四平市雾霾大气颗粒物污染特征和来源分析

龙源期刊网四平市雾霾大气颗粒物污染特征和来源分析作者：孙玉伟祁昕刘烨来源：《安徽农业科学》2017年第02期摘要[目的]研究四平市雾霾天气发生时大气颗粒物污染特征。[方法]于2016年3月1日—4月20日对四平市大气颗粒物PM2.5、PM10和气体污染物进行采样，分析采样期间3次污染事件发生时大气颗粒物粒径分布特征，比较颗粒物与相关气体污染物的相关性，并对其来源进行分析。[结果]在3次污染事件中，PM10的平均浓度为339.9μg/m3，是采样期间的3.0倍，是空气质量标准（GB3095—2012）的2.0倍；在污染事件1（3月28日）和2（3月31日）发生时，PM2.5浓度也相应升高，分别是空气质量标准（GB3095—2012）的1.2倍和1.4倍。污染事件1和污染事件2中，在粒径0.56～1.00μm时颗粒物质量浓度出现峰值，而污染事件3（4月8日）并无相应的峰值出现。[结论]该研究为四平市大气污染防治提供理论依据。关键词PM2.5；PM10；污染事件；颗粒物粒径分布；来源分析中图分类号X831文献标识码A文章编号0517-6611（2017）02-0063-03Abstract[Objective]Toresearchpollutioncharacteristicofatmosphericparticulateswhenfogandhazeoccurred.[Method]AmeasurementprogramofPM2.5andPM10wasundertakeninSipingCityduringMarch1toApril20in2016，atmosphericparticlessizedistributionandcorrelationsofatmosphericparticlesandgaspollutantwereanalyzedwhenairpollutionaccidentoccurred.Inaddition，thesourcesofatmosphericparticlesinairpollutionaccidentwereanalyzed.[Result]Inthreeairpollutionaccidents，theaverageconcentrationofPM10reached339.9μg/m3，whichwas3.0and2.0timesrespectivelyofsamplingperiodandtheairqualitystandard（GB3095—2012）.Whenairpollutionaccident1and2occured，theconcentrationsofPM2.5alsoroseaccordingly，whichwere1.2and1.4timesrespectivelyofairqualitystandard（GB3095—2012）.Therewerepeakvalueswhenparticlesizeranged0.56to1.00μminpollutionaccident1and2.However，therewasnotresponsepeakinpollutionaccident3.[Conclusion]Thestudyprovidestheoreticalbasisforthepreventionandcontrolofatmosphericpollutioninsipingcity.KeywordsPM2.5；PM10；Pollutionaccident；Particlessizedistribution；Sourceanalysis随着我国经济的持续快速增长，大气颗粒物已成为大多数城市的首要污染物[1]。雾霾是空气污染和气象因素共同作用的结果，雾霾天气发生时，大气能见度下降，大气中的颗粒物特别是PM2.5是导致能见度降低的主要因素[2]。秋冬季是我国北方地区和中东部地区雾霾天气频发的季节，给人们的交通出行、生产生活以及身体健康造成严重的不良影响[3]。四平市地处松辽平原腹地，吉辽2省交界。为研究四平市大气颗粒物粒径分布特征和气体污染物的浓度水平，笔者于2016年3月1日—4月20日对四平市大气颗粒物和气体污染物进行采样，分析了雾霾发生时大气颗粒物粒径分布特征，并对其来源进行分析。龙源期刊网数据来源采样点位于吉林师范大学环境科学与工程学院分析测量中心楼顶，距地面高约20m，周围无障碍物及工矿企业，采样口距楼顶地面1m左右，楼顶由防水材料覆盖，基本无二次扬尘的影响。PM2.5浓度数据由赛默飞公司5030型颗粒物同步混合监测仪（SHARP）在线监测器连续监测获得；颗粒物粒径分布数据采用MOUDI8级串联撞击式采样器（Model100，美国MSP公司）获得，流量30L/min，粒径为0.18～0.32、0.32～0.56、0.56～1.00、1.00～1.80、1.80～3.20、3.20～5.60、5.60～10.00、10.00～18.00μm；气体污染物数据由四平市环保监测站提供。1.2研究方法于2016年3月1日—4月20日对四平市大气颗粒物和气体污染物进行采样，分析雾霾发生时大气颗粒物粒径分布特征，并对其来源进行分析。2结果与分析2.1采样期间气象条件和污染物浓度由图1可知，采样期间平均能见度为15.2km，平均温度为4.1℃，平均相对湿度为54.3%。在整个观测期间，四平市空气质量属于轻度污染或者以上（AQI≥100）的时间占27%。其中，中度污染及以上（AQI≥150）的时间占6%，重度污染及以上（AQI≥200）的时间占2%。3月28日、3月31日AQI指数分别为209、182，能见度均小于10km，相对湿度大于80%，即发生了雾霾污染。