2017年夏季泉州市細顆粒物來源解析

侯紅霞++王惠祥++李梅++黃渤++莊雯

摘要：于2017年6月22～29日，利用單顆粒氣溶膠質譜儀（SPAMS）對泉州市大氣細顆粒物進行了在線監測和分析。結果表明：泉州市大氣細顆粒物數濃度主要集中在0.40～1.0 μm 的粒徑段，峰值粒徑在 0.6 μm 左右。污染來源分布（ 顆粒數占比） 分別為揚塵18%，機動車尾氣12.9%，燃煤、工業工藝源、海鹽和二次無機源的比例比較接近，都在10%左右，生物質燃燒源占7.5%，餐飲源2.7%，其他未知源占16%。海鹽顆粒主要分布在大粒徑段，當風向為東南風時，風速越大比例越高。餐飲源受燒烤油煙排放的影響，比例在晚上用餐時間呈現規律性增大的現象。

關鍵詞：夏季；細顆粒物；來源；泉州市

中圖分類號：X513

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）16003904

1引言

近海處于陸地和海洋的交界處，是人類活動最為頻繁的區域，同時也是陸地和海洋物質交換集中的地方[1]。海鹽氣溶膠作為全球氣溶膠排放中排放量最大的自然源氣溶膠，其對全球的輻射平衡、區域降水以及沿海地區的空氣質量均有重要的影響[2～5]。中國沿海地區人口稠密，經濟最為發達，快速的城市化致使該地區近年來環境日益惡化，頻發霧霾天氣[6]。泉州地處低緯度，東臨海洋，屬于近海城市，工業的發展使泉州的空氣質量受到一定的影響，但目前關于泉州大氣細顆粒物的研究資料很少，研究相對孤立，并且主要采用離線分析的方法，難以掌握氣溶膠的實時變化信息。本研究利用氣溶膠質譜技術實時在線分析泉州大氣氣溶膠的化學組分和來源變化，為了解泉州細顆粒物的特征及其成因提供重要科學依據。

2研究方法

2.1采樣點與采樣時間

監測點位于泉州市鯉城區新華南路環境監測大樓6樓（N24°54′21.54″，E118°34′39.74″），為商業、交通、居住混合區，基本代表了泉州城區的污染狀況。采樣時間為 2017年6月22日至2017年6月29日。

2.2測量方法與監測儀器

空氣樣品通過單顆粒氣溶膠質譜儀（SPAMS0515）進行測定。環境空氣經 PM2.5切割頭切割后直接進入SPAMS分析，PM2.5切割頭放在樓頂，采樣管經樓頂采樣口與儀器進樣口連接進行采樣。SPAMS 測量原理：采用空氣動力學透鏡聚焦進樣，通過雙光測徑系統以及雙極飛行時間質量分析器可實現對氣溶膠顆粒空氣動力學直徑和化學組成的同時檢測[7，8]。顆粒的粒徑及質譜信息輸入到 MATLAB7.12 上運行的SPAMS Data Analysis V2.2軟件包進行處理，根據各類污染源的排放特征，采用示蹤離子法將采集到的環境顆粒物分為不同的來源。

大氣細顆粒物質量濃度采用5030-SHARP型PM2.5分析儀（美國Thermo Fisher Scientific公司）在線監測。儀器通過β射線法，加載動態加熱和光散射模塊實時測定大氣中的細顆粒物濃度。

3結果與討論

3.1PM2.5數濃度與PM2.5質量濃度相關性分析

PM2.5顆粒數濃度與質量濃度的變化趨勢見圖1。從圖1可知，PM2.5顆粒物數濃度與質量濃度的變化趨勢基本一致，二者具有較好的相關性，相關系數R2為0.7，說明SPAMS測量的數濃度能夠代表PM2.5顆粒污染的真實情況。

3.2大氣細顆粒物成分和粒徑分析

監測期間SPAMS共采集235855個顆粒，其中有粒徑和正負離子信息的顆粒1126177個。圖2為監測時間內所有細顆粒物平均質譜圖，圖中上面是陽離子信息，下面是陰離子信息。從圖中可知，顆粒物平均譜圖中含有C1+、C+3、C+4、C+5、C-2、C-3、C-4等元素碳的信息；礦物質離子（Al+、Fe）、重金屬離子（Pb+）、水溶性陽離子（Na+、K+）、水溶性陰離子（NO-2、NO-3、HSO-4）的信號明顯。

圖3給出了測量的總顆粒數和同時含有正負譜圖的顆粒物（離子化顆粒數）粒徑分布特性。從圖上可看出大氣氣溶膠顆粒在測量范圍內呈單峰分布，峰值粒徑在 0.6 μm 左右，顆粒數濃度主要集中在0.40～1.0 μm 的粒徑段，該粒徑段的細顆粒占總顆粒數 95%以上。

3.3細顆粒物來源解析

3.3.1總體細顆粒物來源分析

根據環境保護部《大氣顆粒物來源解析技術指南（試行）》[9]，結合當地的能源結構，按照環境管理需求對顆粒物排放源進行分類，可將泉州市細顆粒物來源歸為9大類，分別為揚塵、機動車尾氣、燃煤、生物質燃燒、工業工藝源、海鹽、餐飲、二次無機源和其他。其中二次無機源是指質譜圖中只含有硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽等二次離子成分的顆粒物，是單顆粒質譜源解析方法得到的一類特有污染源，這類型顆粒可以在一定程度上反映大氣二次反應的強度；未包含在上述源類以及未被識別的顆粒物歸于其他源。

圖4為監測期間所有細顆粒物來源比例分布（顆粒數占比），揚塵的比例為18%，為首要污染源，機動車尾氣占比為12.9%；燃煤、工業工藝源、海鹽和二次無機源的比例比較接近，都在10%左右；生物質燃燒源占7.5%；餐飲源比例最低（2.7%）；其他未知源占16%。

