鎮(zhèn)江市灰霾天氣與非灰霾天氣下細(xì)顆粒物(PM2.5)中無(wú)機(jī)元素分布特征分析

邱 堅(jiān)，霍玉玲，郭勁秋

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站, 江蘇 鎮(zhèn)江 212004)

鎮(zhèn)江市灰霾天氣與非灰霾天氣下細(xì)顆粒物(PM2.5)中無(wú)機(jī)元素分布特征分析

邱 堅(jiān)，霍玉玲，郭勁秋

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站, 江蘇 鎮(zhèn)江 212004)

分析了灰霾天氣與非灰霾天氣下的PM2.5中的無(wú)機(jī)元素濃度特征，結(jié)果表明 PM2.5中無(wú)機(jī)元素的質(zhì)量濃度在灰霾期間高于非灰霾期，同時(shí)灰霾與非灰霾間所測(cè)元素的分布特征基本一致，SO42ˉ、NO3ˉ濃度所占比例較大，NH4+、Ca2+、Clˉ、K+濃度次之，其他元素含量很低。主要來(lái)源為機(jī)動(dòng)車尾氣、秸稈焚燒、工業(yè)企業(yè)排放、施工揚(yáng)塵。

灰霾天氣；細(xì)顆粒物；無(wú)機(jī)元素；分布特征；鎮(zhèn)江市

1 灰霾天氣的定義

霾的氣象定義是懸浮在大氣中的大量微小塵粒、煙?；螓}粒的集合體，使空氣渾濁，水平能見(jiàn)度降低到10km以下的一種天氣現(xiàn)象。霾又稱大氣棕色云，在中國(guó)氣象局《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中，霾天氣定義：“大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見(jiàn)度<10km的空氣普遍有混濁現(xiàn)象，使遠(yuǎn)處光亮物微帶黃、紅色，使黑暗物微帶藍(lán)色”[1]。

蘇氣發(fā)[2007]91號(hào)《關(guān)于采用霾的判定指標(biāo)的通知》里對(duì)于霾天判斷的規(guī)定：①能見(jiàn)度必須<10.0km。②當(dāng)相對(duì)濕度>80%時(shí)，記輕霧(或霧)；當(dāng)相對(duì)濕度<60%，記霾。③當(dāng)相對(duì)濕度在60%～80%時(shí)，用公式U′=80-V2/5(V是能見(jiàn)度，以km為單位)計(jì)算霾的濕度指標(biāo)，當(dāng)觀測(cè)的相對(duì)濕度小于霾的濕度指標(biāo)U′時(shí)，記霾；大于等于濕度指標(biāo)U′時(shí)記輕霧(或霧)。

本次測(cè)試的點(diǎn)位均裝有能見(jiàn)度測(cè)試儀和氣象參數(shù)測(cè)試儀，實(shí)驗(yàn)通過(guò)氣象參數(shù)測(cè)試儀的相對(duì)濕度和能見(jiàn)度儀的能見(jiàn)度數(shù)據(jù)，對(duì)灰霾天氣進(jìn)行判別。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 樣品采集

2015年3月、6月、8月、11月每個(gè)月選取10d，用配PM2.5切割頭的武漢天虹TH-150中流量采樣器，設(shè)置采樣流量100L/min,采集大氣樣品。 采樣地點(diǎn)為鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)環(huán)境保護(hù)局樓頂，距地約20m，每24h更換1次濾膜，共采集40d，采集樣品80個(gè)。

2.2 樣品分析

無(wú)機(jī)元素分析方法：PM2.5中水溶性離子F-、Cl-、NO2-、NO3-、SO42-濃度分析用離子色譜法分析(《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版))；NH4+用納氏試劑分光光度法(HJ535-2009)；Ca2+、Mg2+、K+、Na+用火焰原子吸收法(《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版))。

3 結(jié)果與討論

3.1 灰霾天氣季節(jié)性分布特點(diǎn)

從時(shí)空分布來(lái)講，由于各地氣候及地理環(huán)境的差異，導(dǎo)致灰霾產(chǎn)生的時(shí)間和季節(jié)分布也各不相同，利用氣象參數(shù)和能見(jiàn)度的資料得出了鎮(zhèn)江市不同月份霾天的比例，表明灰霾天氣基本呈現(xiàn)出冬季大于夏季，春季秋季基本持平位于冬季和夏季之間，見(jiàn)表1。冬季灰霾發(fā)生的頻率比較高，主要是由于較高的PM2.5濃度和不利于擴(kuò)散的天氣條件所致。

