吳萍萍

(福建省泉州環(huán)境監(jiān)測中心站,福建 泉州 362000)

2013年以來,我國大范圍出現(xiàn)灰霾現(xiàn)象,大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)成為中國大中城市的主要空氣污染物,極大地影響了城市環(huán)境空氣質(zhì)量[1-3]。2013年全國74個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測城市中僅拉薩、海口和舟山3個(gè)城市PM2.5達(dá)標(biāo),2014年74個(gè)城市PM2.5年均濃度雖有所下降,但仍有近90%城市未達(dá)標(biāo)[4],大氣細(xì)顆粒物的污染引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注,嚴(yán)重危害了群眾的健康。

PM2.5來源復(fù)雜,源解析是對(duì)其進(jìn)行定量或定性研究的技術(shù)、方法。傳統(tǒng)的氣溶膠分析是將顆粒物采集到濾膜上,送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行離線分析,通常需要較長的采樣時(shí)間和分析時(shí)間,且較難反映短時(shí)間內(nèi)的突發(fā)性污染事件[5-7]。近年來,高分辨率、分析快速且可靠性強(qiáng)的顆粒物在線監(jiān)測設(shè)備逐漸受到社會(huì)各界的青睞,并已成熟應(yīng)用于環(huán)境空氣特征分析及PM2.5來源解析的研究中。單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(SPAMS)因可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測PM2.5的粒徑分布和化學(xué)組分信息等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于各地環(huán)境細(xì)顆粒物研究中,可針對(duì)不同污染過程開展快速源解析分析,進(jìn)而評(píng)估不同污染來源對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn),及時(shí)、有效地反映各污染源的變化特征,對(duì)治理大氣污染有著重要意義[8-11]。

由于我國北方發(fā)生灰霾現(xiàn)象的頻率高于南方,對(duì)我國北方PM2.5來源解析的研究也明顯多于南部地區(qū),尤其是南部沿海地區(qū)。泉州市地處福建省東南沿海,經(jīng)濟(jì)總量連續(xù)22年保持全省第一,在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí),其大氣環(huán)境問題也逐步突顯。歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,PM2.5成為了影響泉州市環(huán)境空氣質(zhì)量的污染物之一[12],目前對(duì)泉州市PM2.5來源解析的研究尚少,尤其是對(duì)污染時(shí)段的分析,故對(duì)泉州市PM2.5典型污染事件的來源解析可為大氣污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測點(diǎn)位及監(jiān)測時(shí)間

本研究PM2.5化學(xué)組分及理化性質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)位位于福建省泉州環(huán)境監(jiān)測中心站樓頂,四周通風(fēng)良好,無明顯遮擋物;PM2.5自動(dòng)監(jiān)測儀位于涂山街國控點(diǎn),與福建省泉州環(huán)境監(jiān)測中心站距離約為1 000 m,兩點(diǎn)位之間為居民生活區(qū),無工業(yè)污染源,故認(rèn)為兩點(diǎn)位監(jiān)測結(jié)果可代表同一區(qū)域內(nèi)的大氣環(huán)境狀況。

2018年2月14日—17日,泉州市區(qū)共出現(xiàn)一次連續(xù)兩天以PM2.5為首要污染物的不同污染等級(jí)的污染天氣,故選擇該時(shí)段為本研究的監(jiān)測時(shí)間。

1.2 監(jiān)測儀器及分析方法

PM2.5化學(xué)組分及物理性質(zhì)分析采用SPAMS-0515型在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(廣州禾信儀器股份有限公司生產(chǎn)),以在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(SPAMS)在線監(jiān)測為基礎(chǔ),實(shí)時(shí)獲取環(huán)境受體中PM2.5的質(zhì)譜測量結(jié)果,同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)氐谋镜鼗醋V,得到PM2.5的主要組分特征及污染來源,利用示蹤離子法將泉州市PM2.5污染來源歸類為十大類,分別為揚(yáng)塵源、生物質(zhì)燃燒源、機(jī)動(dòng)車尾氣源、燃煤源、工業(yè)工藝源、二次無機(jī)源、餐飲源、海鹽源、煙花源和其他源。

PM2.5自動(dòng)監(jiān)測儀采用5030-SHARP型PM2.5分析儀(美國Thermo Fisher Scientific公司生產(chǎn)),監(jiān)測方法為β射線法。樣品空氣通過切割器以恒定的流量經(jīng)過進(jìn)樣管,顆粒物截留在濾帶上。β射線通過濾帶時(shí),能量發(fā)生衰減,通過對(duì)衰減量的測定計(jì)算出顆粒物的質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 空氣質(zhì)量概況及污染特征分析

