蘇北城市秋冬季節大氣細顆粒物污染來源解析研究

許純領

(江蘇省宿遷環境監測中心,江蘇 宿遷 223800)

1 引言

近年來，隨著宿遷市經濟持續高速增長和城市化進程不斷加快，大氣環境質量問題日趨嚴重。2013年后空氣質量標準和評價體系發生了新的變化[1]，宿遷市加大治理力度，空氣質量狀況取得明顯改善，2019年PM2.5年均濃度為47 μg/m3，比2013年改善36.5%，比2018年改善9.6%，但仍未達到環境空氣質量二級標準年均限值，空氣質量改善減降乏力特征已初步顯現，大氣污染攻堅已進入深水區。依據2020年秋季宿遷市國控站點中顆粒物濃度最高的宿遷學院站點數據和單顆粒氣溶膠質譜數據，從PM2.5時空分布、成分特征、來源解析等多方面開展污染成因研究，以期為宿遷市大氣污染攻堅提供參考依據。

2 數據與方法

2.1 數據來源

環境空氣污染物濃度數據來源于宿遷學院國控站點2020年秋季的小時監測數據，氣象數據來自于宿遷市氣象臺和站點氣象五參數監測結果，在線源解析數據來自單顆粒氣溶膠質譜儀( SPAMS)[2]實時源解析結果。

2.2 分析方法

2.2.1 Pearson系數研究

(1)

2.2.2 硫氧化速率和氮氧化速率

硫氧化速率(SOR)和氮氧化速率(NOR)可用來反映SO2和NOx等氣態污染物轉化為二次氣溶膠的程[4],其值越高,表明氣態污染物的氧化程度越高，計算公式[5]分別為:

(2)

(3)

式(2)、(3)中，n指對應成分的物質的量(mol) 。

3 結果與討論

3.1 PM2.5污染來源解析

利用單顆粒氣溶膠質譜儀(SPAMS)[6]，分析了PM2.5實時來源解析，結合本地的能源和產業結構，將宿遷市大氣細顆粒物污染來源歸結為6類，分別為:燃煤、工業工藝(非燃燒產生的顆粒)、機動車尾氣、揚塵、純二次無機源及其它；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，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它源[7]。采用EPA PMF 5.0模型進行來源解析，機動車排放是宿遷學院站點周邊PM2.5最主要的來源，貢獻率為36.67%；其次為燃煤和工業，貢獻率分別為20.53%和15.45%；揚塵和二次無機鹽也分別貢獻了10.29%和11.91%(圖1)。

圖1 PM2.5污染源貢獻

3.2 PM2.5污染過程分析

監測期間宿遷學院站點的PM2.5的濃度范圍為9～101 μg/m3，平均濃度為36 μg/m3，出現三次污染過程。

第一次污染過程出現在2020年10月12日10:00～12:00，顆粒物濃度峰值高達72 μg/m3，污染期間主導風向為東風且風速較大，此次顆粒物污染為傳輸型污染。與其他兩次污染過程相比，第一次污染過程中Si元素占有一定比例，實地考察發現站點東邊有施工工地，且存在大量未覆蓋裸土，說明第一次污染過程中宿遷學院站點PM2.5濃度受到東邊揚塵源的嚴重影響。

圖2 2020年10月11～18日污染過程分析

3.3 PM2.5組分特征分析

圖3 PM2.5及其重要組分的Pearson相關性分析

圖4 NOR、SOR以及濃度時序變化規律

4 結論

(1)2020年10月11～18日監測期間，宿遷學院站點的PM2.5出現三次污染過程。第一次顆粒物污染為傳輸型污染，站點PM2.5濃度受到東邊揚塵源的嚴重影響。第二次和第三次顆粒物污染均為累積型污染，主要由二次硫酸鹽和二次硝酸鹽的轉化引起。

(2)根據來源解析結果，確定機動車排放是宿遷學院站點周邊PM2.5最主要的來源，貢獻率為36.67%；其次為燃煤和工業，貢獻率分別為20.53%和15.45%；揚塵和二次無機鹽也分別貢獻了10.29%和11.91%。

(3)建議在秋冬季重污染應急響應期間一是要加強機動車排放管控，二是加強二次無機組分前體物SO2、NOx及NH3排放源的管控，減少本地排放影響。