采暖期與非采暖期青島市區(qū)PM2.5組分特征及來源分析

薛蓮，劉岳峰，趙璐

（1.山東省青島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東青島266000；2.青島市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，山東青島266000）

隨著社會和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、機(jī)動車保有量的大幅增加，細(xì)顆粒物PM2.5成為影響我國城市空氣質(zhì)量的首要污染物[1]，也是秋冬季重污染過程的主要影響因素。秋冬季我國北方多采取煤炭供暖，污染物排放增加，疊加不利的氣象條件影響，導(dǎo)致北方城市大氣污染更為嚴(yán)重，采暖期尤為顯著[2,3]。

2013年以來，青島市PM10、PM2.5年均濃度雖然呈下降趨勢，但秋冬季持續(xù)性霧霾天氣仍然頻繁發(fā)生，尤其在采暖期供暖燃煤與工業(yè)排放的疊加影響下，加重了青島市大氣污染狀況[4]。研究利用2019年4月6日-2020年4月5日青島市區(qū)大氣顆粒物及其組分的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了采暖期和非采暖期PM10和PM2.5的變化規(guī)律，探索了PM2.5水溶性離子的污染特征及來源，以此為青島市大氣污染防治工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源及評價方法

采用2019年4月6日-2020年4月5日青島市區(qū)采暖期和非采暖期的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中PM2.5和PM10數(shù)據(jù)采用青島市區(qū)14個國省控站點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果，點(diǎn)位的設(shè)置綜合考慮了城市的功能區(qū)分布、人口密度和點(diǎn)位布設(shè)條件等因素，基本反映該市建成區(qū)規(guī)模、區(qū)域平均分布以及人口、交通、工業(yè)等諸多情況。PM2.5水溶性離子組分?jǐn)?shù)據(jù)來自嶗山區(qū)環(huán)境空氣綜合監(jiān)測站的在線氣體及氣溶膠組分監(jiān)測系統(tǒng)（Metrohm公司，型號MARGA ADI 2080），主要用于測量環(huán)境空氣中氣溶膠及相關(guān)氣相中水溶性離子組分濃度；氣溫、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)采用伏龍山氣象站的觀測數(shù)據(jù)。研究中的非采暖期是指2019年4月6日至11月15日，采暖期是指2019年11月16日至2020年4月5日。

2 結(jié)果與討論

2.1 PM2.5和PM10污染特征分析

2019年4月6日-2020年4月5日，青島市區(qū)PM2.5和PM10的平均濃度分別為34μg/m3、67μg/m3，日均值變化范圍分別為4~202μg/m3、12~264μg/m3，超標(biāo)率分別為7.9%、4.6%。PM2.5在采暖期和非采暖期的平均濃度分別為46μg/m3、26μg/m3，PM10在采暖期和非采暖期的平均濃度分別為78μg/m3、60μg/m3。可以看出，采暖期的PM2.5和PM10濃度均高于非采暖期。主要原因?yàn)椴膳陂g燃煤需求增加，污染物排放量增大；同時，采暖期受低溫、高濕、弱北風(fēng)等不利氣象條件的影響，靜穩(wěn)天氣頻發(fā)，擴(kuò)散條件較非采暖期轉(zhuǎn)差，污染物不易擴(kuò)散和稀釋，導(dǎo)致顆粒物濃度偏高；另外冷空氣前鋒上游地區(qū)污染物傳輸貢獻(xiàn)也是采暖期重污染天頻發(fā)的重要原因。詳見圖1。

圖1 采暖期和非采暖期青島市區(qū)顆粒物濃度及氣象參數(shù)變化

2.2 PM2.5水溶性離子污染特征

從PM2.5水溶性離子組分監(jiān)測結(jié)果（表1）來看，采暖期各離子組分的平均濃度由大到小依次 為，其中等二次無機(jī)離子是主要的離子組分，與沈陽市采暖期特征相似[5]，分別占離子濃度總和的42.5%、24.7%和24.2%。非采暖期各種離子的平均濃度由大到小依次為NO3

