石家莊市冬季大氣中TSP，PM10，PM2.5污染水平研究

任毅斌，靳 偉，康蘇花，楊麗杰，趙 鑫，高康寧

(石家莊市環境監測中心，河北石家莊 050022)

石家莊市冬季大氣中TSP，PM10，PM2.5污染水平研究

任毅斌，靳 偉，康蘇花，楊麗杰，趙 鑫，高康寧

(石家莊市環境監測中心，河北石家莊 050022)

為研究石家莊市冬季大氣顆粒物污染特征，于2013年2月采集TSP，PM10，PM2.5樣品，用重量法分析其質量濃度，并對其相關性進行分析。結果表明，用環境空氣質量標準(GB 3095-2012)來衡量，石家莊市冬季大氣顆粒物TSP，PM10和PM2.5的日均濃度超標率分別為57.9%，82.9%和81.6%；超標倍數分別為1.28，1.86和2.24倍，超標情況嚴重；TSP與PM10和PM10與PM2.5相關系數分別為0.748 9和0.760 4，相關性較好；ρ(PM10)/ρ(TSP)平均值為0.74，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)平均值為0.61，表明PM10和PM2.5污染嚴重。

顆粒物；TSP；PM10；PM2.5

顆粒物是大氣環境中組成復雜、危害較大的污染物之一，顆粒物超標也是目前中國大氣污染的主要問題之一[1-3]。可吸入顆粒物粒徑小，比表面積大，容易富集有毒物質，危害人體健康[4-6]。近年來中國針對可吸入顆粒物的研究工作已經很多，這些結果顯示，中國顆粒物污染，尤其是細顆粒物污染有相對加劇的趨勢[7-11]。

石家莊市作為省會城市，同時又處于國家劃定的京津冀重點大氣污染防治區域，已被國家列入率先實施新的空氣質量標準的城市。2013年以來，石家莊市連續出現25個灰霾天，其中1月4日-16日連續出現13個灰霾天，創下了2007年以來該市灰霾天持續的最長紀錄。受灰霾天氣影響，石家莊市1月份出現23天六級嚴重污染，其中14天的AQI指數出現“爆表”，達到最高值500。PM10，PM2.5，SO2，NO2，CO等5項監測指標出現超標。其中，PM2.5，PM10的污染最重，均值分別為國家年均二級標準的9.6和7.8倍。大氣嚴重污染的態勢不僅影響了石家莊市的環境質量，也直接危害著廣大人民群眾的身心健康。目前關于石家莊市大氣細顆粒物PM2.5污染的相關研究較少，本論文開展對石家莊市冬季大氣中TSP，PM10，PM2.5的污染水平研究，主要工作就是分析石家莊地區冬季PM2.5污染特征及影響因素，為改善石家莊市環境空氣質量提供科學依據和數據支持。

1 石家莊市區域概況

石家莊市是河北省省會城市，地處河北省中南部，位于北緯37°27′～38°47′,東經113°30′～115°20′之間。石家莊市地處太行山東麓，地勢西高東低，地貌由西向東依次排列為中山、低山、丘陵、盆地、平原，西南方到西北方被山環抱(見圖1)，形成了石家莊市這種“避風港”式的氣候特征，大風次數明顯少于同緯度的其他地區，不利于污染物的稀釋擴散。由于特殊的地理位置和自然環境以及特殊的工業結構、燃料結構等多種因素制約，石家莊市環境空氣質量處于高污染水平，顆粒物污染嚴重。

圖1 石家莊市地理位置圖Fig.1 Geographic map of Shijiazhuang City

2 采樣和分析

本文采用天虹TH-150系列智能中流量總懸浮微粒采樣器對石家莊地區TSP，PM10，PM2.5質量濃度進行監測[12]。采樣共布設6個監測點位，分別為化工學校、西北水源、西南高教、高新區、監測中心、職工醫院(見圖2)。化工學校位于石家莊市工業區，周圍分布有石家莊東方熱電有限公司熱電三廠、石家莊鋼鐵有限責任公司、石家莊熱電廠、華北制藥有限公司；西北水源位于河北經貿大學，位于石家莊市上風向，周圍無大型工業污染源，主要為學校；西南高教位于石家莊市區西南，周圍無大型工業污染源，主要為學校；高新區位于石家莊市高新技術產業開發區信息工程學院內，周邊主要為學院及生活區，分布有石家莊市高新技術產業開發區熱電煤氣公司和石家莊維生藥業；監測中心位于石家莊市裕華區，周邊主要為生活小區、商業及機關辦公區，周圍無工業污染源；職工醫院位于五十四所家屬區院內，周邊無工業污染源，主要為生活小區及醫院。

