镇江市冬季 PM2.5的来源解析

刘 晔，甘小兵

（镇江市环境监测中心站预警室，江苏 镇江 212000）

镇江市冬季 PM2.5的来源解析

刘 晔，甘小兵

（镇江市环境监测中心站预警室，江苏 镇江 212000）

采集了镇江环境监测站 1月份的 PM2.5样品，用 SPAMS 0515对 PM2.5来源进行解析，结果显示，对镇江市区冬季环境空气有明显贡献的颗粒物来源是汽车尾气、燃煤、工业排放和扬尘，4者的贡献率分别为汽车尾气占 22.5%、燃煤占 16.3%、工业源占 13.6%、扬尘占 11.8%。镇江市区冬季 PM2.5颗粒中，汽车尾气、燃煤分布在小粒径段，扬尘分布在大粒径段。日间汽车尾气和扬尘对 PM2.5增高的影响增大，早高峰、晚高峰汽车尾气贡献增长。PM2.5中含的 Mn、Fe、Cr、Zn、Pb 5种金属元素颗粒中含 Pb颗粒数量最大。

PM2.5；源解析；冬季；镇江

1 引言

当前我国大气污染形势严峻，以可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物 （PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出。为切实改善空气质量，国务院于2013年9月发布《大气污染防治行动计划》（简称 “国十条”），其中提出具体指标：到2017年，全国地级及以上城市可吸入颗粒物浓度比2012年下降10%以上，优良天数逐年提高；京津冀、长三角、珠三角等区域细颗粒物浓度分别下降25%、20%、15%左右。位于长三角地区的镇江，到2017年细颗粒物浓度要下降20%，要达成这个目标，首先要搞清楚镇江市细颗粒物的组成及来源，然后才能对症下药治理。

目前，成都［1］、郑州［2］、上海［3］、青岛［4］等城市都已开展 PM2.5的监测与源解析工作，采用的大气颗粒物来源解析技术方法主要有源清单法、源模型法和受体模型法。源清单法和源模型法因需要收集统计污染源数据等大量前期工作，使用限制较多，而受体模型不依赖排放源数据，不用追踪颗粒物迁徙过程，使用方便，应用广泛［5］。受体模型主要包括化学质量平衡模型（CMB）和因子分析类模型 （PMF、PCA／MLR、UNMIX等），国内外广泛应用的是 CMB模型［6］、PMF模型［7］和 PCA模型［8］。除此以外，还有一些不完全属于上述任何一种的源解析技术，广州禾信的在线单颗粒气溶胶质谱仪就是其中一种。该仪器通过激光粒径扫描和飞行时间质谱在线分析统计PM2.5颗粒中各来源颗粒的数量，得到 PM2.5中各来源颗粒的情况，目前已在20多个城市分析应用，效果良好。

本文对镇江市区冬季的PM2.5进行在线监测分析，分析镇江市区冬季PM2.5来源组成和变化情况，以揭示镇江市区冬季 PM2.5的来源，全面提高对镇江市区空气质量问题的认识，为降低细颗粒物浓度提供理论依据。

2 材料与方法

布设采样点依据《环境空气质量检测规范》（试行）的相关要求，优先选择国家环境空气质量监测点［9］。因此本文选择镇江市润州区环境监测站 （119°26′E，32°12′N）这个国控点进行研究。本文中的 PM2.5浓度监测和来源解析都采用 24小时在线监测方式，监测时间为2014年1月8日16∶00 至2014年1月11日 16∶00，观测期间定期进行质量控制，审核数据有效性，根据审核数据审核规则剔除无效数据。PM2.5浓度监测仪器为武汉天虹TH2000PM β射线监测仪，PM2.5源解析采用广州禾信的 SPAMS 0515在线单颗粒气溶胶质谱仪。SPAMS 0515由进样系统、测径系统、电离系统和质谱分析系统组成，气溶胶经由 PM2.5切割头进入进样系统，通过空气动力学透镜引入颗粒物至真空系统，再将聚焦颗粒物送至中轴线，在测径系统里测定单颗粒粒径，随后精确触发 266nm激光电离颗粒物，在电离系统里单颗粒中的各种正负离子成分同时电离，最后进入飞行时间质谱分析系统同时检查正负离子。仪器简图见图1。将测得的颗粒质谱图与系统内污染源谱库进行对比，统计各种来源颗粒的数量，即得到相关的源解析数据。

3 结果与讨论

观测期内 SPAMS 0515测径的颗粒物达 668372个，其中有正负质谱图的颗粒164106个，由于有的颗粒被电离后仅仅能检测到正离子或负离子，有的颗粒未被精准电离，所以检测有正负质谱图的颗粒数和测径的颗粒物数目并不一致，但是从统计学上来看，所测离子数已经能够反映 PM2.5的总体情况。

3.1 PM2.5来源总体分析

SPAMS 0515将观测期内的颗粒通过双质谱分析后分类成有机碳、元素碳有机碳、元素碳、富硅酸盐、高分子有机物、富钾、重金属和其他。其中，元素碳有机碳项是指既含有机碳粒子特性、又有元素碳粒子特性的颗粒，各种类颗粒数的比例见图2。由图2可见，PM2.5颗粒主要成分是有机碳颗粒，其次是元素碳有机碳颗粒，然后是富钾颗粒。

