黃深，潘要武，劉國盛，李梅，畢燕茹

(1.茂名市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，廣東 茂名 525000；2. 暨南大學(xué)，廣東 廣州 510000；3.廣州禾信分析儀器有限公司，廣東 廣州 510000)

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·解析評價(jià)·

茂名市大氣PM2.5在線源解析

黃深1，潘要武1，劉國盛1，李梅2*，畢燕茹3

(1.茂名市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，廣東 茂名 525000；2. 暨南大學(xué)，廣東 廣州 510000；3.廣州禾信分析儀器有限公司，廣東 廣州 510000)

于2014年12月31日—2015年1月12日，利用單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀對茂名市大氣中PM2.5進(jìn)行在線監(jiān)測和分析。結(jié)果表明，茂名市大氣顆粒物污染來源分布(顆粒數(shù)占比)分別為揚(yáng)塵6%、工業(yè)工藝源10.9%、生物質(zhì)燃燒14.7%、機(jī)動(dòng)車尾氣27.5%、燃煤23.4%、二次無機(jī)源7.7%和其他9.9%。 空氣質(zhì)量從重度污染轉(zhuǎn)為優(yōu)良天氣過程中，機(jī)動(dòng)車尾氣的貢獻(xiàn)率基本保持在20%以上，而燃煤占比從28.9%降至12.3%；空氣質(zhì)量從優(yōu)良轉(zhuǎn)為污染天氣的過程中，工業(yè)工藝源、二次無機(jī)源、生物質(zhì)燃燒、燃煤的占比增加，而機(jī)動(dòng)車尾氣占比不斷下降。

茂名市；可入肺顆粒物；源解析；單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀

近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加速，環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，人為來源(如汽車尾氣、燃煤和垃圾處理焚燒等)直接排放的一次氣溶膠和大量氣態(tài)污染物通過光化學(xué)反應(yīng)及其他物理化學(xué)過程(如與氣溶膠的直接作用)產(chǎn)生的二次氣溶膠濃度劇增，都市灰霾已成為一種常見現(xiàn)象，對居民的健康、日常生活以及社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響[1-2]。

灰霾的主要污染物為道路揚(yáng)塵、汽車尾氣、建筑施工、工業(yè)排放的一次粒子及硫酸與硫酸鹽、硝酸與硝酸鹽等氣粒轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的超細(xì)粒子[3-4]。現(xiàn)通過基于單顆粒質(zhì)譜技術(shù)的大氣細(xì)顆粒物實(shí)時(shí)在線源解析方法(應(yīng)急源解析技術(shù)方法)[5]，于2014年12月31日—2015年1月12日對茂名市大氣中PM2.5在線監(jiān)測和分析，初步了解其細(xì)顆粒物的主要來源，為管理決策部門治理空氣污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 采樣點(diǎn)與采樣時(shí)間

監(jiān)測點(diǎn)位于茂名市新福三路，市環(huán)境監(jiān)測站大樓14層露天平臺(tái)。周圍有醫(yī)院、中學(xué)、居民區(qū)等，屬于市中心綜合性生活區(qū)。采樣時(shí)間為2014年12月31日—2015年1月12日。

1.2 儀器與方法

采用單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀[6]對大氣顆粒物進(jìn)行監(jiān)測分析。環(huán)境空氣經(jīng)PM2.5切割頭切割后直接進(jìn)入SPAMS分析，PM2.5切割頭放在樓頂，采樣管經(jīng)樓頂采樣口與儀器進(jìn)樣口連接進(jìn)行采樣。平均采樣頻率為4.3個(gè)顆粒/s，最大頻率為7個(gè)顆粒/s，最小頻率為1個(gè)顆粒/s。

1.3 質(zhì)量保證與控制

在監(jiān)測期間對采樣儀器及單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀SPAMS進(jìn)行定期維護(hù)、校準(zhǔn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