每個監測點放置分別裝有TSP，PM10和PM2.5切割器的采樣器各兩臺，切割器水平距離為3 m，同步采集TSP，PM10和PM2.5樣品。采樣濾膜為直徑90 mm的有機濾膜，有效直徑為80 mm。采樣時間為2013-02-06到2013-02-19，其中TSP每天連續采樣24 h，PM10，PM2.5每天連續采樣不少于20 h。雨雪天不采樣。

共采集228個樣品，樣品在4 ℃下避光密封保存，重量法計算TSP，PM10和PM2.5濃度[13]。

圖2 采樣點位示意圖Fig.2 Sampling points diagram

3 結果與討論

3.1TSP，PM10和PM2.5的濃度水平

石家莊市冬季大氣中6個點位的TSP，PM10和PM2.5監測數據見表1。其中TSP的日均質量濃度為91.2～1 133.7 μg/m3，相對標準偏差為0.190 9；PM10的日均質量濃度為44.7～865.4 μg/m3，相對標準偏差為0.152 5；PM2.5的日均質量濃度為6.3～474.6 μg/m3，相對標準偏差為0.105 9。可以看出石家莊市冬季大氣顆粒物污染嚴重。

3.2TSP,PM10和PM2.5的超標情況

表1 石家莊市不同點位TSP，PM10和PM2.5的監測數據

用新的環境空氣質量標準(GB 3095—2012)[14]來衡量TSP，PM10和PM2.5的污染水平日均質量濃度超標率、超標倍數和超標倍數均值(見表2)。可以看出，TSP，PM10和PM2.5的日均濃度超標率分別為57.9%，82.9%和81.6%，TSP日均濃度超標倍數在1.05～3.78之間，平均超標倍數為1.28；PM10日均濃度超標倍數在1.03～5.77之間，平均超標倍數為1.86；PM2.5日均濃度超標倍數在1.02～6.33之間，平均超標倍數為2.24。根據新的空氣質量標準對監測指標和限值的調整，反映出顆粒物污染是影響石家莊市環境空氣質量的嚴重問題，PM10和PM2.5的污染程度嚴重。

表2 石家莊市TSP，PM10和PM2.5的超標情況

3.3TSP，PM10和PM2.5的相關性分析

將TSP與PM10的濃度數據進行回歸分析，見圖3。TSP與PM10的回歸方程為y=0.937 1x+0.120 5，相關系數為0.748 9；PM10與PM2.5的濃度數據進行回歸分析，見圖4。

圖3 TSP和PM10質量濃度關系Fig.3 Correlation of TSP and PM10

圖4 PM10和PM2.5質量濃度關系Fig.4 Correlation of PM10 and PM2.5

PM10與PM2.5的回歸方程為y=1.095 7x+0.095 3，相關系數為0.760 4。可以看出環境空氣中TSP，PM10，PM2.5具有較好的相關性，說明其變化規律有一定的相似性，有可能遵循相同的遷移轉化規律。

3.4ρ(PM10)/ρ(TSP)值，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值特征分析

ρ(PM10)/ρ(TSP)值和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值分別可以反映出TSP中PM10和PM10中PM2.5的含量，其分析結果見表3。可以看出，PM10約占TSP的74%，PM2.5約占PM10的61%。而世界衛生組織認為[15]，一般情況下在發展中國家PM2.5占PM10的50%，即說明該地區PM2.5污染較嚴重，說明石家莊冬季細顆粒物污染嚴重。