表1 采樣期間灰霾天氣統(tǒng)計(jì)

3.2 灰霾期間PM2.5中元素的濃度特征

(1)PM2.5中無(wú)機(jī)元素的質(zhì)量濃度在灰霾期間要高于非灰霾期，同時(shí)灰霾與非灰霾間所測(cè)元素的分布特征基本一致，SO42ˉ、NO3ˉ濃度所占比例較大，NH4+、Ca2+、Clˉ、K+濃度次之，其他元素含量很低。灰霾期間和非灰霾期間相比，其中增幅最大的為銨根離子(NH4+)、硝酸根離子(NO3-)及氯離子(Cl-)。銨根離子(NH4+)主要來(lái)自有機(jī)物質(zhì)的腐化，與農(nóng)業(yè)活動(dòng)有密切關(guān)系；硝酸根離子(NO3-)則由機(jī)動(dòng)車尾氣及固定污染源排放的NOX轉(zhuǎn)化而來(lái)；氯離子(Na+和Cl-)來(lái)自秸稈焚燒和污染排放，少部分氯離子來(lái)自氯化氫水溶性離子[2]。

(2) [NO3-]/[SO42-]比值。灰霾天氣的[NO3-]/[SO42-]值[3]均>1，非灰霾天氣的[NO3-]/[SO42-]值<1， 說(shuō)明灰霾天氣中的細(xì)顆粒物受到機(jī)動(dòng)車影響大于固定污染源的影響，而非灰霾天氣相反。

(3)陰陽(yáng)離子中比重較大的為SO42-和NO3-，一般來(lái)自工業(yè)污染源排放及機(jī)動(dòng)車等交通工具排放，鎮(zhèn)江的大型火電廠可能對(duì)SO42-有一定的貢獻(xiàn)。同時(shí)汽車尾氣等石油型污染也占到較大比重，但[NO3-]/[SO42-]值顯示灰霾期間主要還是受機(jī)動(dòng)車污染源影響。

(4)6月、11月正是麥秸稈集中燃燒季節(jié)，而K+和Cl-又是秸稈燃燒的最高排放因子[4]，因此鎮(zhèn)江市目前大氣在一定程度上受到了秸稈燃燒的影響。主要金屬成分分布情況： PM2.5中的金屬成分，其中Ca含量最高。而Ca主要可表征地殼元素，可以從一定程度上說(shuō)明受鎮(zhèn)江市的道路施工、建筑施工的影響。

表2 采樣期間灰霾天氣和非灰霾天氣PM2.5成分分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

[1] 吳兌.關(guān)于霾與霧的區(qū)別和灰霾天氣預(yù)警的討論[J]. 廣東氣象，2005，31(4)：3-7

[2] Turpin, B.J. and Huntzicker, J.J. Identification of secondary organic aerosol episodes and quantification of primary and secondary organic aerosol concentrations during SCAQR [J].Atmospheric Environment，1995(29)：3527-3544.

[3] 郭崇義，洪伶慈.中部近海地區(qū)PM10懸浮微粒之化學(xué)組成[Z].第九屆氣膠科技研討會(huì),2001.

[4] 王丹，屈文軍.秸稈燃燒排放顆粒物的水溶性組分分析及其排放因子[J].中國(guó)粉體技術(shù)，2007(5):31-34.

Analysis of the Distribution of Inorganic Elements in PM2.5Under both Haze and No-haze Weather Conditions in Zhenjiang

QIU Jian, HUO Yu-ling, GUO Jin-qiu

(Zhenjiang Environmental Monitoring Center, Zhenjiang Jiangsu 212004 ,China)

haze days; fine particulate matter; inorganic elements; distribution; Zhenjiang

2016-07-06

2013年江蘇省監(jiān)測(cè)科研基金項(xiàng)目:氣質(zhì)中重金屬(鉛、砷、鎘、汞、六價(jià)鉻)和揮發(fā)性有機(jī)物不同分析方法的比較研究(1321)。

邱堅(jiān)，漢族，江蘇省鎮(zhèn)江市人，鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站大氣室副主任，高級(jí)工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測(cè)。

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1673-9655(2017)01-0046-03