质谱直接测量法解析盐城市大气细颗粒物来源

吉祝美，咸月，赵友政

(盐城市环境监测中心站，江苏 盐城 224000)



·解析评价·

质谱直接测量法解析盐城市大气细颗粒物来源

吉祝美，咸月，赵友政

(盐城市环境监测中心站，江苏 盐城 224000)

为全面了解盐城市大气颗粒物的组成，摸清以PM2.5为首要污染物的来源，说清其化学组分和源贡献率，于2014年12月16日 00:00—2014年12月21 日09:00，利用在线单颗粒气溶胶质谱仪，对盐城市细颗粒物进行实时在线源解析。结果表明，盐城首要污染物为燃煤，占比为23.7%，其次是机动车尾气，占比为18.3%，第三位是扬尘，占总颗粒数的15.7%，生物质燃烧占比为14.8%位列第四，工业工艺源、二次无机源和其他源贡献率相对较小。

质谱直接测量法；可入肺颗粒物；化学组分；源贡献率；盐城市

2014年盐城市优良天数比例为74.0%，PM2.5占到总污染天数51%。为了解盐城市大气颗粒物组成，摸清以PM2.5为首要污染物的来源，说清其化学组分和源贡献率[1-4]，利用在线单颗粒气溶胶质谱仪[5-6]，对盐城市细颗粒物进行实时在线源解析，获取高时间分辨的颗粒物源解析结果，以及颗粒物来源变化，初步评估重要污染源对盐城环境空气中PM2.5污染的影响程度。

1 研究方法

监测地点在盐城市环境监测中心站；监测仪器为单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS 0515)；采样方式：环境空气经 PM2.5切割头切割后进入 SPAMS 检测；采样时间：2014年12月16日 00:00—2014年12月21 日09:00。

2 结果与分析

2.1 小时AQI变化趋势

图1和图2 为盐城市小时AQI情况分析[7-8]。

图1 监测期间盐城市2014年12月小时AQI变化趋势

图2 监测期间盐城AQI现状

2.2 颗粒物数浓度与ρ(PM2.5)对比分析

表 1为监测期间点位的测径颗粒物个数、有谱图信息的颗粒物个数及平均ρ(PM2.5)。

表2选取不同污染状况(优、良、轻度、中度、重度)列出的对应颗粒物数浓度与ρ(PM2.5)极值和平均值等信息；图3为SPAMS采获的颗粒数浓度与ρ(PM2.5)随时间变化趋势。由表2和图3可见，SPAMS 所测得数浓度变化趋势与ρ(PM2.5)变化趋势高度一致，监测数据能较好反映该点位的大气污染变化情况。

表1 2014年点位细颗粒物监测信息

表2 2014年在不同污染状况下对应的颗粒物数浓度

图3 2014年监测期间颗粒物数浓度与ρ(PM2.5)对比

2.3 颗粒物成分分析

2.4 颗粒物来源分析

根据环境保护部《大气颗粒物来源解析技术指南(试行)》，结合当地的能源结构，按照环境管理需求对颗粒物排放源进行分类，可将盐城市细颗粒物污染来源归结为7大类，分别为扬尘、生物质燃烧、机动车尾气、燃煤、工业工艺源、二次无机源和其他。

图4 监测期间颗粒物平均质谱图

2.4.1 来源解析结果

源解析结果利用示踪离子法和共振神经网络算法，为数浓度，其基于“不同的排放源有不同的质谱(指纹)特征”进行。目前盐城市未建立本地化的污染源谱库，本项目源解析结果是通过人工(离线)处理分析得到。图5为PM2.5源解析结果。

图5 颗粒物来源解析

2.4.2 不同类型污染源粒径分析

图6为各类源颗粒物粒径分布，扬尘颗粒物在大粒径分布比例显著增加，即主要分布在大粒径段，机动车尾气和燃煤则主要分布在小粒径段，其他源无明显规律。

图6 各类型颗粒物粒径分布

2.4.3 不同类型污染源变化趋势分析

图7为颗粒物来源比例时间序列。由图7可见：

(1)燃煤在整个监测期间的占比最大，且随时间的变化幅度较大，最大值与最小值分别为61.1%和13.8%，差值高达47.3%；

(2)机动车尾气的占比变化较燃煤的平稳，比例在15%～25%之间波动；

(3)生物质燃烧的占比在每天的傍晚和早上分别达到当日的最大值和最小值，变化较规律；

(4)扬尘在18—19日出现2个明显的比例高峰为41.9%，其余时段的比例为10%～20% 。

2.5 污染过程分析

2.5.1 污染源日均贡献率

图7 2014年颗粒物来源比例时间序列

颗粒物的日均来源贡献率见图8。由图8可见：

(1)每天大气颗粒物的污染来源有明显差异，16日、20日首要污染源是燃煤源，而其他几天首要污染源是机动车尾气；

(2)21日ρ(PM2.5)出现明显升高，此时的机动车尾气源和工业工艺源占比有明显升高，说明大气污染程度较高，可能由于此类污染源排放累积导致。另外，21日的生物质燃烧占比为18.8%，较其他几天的贡献率都要高。由于颗粒物的来源受气象条件、监测点位等条件影响较大，以上分析只是初步分析结果，需要后期进行连续在线长时间监测，得到污染物来源变化规律。

