鎮江市冬季 PM2.5的來源解析

劉 曄，甘小兵

（鎮江市環境監測中心站預警室，江蘇 鎮江 212000）

鎮江市冬季 PM2.5的來源解析

劉 曄，甘小兵

（鎮江市環境監測中心站預警室，江蘇 鎮江 212000）

采集了鎮江環境監測站 1月份的 PM2.5樣品，用 SPAMS 0515對 PM2.5來源進行解析，結果顯示，對鎮江市區冬季環境空氣有明顯貢獻的顆粒物來源是汽車尾氣、燃煤、工業排放和揚塵，4者的貢獻率分別為汽車尾氣占 22.5%、燃煤占 16.3%、工業源占 13.6%、揚塵占 11.8%。鎮江市區冬季 PM2.5顆粒中，汽車尾氣、燃煤分布在小粒徑段，揚塵分布在大粒徑段。日間汽車尾氣和揚塵對 PM2.5增高的影響增大，早高峰、晚高峰汽車尾氣貢獻增長。PM2.5中含的 Mn、Fe、Cr、Zn、Pb 5種金屬元素顆粒中含 Pb顆粒數量最大。

PM2.5；源解析；冬季；鎮江

1 引言

當前我國大氣污染形勢嚴峻，以可吸入顆粒物（PM10）、細顆粒物 （PM2.5）為特征污染物的區域性大氣環境問題日益突出。為切實改善空氣質量，國務院于2013年9月發布《大氣污染防治行動計劃》（簡稱 “國十條”），其中提出具體指標：到2017年，全國地級及以上城市可吸入顆粒物濃度比2012年下降10%以上，優良天數逐年提高；京津冀、長三角、珠三角等區域細顆粒物濃度分別下降25%、20%、15%左右。位于長三角地區的鎮江，到2017年細顆粒物濃度要下降20%，要達成這個目標，首先要搞清楚鎮江市細顆粒物的組成及來源，然后才能對癥下藥治理。

目前，成都［1］、鄭州［2］、上海［3］、青島［4］等城市都已開展 PM2.5的監測與源解析工作，采用的大氣顆粒物來源解析技術方法主要有源清單法、源模型法和受體模型法。源清單法和源模型法因需要收集統計污染源數據等大量前期工作，使用限制較多，而受體模型不依賴排放源數據，不用追蹤顆粒物遷徙過程，使用方便，應用廣泛［5］。受體模型主要包括化學質量平衡模型（CMB）和因子分析類模型 （PMF、PCA／MLR、UNMIX等），國內外廣泛應用的是 CMB模型［6］、PMF模型［7］和 PCA模型［8］。除此以外，還有一些不完全屬于上述任何一種的源解析技術，廣州禾信的在線單顆粒氣溶膠質譜儀就是其中一種。該儀器通過激光粒徑掃描和飛行時間質譜在線分析統計PM2.5顆粒中各來源顆粒的數量，得到 PM2.5中各來源顆粒的情況，目前已在20多個城市分析應用，效果良好。

本文對鎮江市區冬季的PM2.5進行在線監測分析，分析鎮江市區冬季PM2.5來源組成和變化情況，以揭示鎮江市區冬季 PM2.5的來源，全面提高對鎮江市區空氣質量問題的認識，為降低細顆粒物濃度提供理論依據。

2 材料與方法

布設采樣點依據《環境空氣質量檢測規范》（試行）的相關要求，優先選擇國家環境空氣質量監測點［9］。因此本文選擇鎮江市潤州區環境監測站 （119°26′E，32°12′N）這個國控點進行研究。本文中的 PM2.5濃度監測和來源解析都采用 24小時在線監測方式，監測時間為2014年1月8日16∶00 至2014年1月11日 16∶00，觀測期間定期進行質量控制，審核數據有效性，根據審核數據審核規則剔除無效數據。PM2.5濃度監測儀器為武漢天虹TH2000PM β射線監測儀，PM2.5源解析采用廣州禾信的 SPAMS 0515在線單顆粒氣溶膠質譜儀。SPAMS 0515由進樣系統、測徑系統、電離系統和質譜分析系統組成，氣溶膠經由 PM2.5切割頭進入進樣系統，通過空氣動力學透鏡引入顆粒物至真空系統，再將聚焦顆粒物送至中軸線，在測徑系統里測定單顆粒粒徑，隨后精確觸發 266nm激光電離顆粒物，在電離系統里單顆粒中的各種正負離子成分同時電離，最后進入飛行時間質譜分析系統同時檢查正負離子。儀器簡圖見圖1。將測得的顆粒質譜圖與系統內污染源譜庫進行對比，統計各種來源顆粒的數量，即得到相關的源解析數據。

