福州市大氣PM2.5中水溶性無機離子污染特征研究

陳小霞 楊 芳 盧登峰 金致凡

(福建省福州環境監測中心站，福建 福州 350011)

近年來，國內對PM2.5中水溶性無機離子組成與污染特征的研究既有針對北京、上海、天津、廣州、西安、杭州、廈門、泉州等單個城市，也有針對京津冀地區[3]和海峽西岸城市群[4]等多區域。但對福州市PM2.5中水溶性無機離子組分特征的系統研究鮮有報道。本文以福州市大氣PM2.5為研究對象，分別在春、夏、秋、冬四季代表月份對8個點位進行同步采樣，研究其水溶性無機離子組成特征與時空變化規律，以期為福州市大氣細顆粒物來源解析和大氣污染控制策略制訂提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在福州市區及周邊縣城共設置8個點位，分別為市站、羅源、閩清、長樂、福清、鼓山、快安和師大。其中鼓山點位為對照點，海拔高，植被豐富。本研究于2015年3月至2016年1月分春、夏、秋、冬四個季節采樣，每個季度選一個月連續采樣，共采集812個有效PM2.5樣品。使用美國熱電2300四通道采樣儀器采集顆粒物樣品，設置流量16.7L/min，每天采集23h。采樣前，石英濾膜在500℃下烘4h，消除濾膜上可能的有機物。濾膜在采樣前后均恒溫恒濕24h，再進行稱重。采集的顆粒物樣品置于-20℃冰柜中保存，待檢測。實驗時剪取1/2濾膜進行陰陽離子的測試。

1.2 分析方法

1.3 質量保證/質量控制

采樣過程中，每個點位每批樣品采集2個現場空白。實驗時保證標準曲線相關系數達到0.999以上。樣品、實驗室空白、現場空白同時測定。分析結果扣除空白。樣品測定過程中，每20個樣品間加入1個質控樣進行測定，以檢測儀器的穩定性。樣品中各組分的加標回收率保證在80%～120%。

2 結果與討論

2.1 PM2.5的質量濃度

采樣期間，福州市8個點位PM2.5的日平均濃度為35.1μg/m3，市站、羅源、閩清、長樂、福清、鼓山、快安、師大8個點位日均PM2.5濃度分別為：39.1μg/m3、35.0μg/m3、41.7μg/m3、30.5μg/m3、32.2μg/m3、27.0μg/m3、38.7μg/m3、36.9μg/m3。對照《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012)PM2.524小時平均濃度限值(二級標準為75μg/m3，一級標準為35μg/m3)，羅源、長樂、福清和鼓山的PM2.5濃度小于一級標準，市站、閩清、快安和師大的PM2.5濃度小于二級標準，福州的空氣質量處于優良狀態。2015年福州市各季節PM2.5的質量濃度見圖1。

福州市整個區域PM2.5質量濃度均表現為春、冬季節高，夏、秋季節低的特點。這主要與不同季節的氣象差異帶來污染擴散能力的不同有關，還可能與福州市地處沿海地區，夏、秋季節常有臺風登陸，有利于污染物擴散有關。同時，福州市大氣PM2.5濃度的空間分布既呈現區域性特征，又存在局部性差異。鼓山點位作為對照點，遠離市區、植被豐富，受人類活動的污染和干擾小，全年PM2.5的濃度值最低。羅源、長樂、福清位于沿海縣城，擴散條件較好，PM2.5質量濃度相對較低。市站點位位于市區，閩清點位位于內陸河谷盆地，擴散條件略差，PM2.5質量濃度相對較高。

圖1 福州2015年各季節PM2.5的質量濃度

2.2 水溶性無機離子的質量濃度

2.3 水溶性無機離子的季節變化

表1 福州PM2.5中水溶性無機離子濃度 單位：μg/m3

圖2 福州PM2.5中水溶性無機離子的季節變化特征

2.4 水溶性無機離子的空間分布

圖3 福州PM2.5中水溶性無機離子的空間分布

2.5 水溶性無機離子的離子平衡

對福州市各點位各季節PM2.5中水溶性無機離子進行統計，參考文獻[5]給出了陰陽離子平衡的計算公式(1)和(2)：

(1)

(2)

圖4 不同季節PM2.5離子平衡關系

2.6 水溶性無機離子來源與相關性分析

(3)

(4)

表2 水溶性無機離子間相關系數矩陣

注：*表示在0.01水平(雙側)上顯著相關。

圖5 兩種方法實測濃度與計算所得濃度的對比

2.7 水溶性無機離子的污染特征

表3 福州市各點位PM2.5中比值

2.7.2 非海鹽離子的貢獻

PM2.5水溶性無機離子中海鹽離子之外的成份一般認為是人為源貢獻的。福州為沿海城市，為考察海鹽離子對福州8個點位全年PM2.5中水溶性無機離子的貢獻，依據相關研究經驗，假設海鹽離子的化學組成與海水的相同，大氣PM2.5樣品中的水溶性Na離子完全來源于海鹽。各點位PM2.5中非海鹽貢獻的和Ca濃度的計算公式為：

(5)

nss-Ca=[Ca]-0.00373[Na]

(6)

nss-K=[K]-0.0355[Na]

(7)

表4 福州各點位全年PM2.5中非海鹽離子的濃度

3 結論

福州市8個點位PM2.5的日平均濃度為35.1μg/m3。整個區域PM2.5質量濃度均表現為春、冬季高，夏、秋季低的特點。