區域秋冬季污染特征及PM2.5源解析

樊 林，王 帥

(咸陽環境科學研究院有限責任公司，陜西 咸陽 712000)

1 引言

顆粒物來源解析是判斷區域污染類型的有效方式。傳統的PM2.5來源解析主要基于濾膜采樣后，采用PMF、CMB、PCA等模型進行分析[1-2]，需要較長的時間以及更多的人力，且時效性不強，不利于突發事件污染來源的快速診斷[3]。如今已經有部分地區利用單顆粒氣溶膠飛行時間質譜儀（SPAMS）對當地的污染源成分快速分析，為不同污染過程提供有效、科學的應對方 法[4-5]。

目前很少有研究對興平市污染特征、來源解析方面進行分析。該研究對興平市省控點的大氣常規六參數和氣象五參數進行采集，定性分析大氣污染物濃度的時空分布和相關性變化特征，并采用SPAMS對秋冬季細顆粒物快速來源進行解析，及時采取有效措施，為當地及咸陽市大氣污染防治工作提供技術支撐。

2 數據來源及方法

PM2.5來源解析采用單顆粒氣溶膠飛行時間質譜儀（SPAMS）（來自于廣州禾信儀器股份有限公司生產），SPAMS的工作原理、質量控制和基本性能已有文獻進行了詳細的闡述[6]。監測期間具有測徑信息的顆粒物（SIZE）2923440個，同時有正負譜圖的信息顆粒（MASS）2780027個，顆粒物數濃度與質量濃度變化趨勢較為一致，說明SPAMS的數濃度變化趨勢對反映大氣污染狀況具有較好的代表性。利用自適應共振神經網絡分類方法（Art-2a）模仿生物神經網絡的人工信號處理系統，將采集數據進行成分分類，分類過程中利用的分類參數為：相似度0.7，學習效率0.05，再經過人工合并，最終確定顆粒物成分。

3 結果與討論

3.1 分析監測期間空氣質量的參數

PM2.5在線源解析時間為2019年12月1日～2020年1月3日，監測期間點位周邊環境中PM10、SO2、NO2、CO、O3和PM2.5污染物濃度均值分別為：164 μg/m3、11 μg/m3、51 μg/m3、2.0 mg/ m3、5 μg/m3和134 μg/m3，總體空氣質量較差，監測期間出現重度污染現象。重污染時段發生在12月7～9日及19～25日期間，PM2.5呈大幅上升的現象，峰值時段PM2.5分別為404 μg/m3、455 μg/ m3，空氣質量達到嚴重污染級水平。期間CO質量濃度表現出與PM2.5較一致的變化趨勢，NO2也在PM2.5高值時段出現明顯的質量濃度高峰。

3.2 顆粒物質譜特征及成分分類

顆粒物中較為明顯的成分有：C+、C3+、C4+、C5+等EC特征碎片（m/z=12、36、48、60），還有Na+（m/z=23），Al+/ C2H3+（m/ z=27），Fe+（m/z=56），CN-（m/z=-26），NO2-（m/ z=-46），NO3-（m/z=-62），HSO4-（m/z=-97）等離子。利用ART-2a對SPAMS采集的數據進行成分分類，最終確定了8類顆粒物組成，分別為礦物質（MD）、重金屬（HM）、富鉀（K-rich）、左旋葡聚糖（LEV）、有機碳（OC）、元素碳（EC）、混合碳（ECOC）、其它（Other），這與周靜博等人對石家莊冬季PM2.5的研究結果一致[7]，顆粒物平均質譜圖如圖1所示。

圖1 顆粒物平均質譜圖

3.3 源解析分析

目前已經對大氣中PM2.5來源解析進行了一些研究，結果表明PM2.5主要來自于人為排放。楊凌霄[8]認為濟南市PM2.5來源主要有道路揚塵和機動車尾氣源（15.0%～16.0%）、工業排放源（15.1%～17.5%）、燃煤塵（13.6%～18.7%）。本文監測結果顯示PM2.5來源主要有8種，主要受到機動車尾氣源（21.40%）、燃煤源（17.00%）、二次無機源（16.90%）、生物質燃燒源（13.20%）等的影響，這與陳多宏等人[9]細顆粒來源解析結果較為一致，而Singh[3-4]的研究表明PM2.5的來源主要為車輛排放、工業排放、二次無機源和其他排放，這與我們的研究結論有所差異，因此不同地區排放效率和狀況不同，會導致細顆粒物來源存在差異性。

4 結論

（1）顆粒物質譜成分分類顯示有8類，分別為礦物質、重金屬、富鉀、左旋葡聚糖、有機碳、元素碳、混合碳及其它，其中有機碳、富鉀和左旋葡聚糖在百分比含量上占比處于前三位，與PM2.5變化趨勢相對較為吻合，因此化石燃料不完全燃燒、生物質燃燒、機動車尾氣是導致監測點指標高的主要原因。

2）PM2.5源解析結果顯示，興平市污染來源主要受到機動車尾氣源（21.4%）、燃煤源（17.0%）、二次無機源（16.9%）、生物質燃燒源（13.2%）等的影響，不同地區排放效率和狀況不同，會導致PM2.5來源存在差異性。