共采集到同時(shí)具有正負(fù)離子信息的PM2.5顆粒物譜圖70.9萬個(gè)。根據(jù)廣州禾信分析儀器有限公司組建的大氣顆粒物污染源譜庫，參考文獻(xiàn)[7]。利用各類污染源質(zhì)譜特征中的示蹤離子進(jìn)行搜索，對茂名市大氣顆粒物的主要來源進(jìn)行解析，主要將顆粒物分為揚(yáng)塵顆粒、工業(yè)工藝顆粒、生物質(zhì)燃燒顆粒、機(jī)動(dòng)車尾氣顆粒、燃煤顆粒、二次無機(jī)源顆粒和其他顆粒幾大類。

1.5 氣象數(shù)據(jù)

監(jiān)測期間氣象要素見表1，風(fēng)力為微風(fēng)。

表1 2015年監(jiān)測期間氣象要素

2 結(jié)果與分析

2.1 監(jiān)測結(jié)果

點(diǎn)位顆粒物監(jiān)測信息見表2，PM2.5顆粒數(shù)濃度與質(zhì)量濃度的變化趨勢見圖1。

表2 點(diǎn)位顆粒物監(jiān)測信息①

①顆粒物數(shù)濃度或比例隨時(shí)間變化分析為1 h結(jié)果，即每小時(shí)1 m3的顆粒物總個(gè)數(shù)隨時(shí)間變化及每小時(shí)的顆粒數(shù)濃度平均占比隨時(shí)間變化。

由圖1可見，PM2.5顆粒物數(shù)濃度與質(zhì)量濃度的變化趨勢基本一致，二者具有較好的相關(guān)性。PM2.5小時(shí)質(zhì)量濃度<75 μg/m3的比例為61.8%，部分時(shí)段出現(xiàn)輕度或中度污染。

2.2 顆粒物成分分析

茂名市整體顆粒物平均質(zhì)譜圖見圖2。

圖2 整體顆粒物的平均質(zhì)譜圖

2.3 顆粒物來源

茂名市大氣顆粒物污染來源分布(顆粒數(shù)占比)分別為揚(yáng)塵6%、工業(yè)工藝源10.9%、生物質(zhì)燃燒14.7%、機(jī)動(dòng)車尾氣27.5%、燃煤23.4%、二次無機(jī)源7.7%和其他9.9%。

2.4 污染過程分析

2.4.1 1—5日污染過程分析

1—5日污染來源分布見圖3。

圖3 1—5日污染來源分布

(1)從時(shí)段1到時(shí)段6，ρ(PM2.5)呈現(xiàn)出“高-低-高-低-高-低”的趨勢。對比高低點(diǎn)的污染來源分布，高點(diǎn)的機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤均大于低點(diǎn)，說明污染天氣發(fā)生時(shí)，本地機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤為主要貢獻(xiàn)源。污染天氣下，由于擴(kuò)散條件不利，本地源排放顆粒容易積聚，而優(yōu)良天氣下，擴(kuò)散條件轉(zhuǎn)好，因此更易受到長距離遷移氣團(tuán)的影響，可能帶來周邊的生物質(zhì)燃燒顆粒，同時(shí)相比近地面排放的機(jī)動(dòng)車尾氣，高位排放的燃煤顆粒更容易被相對干凈的氣團(tuán)稀釋，因而優(yōu)良時(shí)段下燃煤的貢獻(xiàn)也有明顯降低；

(2)從時(shí)段1到時(shí)段7，ρ(PM2.5)整體呈現(xiàn)下降趨勢，時(shí)段1為重度污染天氣，時(shí)段3、5、6、7的空氣質(zhì)量則為中度污染、輕度污染、良好、良好天氣。此過程中，機(jī)動(dòng)車尾氣的貢獻(xiàn)率基本保持在20%以上，而燃煤(除時(shí)段7)的占比則逐步下降，從28.9%降至12.3%，降幅達(dá)57%，說明燃煤顆粒得以充分?jǐn)U散；

