基于SPAMS研究西安市蓮湖區(qū)夏季細(xì)顆粒物組分特征及解析

張軍

摘要：利用單顆粒氣溶膠飛行質(zhì)譜（SPAMS）于2020年7月21日-8月1日在西安市蓮湖區(qū)中心監(jiān)測了夏季細(xì)顆粒物PM2.5的化學(xué)組成。對PM2.5的組分分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：蓮湖區(qū)PM2.5特征組分占比前三分別為EC占比30%、HM（重金屬）占比16%、K離子和ECOC占比均為14%;來源解析占比貢獻(xiàn)前三源分別為移動源、揚塵源和工業(yè)工藝源，分別占比31.2%、25.1%和13.7%，總共貢獻(xiàn)70%，其次為燃煤源和二次生成源分別貢獻(xiàn)9.8%和8.5%.

關(guān)鍵詞：單顆粒氣溶膠飛行質(zhì)譜（SPAMS）;PM2.5;源解析

引言：

蓮湖區(qū)位于西安市主城區(qū)西部區(qū)域，轄區(qū)既有西安市主要的工業(yè)企業(yè)集群，也是著名的旅游景區(qū)所在地，同時作為老城區(qū)也是建筑改造工地的密集區(qū)，大氣污染源錯綜復(fù)雜，整體環(huán)境質(zhì)量較差，其PM2.5污染指標(biāo)常年處于西安市末尾水平。本次研究利用單顆粒氣溶膠飛行質(zhì)譜，在蓮湖區(qū)中心位置進(jìn)行連續(xù)測試，對蓮湖轄區(qū)夏季典型氣象條件下PM2.5的污染特征和來源進(jìn)行解析。

一、研究方法和儀器

⒈本次監(jiān)測測為定點監(jiān)測，采用單顆粒飛行時間質(zhì)譜儀器對PM2.5進(jìn)行快速源解析，快速識別污染過程。測點位于西安市蓮湖區(qū)大慶路57號，蓮湖區(qū)中心位置。監(jiān)測時間：2020年7月21日-8月1日。

⒉單顆粒飛行時間質(zhì)譜儀：SPAMS05R-15

該儀器通過將實際大氣中的氣溶膠快速引入質(zhì)譜離子源區(qū)域，隨即進(jìn)行電離和檢測。大氣顆粒物首先匯聚為單個顆粒束，單個顆粒經(jīng)逐一測徑后通過激光等方法電離為帶電碎片，碎片在真空腔中飛行，最后通過微通道板檢測器得到各顆粒物質(zhì)譜信號[1]。

二、源解析結(jié)果及分析

⒈根據(jù)本次單顆粒質(zhì)譜采集到的顆粒物組分組成特征，對顆粒物進(jìn)行聚類，將化學(xué)組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終確定了8類顆粒物，分別為元素碳（EC）、有機(jī)碳（OC）、混合碳（ECOC）、重金屬（HM）、左旋葡聚糖（LEV）、礦塵（DUST）、富鉀（K）、富鈉（Na）.

其中，元素碳（EC）顆粒主要組分為較純的碳族元素，主要來自機(jī)動車等一次排放;有機(jī)碳顆粒（C）主要含有大量的有機(jī)化合物，來源較為廣泛，既有污染源的一次排放，又有通過光化學(xué)反應(yīng)生成的二次有機(jī)碳;混合碳顆粒中既有較純的碳族元素，又有大量的有機(jī)化合物;重金屬顆粒中則含有大量的重金屬元素（如鉛、錳、銅等）;礦塵顆粒中主要含有地殼元素（鈣、硅等），主要來自揚塵污染;左旋葡聚糖顆粒中含有生物質(zhì)特有的左旋葡聚糖物質(zhì)，通常指示生物質(zhì)燃燒[2]。

