鎮(zhèn)江市秋季大氣顆粒物PM2.5實(shí)時(shí)在線來源解析

王古月 薛風(fēng)云

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

?

鎮(zhèn)江市秋季大氣顆粒物PM2.5實(shí)時(shí)在線來源解析

王古月 薛風(fēng)云

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

采集了鎮(zhèn)江諫壁橋點(diǎn)位2015年9月底至11月初的PM2.5樣品，對(duì)PM2.5來源進(jìn)行解析，結(jié)果顯示，鎮(zhèn)江市諫壁橋點(diǎn)位監(jiān)測(cè)期間，受到了多類重點(diǎn)污染源的共同影響。優(yōu)良天氣占比為69.2%，但也捕捉到多次重度污染天氣，屬于較為典型的秋季污染特征；顆粒物主要成分為元素碳顆粒(31.8%),其次是有機(jī)碳顆粒(20.9%)；首要污染源是機(jī)動(dòng)車尾氣(28.2%)，第二是燃煤(23.9%)，第三為揚(yáng)塵(11.5%)。

PM2.5；源解析；機(jī)動(dòng)車尾氣

近年來國內(nèi)外學(xué)者采用CMB[1-3]、富集因子[4-5]、因子分析[6]、在線源解析等手段進(jìn)行了大氣顆粒物元素源解析，其中在線源解析法作為一種實(shí)時(shí)分析來源解析方法在許多地區(qū)已經(jīng)開始應(yīng)用。本文擬通過大氣細(xì)顆粒物實(shí)時(shí)在線源解析技術(shù)(質(zhì)譜直接測(cè)量法)[7]，對(duì)鎮(zhèn)江市區(qū)細(xì)顆粒物進(jìn)行來源解析，獲取高時(shí)間分辨的顆粒物源解析結(jié)果，以及監(jiān)測(cè)期間的顆粒物來源變化。通過這一系列的分析結(jié)果完成對(duì)鎮(zhèn)江市大氣細(xì)顆粒物的污染來源的基本摸底工作，初步評(píng)估重要污染源對(duì)鎮(zhèn)江市環(huán)境空氣PM2.5污染的影響程度，為區(qū)域大氣污染綜合整治提供重要目標(biāo)指向，同時(shí)也為鎮(zhèn)江市環(huán)境空氣PM2.5重度污染實(shí)時(shí)預(yù)警與監(jiān)控、大氣污染源減排方案評(píng)估、污染事件監(jiān)控等提供有效的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)平臺(tái)，為管理決策提供有效的數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。

1 材料與方法

在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(SPAMS，Single Particle Aerosol Mass Spectrometer)是禾信公司基于質(zhì)譜技術(shù)的在線源解析產(chǎn)品，儀器由進(jìn)樣系統(tǒng)、測(cè)徑系統(tǒng)、電離系統(tǒng)和質(zhì)譜分析系統(tǒng)組成，通過SPAMS可以同時(shí)獲取單個(gè)顆粒物的粒徑大小和化學(xué)組成，從而達(dá)到對(duì)每個(gè)顆粒物來源的精確判別。通過自適應(yīng)共振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法(ART-2a)進(jìn)行顆粒物分類；實(shí)現(xiàn)了單顆粒氣溶膠化學(xué)成分和顆粒物直徑的同步檢測(cè)。

本次項(xiàng)目監(jiān)測(cè)起止時(shí)間為2015年9月29日—2015年11月4日，有效數(shù)據(jù)約34天。鎮(zhèn)江市處于季風(fēng)氣候帶，各季節(jié)的風(fēng)場和各種氣象條件以及大氣污染物排放特點(diǎn)均有所不同，本次監(jiān)測(cè)時(shí)段選取的為秋季典型月份的空氣質(zhì)量進(jìn)行來源解析。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位位于江蘇省環(huán)境地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站諫壁橋站，進(jìn)行了為期一個(gè)月的PM2.5在線監(jiān)測(cè)。該點(diǎn)位于鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)金港運(yùn)河大橋向北100m處，距鎮(zhèn)江市中心約13km。西臨京杭大運(yùn)河，往來船只絡(luò)繹不絕；南靠金港大道隸屬S238省道；其北則為運(yùn)河及長江交匯處，東北方向有諫壁鎮(zhèn)發(fā)電廠，距監(jiān)測(cè)點(diǎn)位僅約5km；周邊還有鋼鐵廠、服裝廠、電子廠、農(nóng)畜業(yè)等。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位及主要工業(yè)污染源分布見圖1?？梢姡喾矫嬉蛩毓餐绊懼擖c(diǎn)位的大氣污染特征，觀測(cè)期間定期進(jìn)行質(zhì)量控制，審核數(shù)據(jù)有效性，根據(jù)數(shù)據(jù)審核規(guī)則剔除無效數(shù)據(jù)。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位及主要工業(yè)污染源分布圖

