變化

2.2.2 PM/PM的年際變化特征

PM/PM反映了空氣中細(xì)粒子的占比情況，2015—2020年P(guān)M/PM年際變化如圖2所示。除了2017年和2018年，PM/PM比值低于0.5，說明濟(jì)南市槐蔭區(qū)顆粒物污染逐步轉(zhuǎn)向以細(xì)顆粒物污染為主，對于細(xì)顆粒物中二次組分來源解析尤為重要。

圖2 2016—2020年P(guān)M2.5 / PM10分析

3 槐蔭區(qū)顆粒物來源解析方法及數(shù)據(jù)采集

3.1 顆粒物來源解析方法

環(huán)境空氣中的顆粒物來源極其復(fù)雜，傳統(tǒng)CMB模型解析數(shù)據(jù)時經(jīng)常出現(xiàn)一組數(shù)據(jù)多種結(jié)果的現(xiàn)象。同時，城市揚(yáng)塵污染源與土壤風(fēng)沙塵、建筑水泥塵等存在一定的共線性，單純用CMB模型無法準(zhǔn)確地解析出塵源的分擔(dān)率，因此，本研究采用“二重源解析”技術(shù)。

3.2 數(shù)據(jù)采集

3.2.1 環(huán)境空氣顆粒物采樣點(diǎn)位

本研究在濟(jì)南市槐蔭區(qū)布設(shè)兩個環(huán)境受體樣品采樣點(diǎn)，分別在機(jī)床二廠點(diǎn)位和農(nóng)科所點(diǎn)位，根據(jù)在線環(huán)境空氣國控監(jiān)測點(diǎn)位采樣點(diǎn)位置分別設(shè)置在綠園社區(qū)居委會和槐蔭區(qū)檢察院樓頂，手工采樣點(diǎn)位經(jīng)緯度坐標(biāo)如表2所示。

表2 環(huán)境受體采樣點(diǎn)位統(tǒng)計

3.2.2 采樣時間

本次采樣時間統(tǒng)計如表3所示。

表3 濟(jì)南市環(huán)境受體采樣時間統(tǒng)計

采樣器為德國生產(chǎn)的顆粒物自動換膜采樣器（Derenda PNS），符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)，使用PM切割頭，采集空氣中的PM。同時采樣器能記錄溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象參數(shù)。

3.3 分析方法及質(zhì)量控制

本研究選用的分析方法匯總?cè)绫?所示。

表4 分析方法匯總

槐蔭區(qū)大氣顆粒物解析研究項(xiàng)目的樣品采集過程、樣品管理質(zhì)控按照《環(huán)境空氣顆粒物來源解析監(jiān)測技術(shù)方法指南》（監(jiān)測函〔2020〕8號）進(jìn)行，符合技術(shù)指南要求。樣品33種無機(jī)元素和9種水溶性離子的分析質(zhì)控方式分別包括空白膜測試、標(biāo)準(zhǔn)樣品測試、加標(biāo)回收率測試、平行樣測試等，樣品OC/EC分別進(jìn)行了蔗糖溶液測試、平行樣品測試、空白膜測試等。

4 槐蔭區(qū)大氣顆粒物來源解析結(jié)果

將污染源類的成分譜以及二次顆粒物的源譜和受體成分譜納入CMB模型，并選中各類源的標(biāo)志組分參與擬合計算，分別計算各季節(jié)各點(diǎn)位一次污染源和二次污染源生成對PM的貢獻(xiàn)值和分擔(dān)率。

對于濟(jì)南市槐蔭區(qū)主要環(huán)境空氣監(jiān)測點(diǎn)位機(jī)床二廠和農(nóng)科所分別進(jìn)行夏季、秋季和冬季顆粒物數(shù)據(jù)采集及來源解析，CMB計算得到了濟(jì)南市各監(jiān)測點(diǎn)位PM來源解析結(jié)果。

4.1 機(jī)床二廠點(diǎn)位

機(jī)床二廠點(diǎn)位各季PM來源解析結(jié)果如表5所示。

表5 機(jī)床二廠點(diǎn)位各季PM2.5來源解析結(jié)果

4.2 農(nóng)科所點(diǎn)位

農(nóng)科所點(diǎn)位各季PM來源解析結(jié)果如表6所示。

表6 農(nóng)科所點(diǎn)位各季PM2.5來源解析結(jié)果

4.3 結(jié)果分析

槐蔭區(qū)大氣顆粒物數(shù)據(jù)分析表明，機(jī)床二廠點(diǎn)位顆粒物平均濃度高于農(nóng)科所點(diǎn)位，機(jī)床二廠和農(nóng)科所PM濃度均表現(xiàn)為冬季＞秋季＞夏季，顆粒物污染嚴(yán)重時，SO、NO和CO濃度均較高，結(jié)合氣象因素，冬季顆粒物濃度高值時段濕度較大，細(xì)顆粒物易發(fā)生團(tuán)聚，環(huán)境空氣中氣態(tài)前體物二次轉(zhuǎn)化增強(qiáng)，污染加重。