3.3.2監測期間不同細顆粒物來源粒徑分布情況

圖5為監測期間細顆粒物來源粒徑分布情況，從圖中可以看出，機動車尾氣和燃煤主要分布在小粒徑段，在粒徑范圍 0.1～0.6 μm 之間占有的比重很高，這主要是由于機動車尾氣中主要成分是元素碳成分，燃煤中含有元素碳和有機碳成分，元素碳和有機碳主要是燃燒未完全的碳粒子，其粒徑較小。而海鹽顆粒主要分布在大顆粒的粒徑段，大部分集中在 1.2～2.5 μm 的粒徑段；生物質燃燒的顆粒主要集中在 0.4～1.2 μm 的粒徑段；其余幾類源無明顯規律。endprint

3.3.3監測期間餐飲源的變化情況

圖6為餐飲源顆粒的平均質譜圖，餐飲源以鈉離子及其團簇，油酸、亞油酸、棕櫚酸等高分子有機物，以及部分有機低聚物為識別特征，圖6中含有明顯的Na+（m/z = 23）信號，還有油酸（-282）、棕櫚酸（-256）以及其他有機酸碎片（-149、-121等）的離子峰。

圖7為餐飲源的比例隨時間變化情況，從圖中可以看出餐飲源的比例在晚飯時間呈現規律性增大的現象，在非用餐時間比例基本都在4%以下，用餐時間最高可達14.7%，夏季晚上18：00到凌晨之間市民經常會有吃燒烤的習慣，餐館油煙排放量增多，使晚上用餐時間餐飲源的比例升高。

3.3.4監測期間海鹽的變化情況

圖8是海鹽顆粒的平均質譜圖，具有明顯的鈉和氯離子的特征峰[（Na+（ m/z=23） 、Na2O+（m/z=62）、Na2OH+（m/z=63）、Na2Cl+（m/z=81/83） 、NaCl-2 （m/z=-93/-95/-97）、Na（NO3）-2（m/z=-147）]。此外，負離子峰中有較強烈的硝酸鹽[NO-2（m/z=-46）和NO-3（m/z=-62） ]，表明抵達泉州的海鹽氣溶膠顆粒，經過明顯的老化過程。

圖9是海鹽的比例隨時間、風速風向的變化情況，從圖中可以看出，當風向為東南風時，風速越大海鹽的比例越高，當風向改變之后海鹽的比例也隨之降低。說明泉州海鹽顆粒物主要是來至東南海域。

4結論

（1）泉州大氣氣溶膠顆粒在測量范圍內呈單峰分布，峰值粒徑在 0.6 μm 左右，顆粒數濃度主要集中在0.40～1.0 μm 的粒徑段，大多為亞微米顆粒。質譜圖中含有元素碳、礦物質離子（Al+、Fe）、重金屬離子（Pb+）、水溶性陽離子（Na+、K+）、水溶性陰離子（NO-2、NO-3、HSO-4）等的信號峰。

（2）監測期間泉州細顆粒物首要污染源為揚塵，比例為18%，其次是機動車尾氣，占比為12.9%，燃煤、工業工藝源、海鹽和二次無機源的比例比較接近，都在10%左右，生物質燃燒源占7.5%；餐飲源比例最低（2.7%）；其他未知源占16%。

（3）細顆粒物中機動車尾氣和燃煤主要分布在小粒徑段，而海鹽顆粒主要分布在大顆粒的粒徑段，大部分集中在 1.2～2.5 μm 的粒徑段；生物質燃燒的顆粒主要集中在 0.4～1.2 μm 的粒徑段；其余幾類源無明顯規律。

（4）餐飲源的比例在晚飯時間呈現規律性增大的現象，在非用餐時間比例基本都在4%以下，用餐時間最高可達14.7%，可能受夏季晚上燒烤油煙排放量增多的影響，使晚上用餐時間餐飲源的比例升高。

（5）監測期間的海鹽顆粒主要來至東南海域，當風向為東南風時，風速越大海鹽的比例越高。

參考文獻：

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[9]環境保護部.大氣顆粒物來源解析技術指南（ 試行）[EB/OL].[2017-07-14].https：//wenku.baidu.com/view/708ea6d3f90f76c661371a7e.html.

Analysis on the Sources of Fine Particles in Quanzhou During the Summer in 2017

Hou Hongxia1， Wang Huixiang2， Li Mei3， Huang Bo1， ZhuangWen1

（1.Guangzhou Hexin Instrument Co.，Ltd， Guangzhou， Guangdong， 510530， China；

2.Environmental Monitoring Station of Quanzhou， Quanzhou， Fujian 36200，China；

3. Institute of Technology on Atmospheric Environmental Safety and Pollution Control，

Jinan University， Guangzhou， Guangdong 510632， China）endprint

Abstract： The atmospheric fine particles in Quanzhouwere monitored and analyzed using the single particle aerosol mass spectrometer from 22 to 29 June 2017.The results showed that the number concentration of fine particles in Quanzhou wasmainly concentrated in the range of 0.40 ～ 1.0μmand the particle size peaked at 0.6μm. Source apportionment of fine particles showed that these particles consisted of 18%dust particles， 12.9% particles from motor vehicle. The ration of coal， industrial process， sea salt and secondary inorganic source is close with about 10%.Biomass combustion is 7.5%； food source is 2.7%； other unknown sources accounted for 16%. Seasalt particles mainly distributed in larger particle sizes and its proportion were found to increase as southeast wind speed increase.Moreover， the contribution of cookingto total particles were found to be increased regularly in the evening， which might be affected by the emissions of barbecue fumes.

Key words： Quanzhou；summer；fine particles； sourcesendprint