2 結(jié)果與討論

觀測(cè)期內(nèi)SPAMS 0515測(cè)徑的顆粒物達(dá)668 372個(gè)，其中有正負(fù)質(zhì)譜圖的顆粒164 106個(gè)，由于有的顆粒被電離后僅僅能檢測(cè)到正離子或負(fù)離子，有的顆粒未被精準(zhǔn)電離，所以檢測(cè)有正負(fù)質(zhì)譜圖的顆粒數(shù)和測(cè)徑的顆粒物數(shù)目并不一致，但是從統(tǒng)計(jì)學(xué)上來看，所測(cè)離子數(shù)已經(jīng)能夠反映PM2.5的總體情況。

(1)監(jiān)測(cè)期間空氣質(zhì)量分析

圖2為監(jiān)測(cè)期間小時(shí)空氣質(zhì)量級(jí)別分布圖(PM2.5質(zhì)量濃度小時(shí)值為鎮(zhèn)江市職教中心點(diǎn)位數(shù)據(jù))，其中優(yōu)秀天氣占比為25.3%，良好天氣占比為43.9%，輕度污染天氣占比為21.1%，中度污染天氣占比為5.0%，重度污染天氣占比為4.7%。優(yōu)良天氣占比為69.2%。

圖2 監(jiān)測(cè)期間空氣質(zhì)量分析

圖3為監(jiān)測(cè)期間PM2.5質(zhì)量濃度及風(fēng)速對(duì)比圖，監(jiān)測(cè)期間PM2.5質(zhì)量濃度小時(shí)均值為63μg/m3，最小為7μg/m3，最大為194μg/m3，變化幅度較大，出現(xiàn)了多次明顯的大氣污染過程；PM2.5質(zhì)量濃度與風(fēng)速基本呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖3 監(jiān)測(cè)期間PM2.5質(zhì)量濃度及風(fēng)速趨勢(shì)對(duì)比圖

(2)顆粒物信息

具有測(cè)徑信息的顆粒物(SIZE)12 038 551個(gè)，同時(shí)有正、負(fù)譜圖的顆粒(MASS)3 388 619個(gè)。

由圖4看出，SPAMS所測(cè)得數(shù)濃度變化趨勢(shì)與PM2.5質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)基本一致，相關(guān)性較好(R為0.6978)，也就是說，SPAMS的數(shù)濃度在一定程度上可以反映大氣細(xì)顆粒物的污染狀況。

圖4 在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀數(shù)濃度與PM2.5質(zhì)量濃度對(duì)比圖

(3)顆粒物成分分類

利用自適應(yīng)共振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法(Art-2a)對(duì)整體顆粒物進(jìn)行了成分分類，分類過程中使用的分類參數(shù)為：相似度0.7，學(xué)習(xí)效率0.05。分類后，再經(jīng)過人工合并，最終確定了7類顆粒物，分別為：元素碳(EC)、混合碳(ECOC)、有機(jī)碳(OC)、左旋葡聚糖顆粒(LEV)、富鉀顆粒(K)、重金屬(HM)、礦物質(zhì)(KWZ)。

圖5 鎮(zhèn)江市顆粒物成分餅圖

圖5為鎮(zhèn)江市顆粒物成分分類結(jié)果，從圖中可見此次監(jiān)測(cè)期間顆粒物主要成分為元素碳顆粒(31.8%),其次是有機(jī)碳顆粒(20.9%)。顆粒物的分類結(jié)果在一定程度上可反映點(diǎn)位受到污染源影響的情況，元素碳(EC，與其他成分混合程度低)主要來自于含碳燃料的不完全燃燒；有機(jī)碳(OC)顆粒則多來自于燃煤及工業(yè)排放；礦物質(zhì)(KWZ)大多作為揚(yáng)塵顆粒的主要特征；左旋葡聚糖(LEV)則主要來自于生物質(zhì)的燃燒等。