⒉來源解析結(jié)果

通過本次PM2.5來源解析組分特征占比發(fā)現(xiàn)EC占比最高為30%，其次為HM（重金屬）占比為16%，K離子和ECOC（混合碳）均占比14%.其中重金屬占比較大，分析可能是由于周邊涉金屬材料再加工企業(yè)排放導(dǎo)致。

根據(jù)單顆粒質(zhì)譜儀在線來源解析結(jié)果顯示，來源占比貢獻(xiàn)前三分別為移動源、揚塵源和工業(yè)工藝源，分別占比31.2%、25.1%和13.7%，總共貢獻(xiàn)70%。其次，燃煤源和二次生成源分別貢獻(xiàn)9.8%和8.5%。

⒊典型污染過程分析

⑴機(jī)動車源

根據(jù)本次PM2.5來源解析結(jié)果顯示，機(jī)動車源占比31.2%，為蓮湖區(qū)PM2.5組分的主要來源。通過分析PM2.5與EC小時數(shù)據(jù)變化趨勢，在多個時段兩者變化趨勢基本一致。

在8月1日出現(xiàn)了一次典型的機(jī)動車源導(dǎo)致的PM2.5污染過程，通過分析站點PM2.5小時濃度及來源解析百分占比時序圖發(fā)現(xiàn)。8月1日7時高壓開關(guān)廠站點PM2.5濃度僅為31微克/立方米，機(jī)動車源占比33.2%，此后PM2.5開始迅速上升，至16時到達(dá)峰值65微克/立方米，而機(jī)動車源占比也高達(dá)60%。說明造成站點此時段PM2.5升高的主要原因是機(jī)動車尾氣排放所致。

⑵建筑、道路揚塵源

通過對比分析PM2.5與揚塵源示蹤離子鋁離子小時變化趨勢，7月份兩者相關(guān)性一般。但在PM2.5相對高值時段，鋁離子明顯同步升高，說明在潔凈時段轉(zhuǎn)向污染時段的過程中，揚塵源起到了明顯的推高作用。

⑶工業(yè)工藝源

除了礦塵顆粒與元素碳顆粒之外，高壓開關(guān)廠監(jiān)測點位PM2.5中的金屬顆粒占比明顯偏高。通過對比錳離子、鐵離子、鉛離子、鎂離子、銅離子和鋅離子色階圖分析，各金屬離子峰值基本均在9時至11時，鋅離子峰值出現(xiàn)在16時，但鋅離子在9時也出現(xiàn)較高值（如表1）。

同時根據(jù)重金屬顆粒物中不同金屬元素數(shù)濃度占比，可以看出鐵和錳離子數(shù)濃度相對較高，鐵和錳主要來自工業(yè)和機(jī)動車排放。而重金屬離子多源于工業(yè)和機(jī)動車排放，如ZnC1+主要來自電焊過程中助焊劑以及除銹劑的燃燒排放。而監(jiān)測點位周邊有西電電工、西電電氣、法士特、延長石油等較多工業(yè)企業(yè)，說明周邊工業(yè)排放PM2.5貢獻(xiàn)不容忽視，尤其是在白天時段，影響尤為顯著。

三、結(jié)論

綜上解析，夏季期間西安市蓮湖區(qū)PM2.5來源占比貢獻(xiàn)前三分別為移動源、揚塵源和工業(yè)工藝源，分別占比31.2%、25.1%和13.7%，總共貢獻(xiàn)70%。減少源頭排放是降低PM2.5濃度的根本，加強(qiáng)道路交通管理，控制工地和廠區(qū)揚塵源、做好重點企業(yè)廢氣排放管控，是抑制夏季PM2.5污染的重要措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆璐璐，劉煥武，黃學(xué)敏，高健，張文杰.利用SPAMS研究西安市重污染天氣細(xì)顆粒物污染特征及來源.環(huán)境科學(xué)研究，2018，31（11）：29-36

[2]洪綱.基于單顆粒質(zhì)譜技術(shù)的石家莊市2016年秋季空氣重污染成因分析.科學(xué)技術(shù)與工程，2018，18（9）：348-354