3 結果與討論

觀測期內 SPAMS 0515測徑的顆粒物達 668372個，其中有正負質譜圖的顆粒164106個，由于有的顆粒被電離后僅僅能檢測到正離子或負離子，有的顆粒未被精準電離，所以檢測有正負質譜圖的顆粒數和測徑的顆粒物數目并不一致，但是從統計學上來看，所測離子數已經能夠反映 PM2.5的總體情況。

3.1 PM2.5來源總體分析

SPAMS 0515將觀測期內的顆粒通過雙質譜分析后分類成有機碳、元素碳有機碳、元素碳、富硅酸鹽、高分子有機物、富鉀、重金屬和其他。其中，元素碳有機碳項是指既含有機碳粒子特性、又有元素碳粒子特性的顆粒，各種類顆粒數的比例見圖2。由圖2可見，PM2.5顆粒主要成分是有機碳顆粒，其次是元素碳有機碳顆粒，然后是富鉀顆粒。

通過與 SPAMS 0515內建的源譜圖對比后統計的結果，得到觀測期內 PM2.5各來源的分擔率 （圖3），可以看出明確已知的來源中分擔率最大的是汽車尾氣和燃煤，分別為22.5%和16.3%，工業源和揚塵次之，分擔率分別為 13.6%和11.8%。鎮江不是沿海城市，海鹽的影響非常低，僅有0.7%。由此可見，鎮江市區冬季PM2.5濃度較高，主要與鎮江市區汽車保有量大、尾氣排放量大有關，因此，要降低鎮江市區PM2.5濃度，勢必要控制機動車尾氣排放。鎮江冬季不燒煤供暖，燃煤部分對 PM2.5濃度高的貢獻，主要來源于工廠燃煤和外區域顆粒物的長距離輸送。工業源分擔率僅為13.6%，說明單純靠企業減排、灰霾天氣下的停產停工，并不能顯著降低冬季鎮江市區PM2.5的濃度。

3.2 各類來源與粒徑分布的關系

通過SPAMS 0515的激光測徑與組分分析，可以得到各類來源在不同粒徑里的分布情況 （圖4）。在小粒徑（粒徑≤1 μm）范圍里，汽車尾氣和燃煤所占比例較大。隨著顆粒的增大，揚塵和生物質燃燒所占比例增大，汽車尾氣和燃煤的比例減小。工業源和二次無機源比例較穩定。當粒徑增大到2.5μm時，主要來源變為揚塵和生物質燃燒。

3.3 各類來源與時間的關系

將6∶00—18∶00點歸類為日間，18∶00—次日6∶00歸類為夜間，可以得到各顆粒物來源日夜變化關系 （圖5）。白天隨著人類活動增加，汽車尾氣和揚塵貢獻比例增加。夜間生物質燃燒所占比例有所上升，可能與夜間焚燒秸稈等生物質有關。

為進一步獲得各類來源與時間的關系，截取觀測期內3個比較有特征的時間段，分別為早高峰（7∶00—9∶00）、晚高峰 （17∶00—19∶00）和深夜（23∶00—1∶00），得到不同時段顆粒物來源變化情況（圖6）。由圖6可見，與深夜時段相比，早高峰和晚高峰的汽車尾氣分擔率明顯升高，且晚高峰的分擔率大于早高峰，這進一步說明，城市機動車尾氣控制勢在必行。

3.4 污染天氣下顆粒物來源的變化

圖 7是觀測期內 PM2.5濃度隨時間的變化圖。為考察污染天氣下顆粒物來源的變化，選擇圖 7 中PM2.5較低、較高以及中間位置的三個時段進行分析。每個時段為4個小時，三個時段分別為1月8日22∶00—1月9日2∶00、1月9日18∶00— 22∶00、1月10日 22∶00—1月 11日 2∶00。三個時段 PM2.5的 小 時 均 值分 別 為 27 μg／m3、54 μg／m3、94 μg／m3，三個時段PM2.5的小時濃度涵蓋空氣質量優、良、輕度污染時的顆粒物濃度情況（PM2.5小時濃度一級和二級標準分別為35 μg／m3、75 μg／m3）。

通過圖8可以看出，在 PM2.5濃度升高時，汽車尾氣所占的比例急劇增大，說明汽車尾氣對鎮江市區冬季空氣質量的影響最大。揚塵所占比例隨 PM2.5濃度的增高而加大，結合8日至11日的氣象數據可獲知PM2.5濃度增高時風向由北風逐漸轉為東南風，揚塵比例增大可能是東南方向顆粒物的長距離輸送造成的。