而在4月8日AQI指数达178，能见度为13.9km，由于当天风沙较大，引起地面扬尘，从而导致沙尘天气的发生。分别将3月28日、3月31日和4月8日定义为污染事件1、污染事件2和污染事件3。由表1可知，在采样期间，PM10的平均浓度为111.7μg/m3，3次污染事件中，PM10的平均浓度为339.9μg/m3，是采样期间的3.0倍，是空气质量标准（GB3095—2012）的2.0倍；在污染事件1和2发生时，PM2.5浓度也相应升高，分别是空气质量标准（GB3095—2012）的1.2倍和1.4倍；污染事件发生时，气体污染物NO2、O3和SO2的浓度并无显著升高，说明3次污染事件的发生，主要是由于颗粒物浓度增加导致。2.2颗粒物粒径分布特征龙源期刊网，将大气颗粒物按0.18～0.32、0.32～0.56、0.56～1.00、1.00～1.80、1.80～3.20、3.20～5.60、5.60～10.00、10.00～18.00μm进行分级采样。采样薄膜为47mm玻璃纤维滤膜，采样中用旋转电机保证采样膜均匀接受颗粒物。由图2可知，3次污染事件中，在颗粒物粒径为3.20～5.60μm时颗粒物质量浓度均出现峰值，分别达152.6、67.2和92.4。污染事件1和污染事件2中，在0.56～1.00μm粒径时颗粒物质量浓度出现峰值，而污染事件3并无相应峰值的出现。说明3次污染事件发生时，颗粒物粒径分布差异较大，可能是由于不同污染源以及气象条件的影响造成的。由图3可知，3次污染事件发生时，颗粒物粒径分布特征不同。其中，在污染事件1中，颗粒物粒径主要集中在0.56～1.00μm，所占比例为22.6%；粒径在1.80～3.20、3.20～5.60和5.60～10.00μm的颗粒物，所占比例分别为15.1%、14.3%和17.4%。在污染事件2中，颗粒物粒径主要是1.80～3.20和3.20～5.60μm，所占比例分别为23.1%和20.7%。在污染事件3中，颗粒物粒径主要集中在0.56～1.00μm，所占比例为26.0%，这是由于污染事件3发生时，风速较大，引起地面扬尘，从而导致沙尘天气的发生。3次污染事件发生时，粒径在0.18～0.32μm的颗粒物浓度都很低，所占比例分别为1.5%、2.3%和0.4%，3次污染事件发生时，超细颗粒物浓度较低，不容易产生颗粒物生长过程。2.3大气污染物来源分析不同来源颗粒物的理化特征具有显著差异，因此，不同来源的化学成分谱和标示物为来源解析提供重要依据。城市大气中SO2主要来源于含硫燃料的燃烧，NO2约2/3来自汽车等流动源的排放，1/3来自固定源的排放[4]。SO2和NO2以及各种污染物之间的相关性分析可以为污染物来源提供理论依据。2.3.1污染事件1中污染物之间的相关性。由表1可知，AQI与PM2.5有中等相关性（R2=0.536），AQI与PM10有强相关性（R2=0.920），PM2.5与PM10有中等相关性（R2=0.415），这说明PM2.5和PM10是此次污染事件发生的主要原因，且PM2.5和PM10有共同的污染源。PM2.5与SO2有中等相关性（R2=0.529），与NO2有弱相关性（R2=0.246），说明PM2.5主要来源于燃煤排放，并伴随着汽车尾气排放。PM10与SO2有弱相关性（R2=0.249），PM10与NO2无相关性（R2=0.075），说明PM10主要来源于燃煤排放。在污染事件1中，PM2.5和PM10主要来源于燃煤排放，同时伴随着汽车尾气排放。2.3.2污染事件2中污染物之间的相关性。由表3可知，AQI与PM2.5有弱相关性（R2=0.386），AQI与PM10有强相关性（R2=0.950），PM2.5与PM10有中等相关性（R2=0.433），这说明PM10是此次事件的首要污染物，且PM2.5和PM10有相同的污染源。PM2.5与CO有强相关性（R2=0.802），PM10龙源期刊网有中等相关性（R2=0.446），且PM2.5和PM10与SO2之间几乎无相关性，说明PM2.5和PM10主要来源于汽车尾气排放。2.3.3污染事件3中污染物之间的相关性。由表4可知，AQI与PM2.5有中等相关性（R2=0.458），AQI与PM10有强相关性（R2=0.964），PM2.5与PM10有中等相关性（R2=0.415），这说明PM10是此次事件的首要污染物，且PM2.5和PM10有部分相同的污染源。PM10与NO2有弱相关性（R2=0.334），与SO2有弱相关性（R2=0.264），而PM2.5与NO2和SO2几乎无相关性（R2=0.095和0.043）。由于污染事件3发生时，风速较大，引起地面扬尘，从而导致沙尘天气的发生。PM10的来源包括燃煤排放和汽车尾气排放以及地面扬尘，而PM2.5主要来源于地面扬尘[5-6]。3结论（1）采样期间，四平市空气质量属于轻度污染或者以上（AQI≥100）的时间占27%。其中，中度污染及以上（AQI≥150）的时间占6%，重度污染及以上（AQI≥200）的时间占2%。在3次污染事件中，PM10的平均浓度为339.9μg/m3，是采样期间的3.0倍，是空气质量标准（GB3095—2012）的2.0倍；在污染事件1和2发生时，PM2.5浓度也相应升高，分别是空气质量标准（GB3095—2012）的1.2倍和1.4倍。（2）3次污染事件中，在颗粒物粒径为3.20～5.60μm时颗粒物质量浓度均出现峰值，分别达152.6、67.2和92.4。污染事件1和污染事件2中，在0.56～1.00μm粒径时，颗粒物质量浓度出现峰值，而污染事件3并无相应的峰值出现。说明3次污染事件发生时，颗粒物粒径分布差异大，可以是由于不同污染源以及气象条件的影响造成的。（3）污染事件1发生时，PM2.5和PM10主要来源于燃煤排放，同时也伴随着汽车尾气排放；污染事件2发生时，首要污染物为PM10，P