通过与 SPAMS 0515内建的源谱图对比后统计的结果，得到观测期内 PM2.5各来源的分担率 （图3），可以看出明确已知的来源中分担率最大的是汽车尾气和燃煤，分别为22.5%和16.3%，工业源和扬尘次之，分担率分别为 13.6%和11.8%。镇江不是沿海城市，海盐的影响非常低，仅有0.7%。由此可见，镇江市区冬季PM2.5浓度较高，主要与镇江市区汽车保有量大、尾气排放量大有关，因此，要降低镇江市区PM2.5浓度，势必要控制机动车尾气排放。镇江冬季不烧煤供暖，燃煤部分对 PM2.5浓度高的贡献，主要来源于工厂燃煤和外区域颗粒物的长距离输送。工业源分担率仅为13.6%，说明单纯靠企业减排、灰霾天气下的停产停工，并不能显著降低冬季镇江市区PM2.5的浓度。

3.2 各类来源与粒径分布的关系

通过SPAMS 0515的激光测径与组分分析，可以得到各类来源在不同粒径里的分布情况 （图4）。在小粒径（粒径≤1 μm）范围里，汽车尾气和燃煤所占比例较大。随着颗粒的增大，扬尘和生物质燃烧所占比例增大，汽车尾气和燃煤的比例减小。工业源和二次无机源比例较稳定。当粒径增大到2.5μm时，主要来源变为扬尘和生物质燃烧。

3.3 各类来源与时间的关系

将6∶00—18∶00点归类为日间，18∶00—次日6∶00归类为夜间，可以得到各颗粒物来源日夜变化关系 （图5）。白天随着人类活动增加，汽车尾气和扬尘贡献比例增加。夜间生物质燃烧所占比例有所上升，可能与夜间焚烧秸秆等生物质有关。

为进一步获得各类来源与时间的关系，截取观测期内3个比较有特征的时间段，分别为早高峰（7∶00—9∶00）、晚高峰 （17∶00—19∶00）和深夜（23∶00—1∶00），得到不同时段颗粒物来源变化情况（图6）。由图6可见，与深夜时段相比，早高峰和晚高峰的汽车尾气分担率明显升高，且晚高峰的分担率大于早高峰，这进一步说明，城市机动车尾气控制势在必行。

3.4 污染天气下颗粒物来源的变化

图 7是观测期内 PM2.5浓度随时间的变化图。为考察污染天气下颗粒物来源的变化，选择图 7 中PM2.5较低、较高以及中间位置的三个时段进行分析。每个时段为4个小时，三个时段分别为1月8日22∶00—1月9日2∶00、1月9日18∶00— 22∶00、1月10日 22∶00—1月 11日 2∶00。三个时段 PM2.5的 小 时 均 值分 别 为 27 μg／m3、54 μg／m3、94 μg／m3，三个时段PM2.5的小时浓度涵盖空气质量优、良、轻度污染时的颗粒物浓度情况（PM2.5小时浓度一级和二级标准分别为35 μg／m3、75 μg／m3）。

通过图8可以看出，在 PM2.5浓度升高时，汽车尾气所占的比例急剧增大，说明汽车尾气对镇江市区冬季空气质量的影响最大。扬尘所占比例随 PM2.5浓度的增高而加大，结合8日至11日的气象数据可获知PM2.5浓度增高时风向由北风逐渐转为东南风，扬尘比例增大可能是东南方向颗粒物的长距离输送造成的。

3.5 颗粒物中金属来源分析

利用SPAMS 0515对 Mn、Fe、Cr、Zn、Pb等金属元素的分析结果，可以得到含5种重金属颗粒数量在 PM2.5中的相对比例（图9）。含5种金属元素颗粒数目中，含 Pb颗粒最多，占 38.07%；其次是Fe，占27.22%；Mn占26.09%。Pb主要来源于机动车排放和工业排放，Fe主要源自扬尘里的地壳物质和土壤元素，Mn主要来自工业排放［10～12］。这说明镇江市区 PM2.5浓度高主要源于机动车尾气和工业排放，与前文分析结果一致。

4 结论

（1）对镇江市区冬季环境空气有明显贡献的颗粒物来源是汽车尾气、燃煤、工业排放和扬尘。机动车尾气和燃煤的贡献最大，所以机动车尾气和燃煤仍应作为镇江市控制大气颗粒物污染的重点进行治理；

（2）镇江市区冬季PM2.5颗粒中，汽车尾气、燃煤分布在小粒径段，扬尘分布在大粒径段；

（3）日间汽车尾气和扬尘对PM2.5增高的影响增大，早高峰、晚高峰汽车尾气贡献增长；

（4）分析含 5种金属元素颗粒在 PM2.5颗粒物中的比例，得到含Pb颗粒数量最多。

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Study on the Sources of PM2.5in Winter in Zhenjiang

LIU Ye，GAN Xiao－bing
（Zhenjiang Environmental Monitoring Centre，Zhenjiang Jiangsu 212000 China）

Air was sampled in January in Zhenjiang.The Single Particle Aerosol Mass Spectrometer（SPAMS0515）was applied to examine the sources of PM2.5.The results showed that the sources of PM2.5were from tail gas，coal －burning，discharge from the industry，and dust.Their contribution rates were 22.5%，16.3%，13.6%，and 11.8%respectively.PM2.5from tail gas and coal burning form the smaller particles.However，dusts become bigger particles.The increase of PM2.5in the day time was correlated closely to tail gas and dust，especially in the rushing hours in the morning and in the afternoon.Five heavy metals（Mn，Fe，Cr，Zn，and Pb）were found on PM2.5particles.The particles with the most of Pb absorbed have the biggest size.

PM2.5；Source analysis；winter；Zhenjiang

X82

A

1673－9655（2014）02－0057－05

2014－02－07

刘晔，镇江市环境监测中心站，预警室主任，工程师。