3.5 顆粒物中金屬來源分析

利用SPAMS 0515對 Mn、Fe、Cr、Zn、Pb等金屬元素的分析結果，可以得到含5種重金屬顆粒數量在 PM2.5中的相對比例（圖9）。含5種金屬元素顆粒數目中，含 Pb顆粒最多，占 38.07%；其次是Fe，占27.22%；Mn占26.09%。Pb主要來源于機動車排放和工業排放，Fe主要源自揚塵里的地殼物質和土壤元素，Mn主要來自工業排放［10～12］。這說明鎮江市區 PM2.5濃度高主要源于機動車尾氣和工業排放，與前文分析結果一致。

4 結論

（1）對鎮江市區冬季環境空氣有明顯貢獻的顆粒物來源是汽車尾氣、燃煤、工業排放和揚塵。機動車尾氣和燃煤的貢獻最大，所以機動車尾氣和燃煤仍應作為鎮江市控制大氣顆粒物污染的重點進行治理；

（2）鎮江市區冬季PM2.5顆粒中，汽車尾氣、燃煤分布在小粒徑段，揚塵分布在大粒徑段；

（3）日間汽車尾氣和揚塵對PM2.5增高的影響增大，早高峰、晚高峰汽車尾氣貢獻增長；

（4）分析含 5種金屬元素顆粒在 PM2.5顆粒物中的比例，得到含Pb顆粒數量最多。

［1］張智勝，陶俊，謝紹東，等.成都城區PM2.5季節污染特征及來源解析 ［J］.環境科學學報，2013，33（11）：2947 －2952.

［2］陳純，朱澤軍，劉丹，等.鄭州市大氣PM2.5的污染特征及源解析 ［J］.中國環境監測，2013，29（5）：47－52.

［3］馬劍麗.上海寶山區 PM2.5特征研究與源解析 ［J］.環境研究與監測，2013，12（26）：6－9.

［4］李秀鎮，盛立芳，徐華，等.青島市大氣PM2.5元素組成及來源研究 ［J］.環境科學，2012，33（5）：1438－1445.

［5］龍紅艷，鄧雙，黃妍，等.大氣細顆粒物PM2.5的源解析技術［J］.能源與環境，2012，（6）：46－49.

［6］A.K.Gupta，Kakoli Karar，Anjali Srivastava，et al.Chemical mass balance source apportionment of PM10and TSP in residential and industrial sites of an urban region of Kolkata India［J］.Journal Hazardous Materials，2007，142（1－2）：279－87.

［7］Keeler GJ，Landis MS，Norris GA，et al.Sources of Mercury wet deposition in Eastern Ohio［J］.Environmental Science＆Technology，2006，（40）：5874－5881.

［8］鄒本東，徐子優，華蕾，等.因子分析法解析北京市大氣顆粒物PM10的來源 ［J］.中國環境監測，2007，23（2）：79－85.

［9］大氣顆粒物來源解析技術指南 （試行）［Z］.中國環境保護部，2013.

［10］Xudong Huang，Ilhan Olmez，Namik K.Aras.Emissions of trace elements from motor vehicles：Potential marker elements and source composition profile［J］.Atmospheric Environment，1994，28（8）：1385－1391.

［11］賀克斌，楊復沫，段鳳奎，等.大氣顆粒物與區域復合污染［M］.北京：科學出版社，2011：95－96.

［12］馬艷華，寧平，黃小鳳，等.PM2.5重金屬元素組成特征研究進展 ［J］.礦物學報，2013，33（3）：375－381.

Study on the Sources of PM2.5in Winter in Zhenjiang

LIU Ye，GAN Xiao－bing
（Zhenjiang Environmental Monitoring Centre，Zhenjiang Jiangsu 212000 China）

Air was sampled in January in Zhenjiang.The Single Particle Aerosol Mass Spectrometer（SPAMS0515）was applied to examine the sources of PM2.5.The results showed that the sources of PM2.5were from tail gas，coal －burning，discharge from the industry，and dust.Their contribution rates were 22.5%，16.3%，13.6%，and 11.8%respectively.PM2.5from tail gas and coal burning form the smaller particles.However，dusts become bigger particles.The increase of PM2.5in the day time was correlated closely to tail gas and dust，especially in the rushing hours in the morning and in the afternoon.Five heavy metals（Mn，Fe，Cr，Zn，and Pb）were found on PM2.5particles.The particles with the most of Pb absorbed have the biggest size.

PM2.5；Source analysis；winter；Zhenjiang

X82

A

1673－9655（2014）02－0057－05

2014－02－07

劉曄，鎮江市環境監測中心站，預警室主任，工程師。