圖5給出了TSP，PM10質量濃度及ρ(PM10)/ρ(TSP)值的變化趨勢，圖6給出了PM10，PM2.5質量濃度及ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值的變化趨勢。由圖可以看出，當PM10和PM2.5的質量濃度較低時，ρ(PM10)/ρ(TSP)值和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值較大；當PM10和PM2.5的質量濃度較高時，ρ(PM10)/ρ(TSP)值和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值相對較小。說明石家莊雖然細顆粒物污染嚴重，但粗粒子的污染也不容忽視。原因可能是冬季采暖燃煤量大，產生的粗粒子相對較多，且氣候條件不利于污染物擴散，煤煙型污染特征明顯。

表3 石家莊市不同點位ρ(PM10)/ρ(TSP)值，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值的分析

圖5 TSP，PM10質量濃度及PM10/TSP值變化趨勢Fig.5 Trends of TSP, PM10 concentrations and PM10/TSP value

圖6 PM10，PM2.5質量濃度及ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值變化趨勢Fig.6 Trends of PM10, PM2.5 concentrations and PM2.5/PM10 value

4 結 論

本文選擇石家莊市來研究冬季環境空氣中TSP，PM10，PM2.5的相關性，通過采樣、分析和計算得到如下結論。

1)石家莊市冬季大氣中TSP，PM10，PM2.5的平均質量濃度范圍分別為91.2～1 133.7 μg/m3，44.7～865.4 μg/m3和6.3～474.6 μg/m3；用新的環境空氣質量標準(GB 3095—2012)來衡量，TSP，PM10和PM2.5的日均濃度超標率分別為57.9%，82.9%和81.6%；超標倍數分別為1.28，1.86和2.24倍。

2)石家莊市冬季大氣中TSP與PM10的回歸方程為y=0.937 1x+0.120 5，相關系數為0.748 9；PM10與PM2.5的回歸方程為y=1.095 7x+0.095 3，相關系數為0.760 4。

3)石家莊市冬季大氣中PM10約占TSP的74%，PM2.5約占PM10的61%。當PM10和PM2.5的濃度較低時，ρ(PM10)/ρ(TSP)值和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值較大；當PM10和PM2.5的濃度較高時，ρ(PM10)/ρ(TSP)值和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值相對較小。

綜上所述，石家莊市環境空氣中TSP，PM10，PM2.5具有相關性，通過對其監測結果分析可以為環境管理提供定量化的科學依據，為區域環境空氣污染防治提供一定的參考。

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Research of TSP, PM10and PM2.5pollution level in Shijiazhuang winter atmosphere

REN Yibin, JIN Wei, KANG Suhua, YANG Lijie， ZHAO Xin, GAO Kangning

(Shijiazhuang Environmental Monitoring Center, Shijiazhuang Hebei 050022, China)

To study winter atmospheric particulate matter pollution characteristics of Shijiazhuang City, TSP, PM10and PM2.5samples were collected in February 2013. Its mass concentration was analyzed by weight method, and its relevance was analyzed. Results show that using the ambient air quality standard (GB 3095-2012) as reference, Shijiazhuang winter atmospheric particulates pollution is serious, and TSP, PM10and PM2.5daily average concentration are 57.9%, 82.9% and 81.6%, respectively, and excessive multiples are 1.28, 1.86, and 2.24 times, respectively. The correlation coefficient between TSP and PM10and the correlation coefficient between PM2.5and PM10are 0.748 9 and 0.760 4, respectively, showing the correlation is good; the PM10/TSP average is 0.74 and the PM2.5/PM10average is 0.61，which shows that atmospheric particulate matter PM10and PM2.5pollution are serious in winter in Shijiazhuang City.

particulate matter; TSP; PM10; PM2.5

1008-1534(2014)06-0537-05

2014-05-05;

2014-07-05；責任編輯：馮 民

河北省科技支撐計劃項目(13273702D)

任毅斌(1976-)，男，河北高邑人，高級工程師，主要從事環境監測方面的工作。

E-mail:13582049933@126.com

X502

A

10.7535/hbgykj.2014yx06015

任毅斌，靳 偉，康蘇花，等.石家莊市冬季大氣中TSP，PM10，PM2.5污染水平研究[J].河北工業科技,2014,31(6):537-541. REN Yibin, JIN Wei, KANG Suhua, et al.Research of TSP, PM10and PM2.5pollution level in Shijiazhuang winter atmosphere[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2014,31(6):537-541.