(3)監(jiān)測期間，生物質(zhì)燃燒顆粒在優(yōu)良天氣比重較大(>30%)，而污染天氣時(shí)比重較小。這說明污染天氣發(fā)生時(shí)，燃煤和機(jī)動(dòng)車尾氣顆粒比生物質(zhì)燃燒顆粒更利于產(chǎn)生累積效應(yīng)。雖然生物質(zhì)燃燒顆粒在重污染天氣下的占比遠(yuǎn)小于機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤的占比，但是從總的占比情況來看，生物質(zhì)燃燒顆粒仍占較大比重，其影響也不容忽視。

2.4.2 6—11日污染過程分析

6—11日污染來源分布見圖4。

圖4 6—11日污染來源分布

(1)從1時(shí)段到3、4時(shí)段，ρ(PM2.5)不斷攀升。隨著大氣污染程度的增加，機(jī)動(dòng)車尾氣比例不斷下降，而工業(yè)工藝源、二次無機(jī)源及生物質(zhì)燃燒的比例隨即增加，燃煤的比例也有一定程度的增加，除揚(yáng)塵外，各類污染源的數(shù)濃度都明顯增加。而理論上機(jī)動(dòng)車尾氣排放量不會(huì)出現(xiàn)較大變化，故推斷此次污染過程是來自工業(yè)工藝源、生物質(zhì)燃燒源的新鮮排放，以及在靜穩(wěn)天氣(風(fēng)力<2 m/s)下，顆粒物不易擴(kuò)散，導(dǎo)致的機(jī)動(dòng)車尾氣、燃煤等污染物的累積。另外，在顆粒物的大量累積下，顆粒物的二次轉(zhuǎn)化加劇了污染程度；

(2)4、6、8、10時(shí)段顆粒物高峰時(shí)段均出現(xiàn)在夜間，可能是由于逆溫現(xiàn)象[8]，使得污染物積聚所致，空氣質(zhì)量下降。6—11日各污染源顆粒數(shù)濃度隨時(shí)間的變化見圖5。

2.4.3 降雨過程

10—12日降雨量分布見圖6；10—12日降雨過程污染來源分布見圖7(a)(b)。

圖5 6—11日污染源顆粒數(shù)濃度隨時(shí)間變化

圖6 10—12日降雨量分布

圖7 10—12日降雨過程污染來源分布

(1)隨著降雨，各污染源的數(shù)濃度都明顯減小，說明降雨對各污染源顆粒物都有較強(qiáng)的沖刷清除作用[9-10]；

(2)降雨過程中燃煤的比例逐漸減小，而機(jī)動(dòng)車尾氣的比例反而有所增加，說明降雨對不同污染源的影響程度不同，對燃煤的清除作用較大。另外，機(jī)動(dòng)車尾氣的比例在雨天有所增加，一方面是由于機(jī)動(dòng)車尾氣主要是來自于本地源的貢獻(xiàn)，當(dāng)下雨及風(fēng)速較大時(shí)，大部分顆粒物由于出現(xiàn)沉降或擴(kuò)散而減少，機(jī)動(dòng)車尾氣雖然也減少，但本地機(jī)動(dòng)車的排放給予機(jī)動(dòng)車尾氣的迅速補(bǔ)充，使得機(jī)動(dòng)車尾氣顆粒物比例增大，成為首要污染物。這主要是由于機(jī)動(dòng)車尾氣排放的顆粒物太小，雨水沖刷對其的效率相對較小。

2.5 生物質(zhì)燃燒分析

生物質(zhì)燃燒顆粒數(shù)的占比隨時(shí)間的變化狀況見圖8。由圖8可見，生物質(zhì)燃燒源的貢獻(xiàn)率為14.5%，排名第三，其影響不容忽視。每天13:00—18:00均出現(xiàn)明顯的比例高峰，比例>20%，其中1—3日高峰比例達(dá)到41.3%。

1月1—4日和1月5—11日2個(gè)時(shí)段的衛(wèi)星火點(diǎn)圖(https://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/firemap/)見圖9。2個(gè)時(shí)間段內(nèi)茂名市及周邊地區(qū)均有明顯且密集的火點(diǎn)，說明當(dāng)?shù)赜薪斩捜紵顒?dòng)。而2個(gè)時(shí)間段中，1—4日的火點(diǎn)更為明顯，這與該時(shí)間段較高比例的生物質(zhì)燃燒情況相符。