表1 采暖期和非采暖期PM2.5中水溶性離子平均濃度及占比

-＞SO4

2-＞NH4+＞Ca2+＞Na+＞Cl-＞Mg2+＞K+，其中主要離子組分別占離子濃度總和的41.6%、29.4%和24.7%。

對比采暖期和非采暖期PM2.5水溶性離子組分的濃度可以看出，采暖期的濃度均較非采暖期高，分別為非采暖期濃度的1.5倍、1.1倍、1.3倍、2.3倍、1.3倍，而Ca2+、Mg2+、K+的濃度則偏低。從占比來看，采暖期的占比較非采暖

2.3 PM2.5水溶性離子來源分析

從污染來源來看，PM2.5中的NO3-主要來源于機(jī)動車尾氣、工業(yè)企業(yè)排放、燃料燃燒等產(chǎn)生的NOx二次轉(zhuǎn)化生成，SO42-主要來源于化石燃料的燃燒以及氣態(tài)前體物SO2的二次轉(zhuǎn)化[6]，且NO3-與SO42-的濃度比能在一定程度上反映移動排放源（機(jī)動車尾氣排放NOx）與固定排放源（電廠等燃煤排放）的占比情況[7]。青島市采暖期NO3-和SO42-的濃度均高于非采暖期，說明污染物排放量增加，這主要與機(jī)動車尾氣排放、工業(yè)企業(yè)排放及供暖燃煤排放等因素有關(guān)。另外，采暖期和非采暖期NO3-/SO4

2-比值分別為1.91、1.41，比值均大于1，高于北京的比值（1.05）[8]，說明青島市PM2.5來源中移動污染源的排放要多于固定污染源，采暖期更為明顯。此外，采暖期NO3-占比升幅最為顯著，這也進(jìn)一步表明PM2.5污染的發(fā)生受移動排放源的影響更大。

在其它離子組分中，Na+、Ca2+、Cl-也占有一定比例。其中工業(yè)生產(chǎn)制造、化石燃料燃燒和海鹽等都對Na+、Cl-的增長有著顯著貢獻(xiàn)；Ca2+主要富集在粗離子形態(tài)中，是沙塵、揚(yáng)塵的示蹤離子[2]，其濃度的升高表明沙塵源、揚(yáng)塵源對青島市采暖期顆粒物濃度的升高也有一定的貢獻(xiàn)。

3 結(jié)論

（1）利用2019年4月6日-2020年4月5日監(jiān)測數(shù)據(jù)分析采暖期和非采暖期青島市區(qū)顆粒物及PM2.5離子組分的污染特征及來源。采暖期的PM2.5和PM10濃度均高于非采暖期，主要原因?yàn)椴膳谌济号欧旁龃?。此外，不利的氣象條件影響和上游地區(qū)污染物傳輸貢獻(xiàn)也是采暖期重污染天頻發(fā)的重要原因。

（2）從PM2.5離子組分監(jiān)測結(jié)果顯示，NO3-、SO42-、NH4+等二次無機(jī)離子是采暖期和非采暖期的主要離子組分，且采暖期NO3-、NH4+、Na+的占比較非采暖期有所升高，表明NOx、NH3等一次排放的氣態(tài)前體物發(fā)生的二次轉(zhuǎn)化是采暖期PM2.5濃度升高的重要原因。

（3）青島市采暖期NO3-和SO42-的濃度均高于非采暖期，主要與機(jī)動車尾氣排放、工業(yè)企業(yè)排放及供暖燃煤排放等因素有關(guān)；采暖期和非采暖期NO3-/SO42-比值均大于1，說明移動污染源的排放要多于固定污染源，采暖期更為明顯。Na+、Ca2+、Cl-也占有一定比例，主要與工業(yè)生產(chǎn)制造、化石燃料燃燒、海鹽、沙塵揚(yáng)塵等來源有關(guān)。