图8 颗粒物的日均来源贡献率

2.5.2 污染过程来源解析

监测期间颗粒物来源变化见图 9，监测期间ρ (PM2.5)与风速关系见图10。

由图9可见，12月16日燃煤源占比最高，且比干净天气高，推断此时污染天气主要是由于燃煤源的升高导致；12月18日、21日出现污染天气时，机动车尾气源和生物质燃烧源出现明显升高，且增长幅度比其他污染源要高，初步推断此期间污染天气的发生与此2类源有密切关系。

图9 2014年监测期间颗粒物来源变化

图10 2014年监测期间ρ(PM2.5 )与风速关系

由中国空气质量在线监测分析平台的气象数据可见，ρ(PM2.5)与风速成反相关关系(图10)，12月18日、20日污染发生时，风速极小，不利于颗粒物的扩散，说明此时段机动车尾气源的升高主要是由于颗粒物不利于扩散，持续累积造成。

2.5.3 生物质燃烧颗粒分析

图11 为生物质燃烧占比随时间的变化情况。

图11 生物质燃烧比例随时间变化

由图11可见，生物质燃烧颗粒在每天傍晚均出现明显的比例高峰，平均比例>20%，最高达30.1%。通过对高点时的气团轨迹图(对应图11中A、B、C点)分析发现，气团均来自西北方向，即监测点主要受西北方向传输来的生物质燃烧源的影响。秸秆焚烧活动对城市环境空气质量有较大影响。

3 结论

(1)盐城市ρ(PM2.5)小时超标率约为30%，污染较严重；

(2)盐城市细颗粒物主要来源分别为：燃煤(23.7%)、机动车尾气(18.3%)、扬尘(15.7%)，以及生物质燃烧(14.8%)，其影响也不容忽视；

(3)扬尘源主要分布在大粒径，机动车尾气主要分布在小粒径；

(4)监测期间几次污染事件的发生原因虽不尽相同，但主要都是由于燃煤、机动车尾气或生物质燃烧的影响，由此可得出控煤、减小机动车尾气排放和加强秸秆焚烧是重污染应急的首要措施；

(5)每天傍晚生物质燃烧源均出现比例高峰，应加强秸秆焚烧的禁烧力度。

[1] 郭婧,华蕾,荆红卫.大气颗粒物的源成分谱研究现状综述[J].环境监控与预警,2011，3(6)：28-32.

[2] 张祥志，秦玮，严国梁.2011年南京市春季大气颗粒物污染特征分析[J].环境监控与预警,2013,5(5):36-40.

[3] 秦玮,葛顺,张祥志，等.烟花燃放对空气中PM2.5及水溶性离子的影响研究[J].环境监控与预警,2013,5(3):1-4.

[4]HOLMESHA,ZHAIX,REDMANJ,etal.Improvedspatiotemporalsource-basedairpollutantmixturecharacterizationforhealthstudies[C]://AirpollutionmodelinganditsapplicationXXIII.Switzerland：SpringerInternationalPublishing，2014:25-30.

[5] 李梅，李磊，黄正旭，等.运用单颗粒气溶胶质谱技术初步研究广州大气矿尘污染[J].环境科学研究，2011(6):632-636.

[6] 李梅,董俊国，黄正旭，等.单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪分析香烟烟气气溶胶[J].分析化学，2012(6)：936-939.

[7] 环境保护部.HJ633-2012 环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)[S].北京：中国标准出版社，2012.

[8] 环境保护部.HJ663-2013 环境空气质量评价技术规范(试行)[S].北京：中国标准出版社，2013.

Analysis of Particulate matter (PM2.5) Sources for Ambient Air in Yancheng by Direct Measurement Using Mass Spectrometry

JI Zhu-mei,XIAN Yue,ZHAO You-zheng

(YanchengEnvironmentalMonitoringCenter,Yancheng,Jiangsu224000,China)

To get a comprehensive understanding of atmospheric particulates in Yancheng,PM2.5as the primary pollutant was investigated in respects of its sources,chemical composition and source apportionment. The online single particle aerosol mass spectrometer was used for the real-time analysis of the sources of particulate matter in Yancheng from 12 am,December 16th to 9 am,December 21st,2014. The results showed that the main source of particulate matter (PM2.5) for ambient air in Yancheng was coal combustion (23.7%),followed by motor vehicle exhaust (18.3%),dust (15.7%) and biomass burning (14.8%). Industrial pollution sources,secondary inorganic sources and other sources provided relatively small contributions.

Direct measurement by mass spectrometry; PM2.5；Chemical composition; Source apportionment；Yancheng

2015-01-13；

2015-03-16

吉祝美(1982—)，女，工程师，硕士，从事综合评价与数据传输工作。

X832

B

1674-6732(2015)03-0035-04