圖8 1—12日 生物質(zhì)燃燒比例隨時(shí)間變化

圖9 2個(gè)時(shí)間段的衛(wèi)星火點(diǎn)圖對比

3 結(jié)論

(1)茂名市大氣顆粒物污染來源分布(顆粒數(shù)占比)分別為揚(yáng)塵6%、工業(yè)工藝源10.9%、生物質(zhì)燃燒14.7%、機(jī)動(dòng)車尾氣27.5%、燃煤23.4%、二次無機(jī)源7.7%和其他9.9%；

(2)從重度污染天氣轉(zhuǎn)為優(yōu)良天氣過程中，機(jī)動(dòng)車尾氣的貢獻(xiàn)率基本>20%，而燃煤占比從28.9%降至12.3%，說明燃煤顆粒得以充分?jǐn)U散；

(3)從優(yōu)良天氣轉(zhuǎn)為污染天氣的過程中，各污染源顆粒數(shù)濃度均明顯增加。工業(yè)工藝源、二次無機(jī)源、生物質(zhì)燃燒、燃煤的所占比例增加，而機(jī)動(dòng)車尾氣所占比例卻不斷下降。推斷此次污染過程是由于工業(yè)工藝源、生物質(zhì)燃燒源的大量排放，以及在靜穩(wěn)天氣下，顆粒物不易擴(kuò)散，導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車尾氣、燃煤等污染物累積造成的；監(jiān)測過程中，可能由于逆溫現(xiàn)象的影響，使得茂名市半夜的地面風(fēng)力微弱，空氣中的懸浮粒子聚積而使空氣的質(zhì)量變得惡劣；

(4)降雨對各污染源顆粒物都有較強(qiáng)沖刷清除作用，影響程度不同，對燃煤清除作用較大；

(5)污染時(shí)段的發(fā)生主要是機(jī)動(dòng)車尾氣或燃煤由于天氣不利擴(kuò)散而累積造成。另外各污染源顆粒物的累積或擴(kuò)散速度受多種因素影響而有較大差異；

(6)生物質(zhì)燃燒源對污染天氣的發(fā)生產(chǎn)生極大影響。

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Online Source Apportionment of Atmospheric PM2.5in Maoming City

HUANG Shen1, PAN Yao-wu1, LIU Guo-sheng1, LI Mei2*, BI Yan-ru3

(1.MaomingEnvironmentalMonitoringStation,Maoming,Guangdong525000,China; 2.JinanUniversity,Guangzhou,Guangdong510000,China; 3.GuangzhouHexinAnalyticalInstrumentCo.Ltd.,Guangzhou,Guangdong510000,China)

The atmospheric PM2.5in Maoming was monitored and analyzed using the single particle aerosol mass spectrometer from December 31, 2014 to January 12, 2015. The results showed that the pollution sources of PM2.5in this city contained 6% of dust particles, 10.9% of particles from industrial processes, 14.7% from biomass burning, 27.5% from vehicle exhaust, 23.4% from coal combustion, 7.7% from secondary inorganic sources, and 9.9% from other sources. When the air quality turned fine from heavily polluted conditions, the motor vehicle exhaust contributed to more than 20%, and the contribution of coal combustion decreased from 28.9% to 12.3%. When the air condition was changed from fine to heavily polluted, the contribution of industrial processes, secondary inorganic source, biomass combustion, and coal combustion to the production of PM2.5were increased, while the contribution of the motor vehicle exhaust was decreased.

Maoming; PM2.5; Source apportionment; Single particle aerosol mass spectrometer

2015-03-03；

2015-04-21

國家科技支撐計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2014BAC21B01)

黃深(1979—)，男，工程師,本科，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測與評價(jià)。

*通訊作者：李梅 E-mail:limei2007@163.com

X832

B

1674-6732(2015)04-0037-06