(4)顆粒物來源分析

基于監(jiān)測(cè)結(jié)果，參照《大氣顆粒物來源解析技術(shù)指南》，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，將鎮(zhèn)江市細(xì)顆粒物污染來源歸結(jié)為七大類，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)源和其它。其中，機(jī)動(dòng)車尾氣源包含了柴油車、汽油車、輪船；燃煤源包含了燃煤電廠、鍋爐等；揚(yáng)塵包含建筑揚(yáng)塵、道路揚(yáng)塵、工業(yè)粉塵等；生物質(zhì)燃燒主要是秸稈、野草等的焚燒及生物燃料的燃燒；工業(yè)工藝源包含了化工、金屬冶煉、水泥廠排放等；二次無機(jī)源主要指從單顆粒譜圖來看，除鉀離子外，只含有二次無機(jī)離子(氨根、硫酸根、硝酸根等)的顆粒，即無法進(jìn)行一次來源解析的顆粒；其它源則包含了畜禽養(yǎng)殖、海鹽、餐飲等污染源。

圖6為此次監(jiān)測(cè)期間鎮(zhèn)江市的PM2.5源解析結(jié)果，可看到首要污染源是機(jī)動(dòng)車尾氣(28.2%)，第二是燃煤(23.9%)，第三為揚(yáng)塵(11.5%)。

圖6 鎮(zhèn)江市顆粒物來源解析圖

3 結(jié)論

(1)鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)期間，受到了多類重點(diǎn)污染源的共同影響。優(yōu)良天氣占比為69.2%，但也捕捉到多次重度污染天氣，屬于較為典型的秋季污染排放特征。

(2)顆粒物主要成分為元素碳顆粒(31.8%),其次是有機(jī)碳顆粒(20.9%)。監(jiān)測(cè)期間貢獻(xiàn)最大的三個(gè)來源是機(jī)動(dòng)車尾氣源(28.2%)、燃煤源(23.9%)、揚(yáng)塵源(11.5%)。

(3)此次燃煤源貢獻(xiàn)率僅次于機(jī)動(dòng)車尾氣，對(duì)大氣環(huán)境的影響具有舉足輕重的地位，建議加強(qiáng)燃煤源的防控處理措施，全力落實(shí)各燃煤電廠除塵、脫硫、脫硝等環(huán)保設(shè)備及工藝的投入使用，強(qiáng)力推進(jìn)燃煤污染的減排。

(4)此次揚(yáng)塵源貢獻(xiàn)率變化幅度雖不大，卻基本保持在10%以上，其影響不容忽視。建議通過定期灑水、規(guī)范施工及其他除塵手段，保持對(duì)揚(yáng)塵的控制力度。

[1] 李先國，范瑩，馮麗娟．化學(xué)質(zhì)量平衡受體模型及其在大氣顆粒物源解析中的應(yīng)用[J]．中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36(2)：225-228．

[2] 王帥杰，朱坦．大氣顆粒物源解析技術(shù)研究進(jìn)展[J]．環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3(8)：8-12．

[3] 馮銀廠，彭林，吳建會(huì)，等．烏魯木齊市環(huán)境空氣中TSP和PM10來源解析[J]．中國環(huán)境科學(xué)，2005，25(s1)：30-33．

[4] 楊鈺，金永民，孫曉怡，等．用因子分析法解析撫順市大氣顆粒物來源[J]．遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，2005，25(4)：7-9．

[5] 牛牧晨，任福民，周玉松，等．北京市鐵路站場大氣顆粒物的特征與來源分析[J]．環(huán)境工程，2007，25(5)：78-81．

[6] 王紅斌，陳杰．西安市夏季空氣顆粒物污染特征及來源分析[J]．氣候與環(huán)境研究，2000，5(1)：51-57．

[7] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部辦公廳．環(huán)境空氣顆粒物來源解析技術(shù)路線(試行)[Z]．2015．

An online real time source analysis on atmospheric PM2.5in Autumn of Zhenjiang City

Wang Guyue, Xue Fengyun

(Zhenjiang Environmental Monitoring Center, Zhenjiang 21200, China)

An online and real time analysis on the source of atmospheric PM2.5was carried out using samples collected in monitoring point of Jianbi bridge, Zhenjiang City from the end of September to the beginning of November 2015, the results show that during monitoring period, a variety of key pollution sources contributed simultaneously to the impacts produced on the site. Although good air quality accounted for 69.2% of total during that period, heavily polluted air quality, typically seen in autumn, were captured for many times during monitoring period. The main components of PM2.5includes carbon particles(31.8%)and the organic carbon particles(20.9%). Exhausted gas from vehicles, coal combustion and dust rank in the first three positions among the major pollution sources, with the percentage of 28.2%, 23.9%, and 11.5% respectively.

PM2.5; source analysis; exhausted gas from vehicle

江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)基金資助項(xiàng)目(1312)

2017-03-16; 2017-04-14 修回

王古月(1986 -)，女，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，碩士，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。E-mail:mumsunny@foxmail.com

X823

A