2018年2月14日—17日,泉州市區(qū)和涂山街國控點(diǎn)位的AQI值和首要污染物如表1所示。由表1可知,涂山街與泉州市區(qū)于監(jiān)測時(shí)間段內(nèi)首要污染物一致且AQI相近,兩者于15日—16日分別出現(xiàn)以PM2.5為首要污染物的中度污染天氣和輕度污染天氣,故分析涂山街點(diǎn)位的PM2.5污染特征具有一定的代表性。

表1 2018年2月14日—17日泉州市區(qū)及涂山街AQI值和首要污染物統(tǒng)計(jì)

2018年2月14日—17日涂山街點(diǎn)位的PM2.5濃度和風(fēng)速小時(shí)變化趨勢如圖1所示。 由圖1可知,監(jiān)測時(shí)間段內(nèi)涂山街共發(fā)生三次PM2.5突升過程,以此劃分為三個(gè)污染過程,分別為污染1(15日0:00—6:00)、污染2(15日20:00—16日5:00)和污染3(16日19:00—17日2:00),PM2.5濃度整體呈“先升高后降低”趨勢,三個(gè)污染過程各出現(xiàn)一個(gè)PM2.5小時(shí)濃度峰值,其中污染2的PM2.5小時(shí)濃度峰值最高(315 μg/m3,嚴(yán)重污染)。

圖1 涂山街PM2.5濃度和風(fēng)速小時(shí)變化趨勢

由圖1也可知,監(jiān)測時(shí)間段內(nèi)風(fēng)速呈現(xiàn)“下降-上升”的趨勢,平均風(fēng)速為1.7 m/s,整體風(fēng)速較低,尤其是14日20:00—16日13:00,平均風(fēng)速僅為0.9 m/s。14日20:00—15日13:00,PM2.5整體濃度較高,可能與該時(shí)段內(nèi)風(fēng)速較低有關(guān),靜穩(wěn)天氣極不利于污染物擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移,PM2.5易在本地積聚。16日14:00起,隨著風(fēng)速的增大,污染物擴(kuò)散條件好,PM2.5濃度呈明顯下降趨勢,空氣質(zhì)量逐步轉(zhuǎn)好。

2018年2月14日—17日涂山街點(diǎn)位的PM2.5污染玫瑰圖如圖2所示。由圖2可知,PM2.5濃度較高的時(shí)段,涂山街主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)向,風(fēng)速較低(＜1 m/s)。

圖2 涂山街PM2.5污染玫瑰圖

2.2 細(xì)顆粒物來源總體貢獻(xiàn)情況

2018年2月14日—17日,在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀分析得出的PM2.5各污染源平均貢獻(xiàn)率如圖3所示。由圖3可知,研究時(shí)段內(nèi)PM2.5的主要污染來源是二次無機(jī)源,貢獻(xiàn)率為21.2%;其次為燃煤和機(jī)動(dòng)車尾氣,貢獻(xiàn)率分別為19.1%和18.2%;而生物質(zhì)燃燒、揚(yáng)塵、工業(yè)工藝、煙花、海鹽、餐飲和其他的貢獻(xiàn)率則分別為11.0%,9.6%,8.8%,6.5%,2.3%,1.0%和2.3%。

圖3 2月14日—17日PM2.5源解析結(jié)果

2.3 不同空氣質(zhì)量等級(jí)細(xì)顆粒物的來源變化特征

2018年2月14日—17日,對(duì)涂山街不同空氣質(zhì)量等級(jí)時(shí)段的PM2.5濃度和各污染源貢獻(xiàn)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其變化趨勢如圖4所示。由圖4可知,隨著空氣質(zhì)量等級(jí)的惡化,各污染源的變化趨勢不一樣。隨著PM2.5小時(shí)平均濃度的升高,變化最大的是煙花,其次是燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣和二次無機(jī)源,工業(yè)工藝、生物質(zhì)燃燒、揚(yáng)塵三種污染源占比較為穩(wěn)定,海鹽、餐飲和其他三種污染源因其占比小而變化較不明顯。優(yōu)時(shí)段的煙花源占比最低(2%),但隨著污染程度的加重,煙花源占比大幅升高,重度污染及嚴(yán)重污染時(shí)段的煙花源占比分別高達(dá)21.0%和36.0%,貢獻(xiàn)率位居第一,遠(yuǎn)超其他污染源。

圖4 不同空氣質(zhì)量級(jí)別時(shí)段的PM2.5及其各污染源變化趨勢

煙花源占比及PM2.5小時(shí)濃度的變化趨勢如圖5所示。由圖5可知,監(jiān)測期間煙花源占比與PM2.5濃度變化趨勢較為一致,煙花源在PM2.5高峰時(shí)段內(nèi)均出現(xiàn)明顯累積現(xiàn)象,尤其是時(shí)段2,煙花源占比最高達(dá)41.3%。

