天津武清區PM2.5與氣態污染物SO2及NO2污染特征研究

宋志偉

摘 要：利用2016年武清區大氣污染物監測數據，研究了武清區PM2.5及SO2、NO2等典型大氣污染物濃度變化特征和相互關系。結果表明：2016年PM2.5污染較嚴重，年均濃度分別為73μg·m-3，超標1.1倍。大氣中SO2年均值為25μg·m-3，NO2年均值47μg·m-3。冬季及春秋季節大氣中存在明顯的二次轉化過程，大氣中的SO2和NO2通過轉化生成硝酸鹽和硫酸鹽，對PM2.5濃度變化具有重要影響。

關鍵詞：武清區 細顆粒物 氣態前體物

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0119-02

大氣污染是京津冀地區目前面對的最重要環境問題，其污染機理復雜，影響因素眾多，呈現明顯的復合性和區域性特征，處于煤煙-汽車尾氣型污染綜合作用的階段，表現出細顆粒物與臭氧都以高濃度水平存在的特征。其中PM2.5已成為大氣污染中最重要的污染物，其來源受人為的影響較大[1-3]。位于京津之間的武清區近年來經濟社會快速發展，煤炭消費和機動車保有量持續增加，秋冬季空氣污染問題十分突出。因此對天津武清區環境空氣中PM2.5及SO2、NO2等氣態前體物變化特征的研究對于該地區大氣污染治理工作具有重要意義。

該研究采用2016年1～12月天津武清區大氣污染物監測數據，分析該區域PM2.5、SO2、NO2的濃度水平、季節變化，討論PM2.5與SO2、NO2等氣態前體物之間的關系，評估該地區的空氣污染現狀，為武清區大氣污染治理提供技術支撐。

1 資料與評價方法

1.1 大氣污染物自動監測數據

細顆粒物PM2.5、氣態污染物SO2、NO2的濃度數據來自武清區大氣自動監測站點，時間是2016年1月1日至12月31日。按照氣象學上分類，3～5月為春季，6～8月為夏季，9～11月為秋季，12月、1月和2月為冬季。

1.2 評價標準

環境空氣質量評價及大氣污染物PM2.5、SO2、NO2超標情況評價采用《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）。

2 結果分析

2.1 2016年PM2.5等顆粒物濃度水平與季節變化

武清區2016年PM2.5日均值變化范圍為9～358 μg·m-3，年均值73 μg·m-3，比2015年升高7%，超過國家二級標準1.1倍。全年PM2.5超標率達到36%，在冬季更為突出。2016年各季節PM2.5均值濃度順序依次為：冬季（90 μg·m-3）>秋季（77 μg·m-3）>春季（63μg·m-3）>夏季（59 μg·m-3）。為分析粗粒子（PM2.5-10）、細粒子（PM2.5）對PM10的質量濃度貢獻，計算了PM2.5與PM10平均比值為0.68（圖1），說明PM10的質量濃度主要集中在粒徑2.5μm以下的細顆粒。特別是冬季12月細粒子PM2.5占PM10達到80%，明顯高于北方城市PM2.5/PM10的平均水平40%～60%[1]，說明武清地區冬季細顆粒物污染更為突出。由于PM2.5粒子體積小，重量輕和數量多，干濕沉降過程對其清除效率低，導致其在大氣中停留時間長，輸送距離遠，影響范圍很大，表現為一種區域性污染物。

2.2 SO2、NO2等氣態污染物濃度變化

2016年SO2日均值變化范圍為2～102 μg·m-3，年均值25 μg·m-3，達到國家二級標準（60 μg·m-3）。SO2濃度季節變化表現為：冬季（38 μg·m-3）>春季（26 μg·m-3）>秋季（21 μg·m-3）>夏季（14 μg·m-3）。可以看出冬季采暖燃煤造成了SO2大量排放，致使冬季SO2濃度水平明顯高于其它非采暖季。2016年NO2日均值變化范圍為9～157μg·m-3，年均值47 μg·m-3，超過國家二級標準（40μg·m-3）0.2倍。NO2季節變化表現為：冬季NO2平均濃度最高，為59μg·m-3；其次為秋季達到51μg·m-3，春季NO2濃度為42μg·m-3，夏季NO2平均濃度最低，為36μg·m-3。冬季燃煤排放與機動車尾氣、氣象條件不利于擴散可能是造成NO2濃度高值的重要原因，而夏季降水頻繁、湍流活動旺盛等氣象條件更有利于污染物擴散清除。

2.3 PM2.5細顆粒物濃度變化與SO2、NO2等氣態污染物關系

大氣中PM2.5顆粒物不僅來自于污染源的直接排放，也來自于SO2、NOx及VOC等氣態前體物在大氣中通過均相或非均相（在顆粒物表面）反應生成硫酸鹽、硝酸鹽和有機氣溶膠等二次顆粒物[3]。從季節分布看，冬季武清地區PM2.5與NO2相關性最強（r=0.88，P<0.05），其次為春季（r=0.71，P<0.05）和秋季（r=0.69，P<0.05）；PM2.5與SO2相關性在春季（r=0.73，P<0.05）和秋季（r=0.71，P<0.05）最強，冬季相對較弱（r=0.47，P<0.05）；夏季PM2.5與SO2、NO2均無顯著相關性（P>0.05）。這一結果可能說明武清地區大氣中存在明顯的二次轉化過程，大氣中的SO2和NO2通過均相或非均相（在顆粒物表面）反應生成硝酸鹽和硫酸鹽，對PM2.5濃度變化具有重要影響。

3 結論

（1）武清區2016年PM2.5污染較嚴重。年均濃度分別為73μg·m-3，超標1.1倍。全年PM2.5超標率達到36%，在冬季更為突出。全年PM2.5與PM10平均比值為0.68，說明PM10的質量濃度主要集中在粒徑2.5μm以下的細顆粒。

（2）2014年武清區大氣中SO2年均值為25 μg·m-3，達到國家二級標準。NO2年均值47 μg·m-3，超標0.2倍。冬季及春秋季節大氣中存在明顯的二次轉化過程，大氣中的SO2和NO2轉化生成硝酸鹽和硫酸鹽，對PM2.5濃度變化具有重要影響。

參考文獻

[1] 張普，譚少波，王麗濤，等.邯鄲市大氣顆粒物污染特征的監測研究[J].環境科學學報，2013，33（10）：2679-2685.

[2] 徐虹，肖致美，孔君，等.天津市冬季典型大氣重污染過程特征[J].中國環境科學，2017，37（4）：1239-1246.

[3] 丁萌萌，周健楠，劉保獻，等.2015年北京城區大氣PM2.5中NH4+、NO3-、SO42- 及前體氣體的污染特征[J].環境科學， 2017，38（4）：1307-1316.