機(jī)床二廠點(diǎn)位夏季PM的主要來源中，分擔(dān)率最高的為硫酸銨，占比為31.71%，其次為機(jī)動車尾氣，占比為11.88%，城市揚(yáng)塵占比為8.99%。秋季PM的主要來源中，分擔(dān)率最高的為硝酸銨，占比為37.90%，其次為機(jī)動車尾氣，占比為10.8%，硫酸銨占比為9.10%，城市揚(yáng)塵占比為8.4%。冬季PM的主要來源中，分擔(dān)率最高的為硝酸銨，占比為34.5%，其次為二次有機(jī)碳，占比15.1%，城市揚(yáng)塵占比為11.8%，機(jī)動車尾氣占比為11.2%。

農(nóng)科所點(diǎn)位夏季PM的主要來源中，分擔(dān)率最高的為硫酸銨，占比為28.49%，其次為機(jī)動車尾氣，占比為22.64%，硝酸銨占比為8.28%。秋季PM的主要來源中，分擔(dān)率最高的為硝酸銨，占比為36.55%，其次為城市揚(yáng)塵，占比為13.3%，建筑塵占比為11.17%。冬季PM的主要來源中，分擔(dān)率最高的為硝酸銨，占比為43.8%，其次為機(jī)動車尾氣，占比為15.12%，硫酸銨占比為7.74%。

5 主要結(jié)論、控制對策和建議

5.1 槐蔭區(qū)大氣顆粒物組分特征及污染特征

CMB源解析結(jié)果可知機(jī)床二廠點(diǎn)位夏季PM的主要來源是硫酸銨、機(jī)動車尾氣和城市揚(yáng)塵，秋季PM的主要來源為硝銨、機(jī)動車尾氣和硫酸銨，冬季PM的主要來源為硝酸銨、二次有機(jī)碳、城市揚(yáng)塵和機(jī)動車尾氣；農(nóng)科所點(diǎn)位夏季PM的主要來源為硫酸銨、機(jī)動車尾氣和硝酸銨，秋季PM的主要來源為硝酸銨、城市揚(yáng)塵建筑塵，冬季PM的主要來源為硝酸銨、機(jī)動車尾氣和硫酸銨。

5.2 控制對策

（1）加強(qiáng)點(diǎn)位周邊老舊小區(qū)散煤燃燒管控，持續(xù)推進(jìn)清潔取暖“雙替代”工作，降低煤炭消費(fèi)比重，清潔取暖實(shí)施難度大的條件下，多部門協(xié)同實(shí)施清潔煤和環(huán)保型爐具替代工作。

（2）加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)綠園、匡山、臘山等熱源廠煙氣中二氧化硫、氮氧化物以及直排硫酸鹽、氯離子、脫硝氨逃逸的管控，加強(qiáng)企業(yè)脫硫脫硝治理設(shè)施的運(yùn)行監(jiān)管。

（3）擴(kuò)大點(diǎn)位周邊施工揚(yáng)塵管控的范圍和力度，學(xué)習(xí)先進(jìn)地市管理經(jīng)驗(yàn)，推廣實(shí)施高圍擋、封閉式、裝配化施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，減少渣土開挖和清運(yùn)量，從源頭減少揚(yáng)塵污染排放強(qiáng)度。

（4）強(qiáng)化區(qū)域內(nèi)道路揚(yáng)塵防治，對人、車流量大的路段劃定為道路揚(yáng)塵優(yōu)先管控道路；嚴(yán)格重點(diǎn)路段夜間渣土運(yùn)輸作業(yè)要求，建立渣土運(yùn)輸全時段全流程管理體系；加大秋冬季揚(yáng)塵污染防治力度，在非冰凍期時段，優(yōu)先管理的重點(diǎn)路段增加夜間噴霧降塵作業(yè)，實(shí)行全天循環(huán)灑水作業(yè)，大幅度減少道路揚(yáng)塵。

（5）對點(diǎn)位周邊餐飲企業(yè)油煙凈化設(shè)施進(jìn)行合格性檢驗(yàn)，排查是否持證經(jīng)營、是否安裝油煙凈化器、是否正常運(yùn)行、表面潔凈情況、油煙排放管道規(guī)范及外部潔凈情況，排氣筒高度是否符合要求、油煙是否達(dá)標(biāo)排放，定時檢查油煙凈化效果。