圖5 涂山街PM2.5濃度和煙花源占比小時(shí)變化趨勢

初步推斷,監(jiān)測期間內(nèi),PM2.5濃度的升高受煙花爆竹燃放的影響較大,尤其是2月15日(除夕)和2月16日(初一),這與謝瑞加等[13]對(duì)春節(jié)期間煙花爆竹集中燃放PM2.5的成分研究結(jié)果一致,煙花爆竹的集中燃放釋放出大量的細(xì)顆粒物且燃放過程震動(dòng)導(dǎo)致塵土飛揚(yáng),使空氣中的PM2.5急劇上升,造成環(huán)境污染。

2.4 典型污染過程細(xì)顆粒物來源分析

由圖1可知,監(jiān)測時(shí)間段內(nèi)涂山街共有污染1、污染2和污染3三個(gè)污染時(shí)段,另取污染前和污染后各一個(gè)時(shí)段作為對(duì)比,針對(duì)每個(gè)時(shí)段進(jìn)行來源解析,如圖6所示。

由圖6可知,污染前時(shí)段和污染1時(shí)段的主要污染源均為二次無機(jī)源、燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣和生物質(zhì)燃燒,各污染源比例在污染前時(shí)段至污染1時(shí)段的變化較不明顯。結(jié)合圖1可知,污染1時(shí)段的PM2.5濃度升高可能與本地源排放及不利氣象條件有關(guān),該時(shí)段風(fēng)速較低(＜1 m/s),擴(kuò)散條件較差,不利于污染物的擴(kuò)散和遷移,污染物易累積。

圖6 不同天氣下的PM2.5源解析結(jié)果

污染2時(shí)段的主要污染源為煙花源、二次無機(jī)源、燃煤和機(jī)動(dòng)車尾氣,該時(shí)段煙花源占比大幅增加,平均占比達(dá)28.2%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出二次無機(jī)源(14.5%)、燃煤(12.6%)、機(jī)動(dòng)車尾氣(11.8%)等其他污染源,監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示煙花源瞬時(shí)占比最高達(dá)41.3%,該時(shí)段處于除夕夜至初一期間,屬于煙花爆竹集中燃放時(shí)段,故推測時(shí)段2 期間PM2.5濃度的升高主要受到煙花爆竹燃放的影響。

污染3時(shí)段的主要污染源為機(jī)動(dòng)車尾氣、燃煤和二次無機(jī)源,該時(shí)段雖然煙花源占比顯著下降,但仍較污染前時(shí)段高,故推測該時(shí)段主要受本地源排放影響。該時(shí)段污染程度較前兩個(gè)污染程度顯著輕,可能與該時(shí)段的風(fēng)速較大(時(shí)段平均風(fēng)速為2.4 m/s)有關(guān),氣象條件較有利于污染物的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移。

污染后時(shí)段的主要污染源為燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣和二次無機(jī)源,相比前面4個(gè)時(shí)段,該時(shí)段的燃煤源占比顯著增加,這可能與該時(shí)段PM2.5濃度最低有關(guān),導(dǎo)致污染源占比變化較大。

3 結(jié)論和建議

(1)2018年2月14日—17日,泉州市共出現(xiàn)兩天以PM2.5為首要污染物的超標(biāo)天氣,期間共出現(xiàn)三個(gè)PM2.5污染過程,以除夕夜至正月初一凌晨的污染最為嚴(yán)重,PM2.5小時(shí)最高值達(dá)315 μg/m3,污染氣團(tuán)主要來源于東南風(fēng)向。此外,風(fēng)速的降低對(duì)PM2.5濃度的升高也存在一定影響。

(2)源解析結(jié)果顯示,2018年2月14日—17日期間,二次無機(jī)源(21.2%)是涂山街的首要污染源,其次為燃煤源(19.1%)和機(jī)動(dòng)車尾氣源(18.2%),其余各源貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

(3)不同空氣質(zhì)量等級(jí)時(shí)段,各污染源的占比變化不一致,其中煙花源變化最大,初步判斷監(jiān)測期間內(nèi)PM2.5濃度的升高受煙花爆竹燃放的影響較大,尤其是2月15日20:00—16日5:00(除夕夜至正月初一凌晨),煙花源的影響不可忽視,其煙花源小時(shí)占比最高可達(dá)41.3%。

(4)不同污染時(shí)段及污染前、后時(shí)段的源解析結(jié)果顯示,不利的氣象條件和本地源的排放是造成泉州市PM2.5濃度超標(biāo)的主要影響因素,尤以春節(jié)期間煙花爆竹的集中燃放影響最為顯著,建議泉州市春節(jié)期間重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)煙花爆竹燃放的管控,鼓勵(lì)市民盡量使用電子煙花爆竹代替?zhèn)鹘y(tǒng)煙花爆竹,綠色過節(jié)。