兰州供暖期大气颗粒物含量分析与研究*

2016-06-23范宁云汪文琦张会妮甘肃省分析测试中心甘肃兰州730000

甘肃科技 2016年5期

范宁云，汪文琦，张会妮，张　楠，于　倩（甘肃省分析测试中心，甘肃　兰州　730000）

兰州供暖期大气颗粒物含量分析与研究*

范宁云，汪文琦，张会妮，张楠，于倩
（甘肃省分析测试中心，甘肃兰州730000）

摘要：通过合理布置采样点，对兰州市2013年和2014年供暖前、供暖期、供暖后大气颗粒物PM10、PM2.5和SO2含量进行分析，以便了解供暖期间产生的废气和烟尘对兰州大气的影响。结果表明在兰州市2013—2014年的供暖期间，PM10、PM2.5和SO2的含量变动情况较为明显，PM10在供暖后含量最低，供暖期次之，供暖前含量最高。PM2.5在供暖中含量最低，供暖前次之，供暖后含量最高。SO2在供暖后含量最低，供暖前次之，供暖中含量最高。可见，颗粒物仍是兰州市环境空气质量的晴雨表，SO2在供暖中仍有显著超标。上述结果为兰州市大气污染的监测与治理及大气污染预报提供了重要的依据。

关键词：PM10；PM2.5；SO2；环境污染

随着环境问题的日益凸显，国家对环保日趋重视，环保标准细化和完善，环境监测监督日趋常态化。十二五以来，甘肃省经济得到迅速发展，工业企业以节能降耗、循环利用为主，坚持走可持续发展路线，然而，由于甘肃资源能源多以矿产为主，导致甘肃省环境空气质量多年均未达优。空气中主要污染物质，如TSP、PM10、PM2.5、SO2等，均对环境和人体有较大的影响，举例来说，已有的研究表明，PM10是造成人体呼吸系统、心血管的损害的诱因之一［1］；PM10和PM2.5通过呼吸吸入途径产生致癌风险［2］；SO2作为一种常规污染物，可以增加儿童感冒时咳嗽、不感冒时咳嗽、感冒时咯痰、不感冒时咯痰、鼻炎、支气管炎、肺炎、哮喘等8种呼吸系统疾病和症状的发病危险性［3］，腐蚀建筑物等；PM2.5能大大降低环境能见度，造成交通不变等多方面问题，是雾霾的主要成因［4］。各国政府意识到保护大气的重要性，分别制定了相关的法律和标准。在我国，环境空气质量标准（GB3095-2012）规定了SO2、PM10、TSP、PM2.5等主要污染物的限量，已有学者对部分区域大气污染物的变化规律进行了研究。如邢闪［5］等人研究了山东烟台市大气主要污染物（SO2、NO2、PM10、TSP）的变化规律，结果表明，烟台市SO2浓度呈现波动降低的趋势。祝合勇等［6］依据检测数据对兰州市城区大气污染现状进行了研究，表明近8年来NO2浓度均超过GB3095-1996《环境空气质量标准》2级标准。我国对大气颗粒物的研究所大多数集中在TSP和PM10上，然而，与TSP和PM10相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。近几年阴霾和灰霾天气的天数的增多，引起了我国学者对PM2.5越来越多的关注，同时，国家环保部预将PM2.5纳入环境空气监测的范畴。

兰州市位于狭长的河谷地带，是我国西北地区较为重要的工业基地，长期以来由于石油化工冶金等工业生产和煤炭燃烧以及不易扩散的地理位置，导致兰州市的空气污染严重，尤其在冬季供暖期间，受煤炭燃烧供暖和大陆季风的影响，使得兰州的空气质量进一步恶化。2011年12月12日至14日兰州市出现了灰霾天气，能见度不到2000m，这与大气中的PM2.5有密切的关系，这更加引起我们对兰州供暖期间的空气质量的关注。未见文献对兰州市供暖期前中后三期的大气污染物进行系统的研究和比较，对兰州冬季供暖期间二氧化硫变动情况的研究也鲜见报道。

1　数据来源和方法

设计兰州市内采样点3个，城关区采样点2个（分别位于东方红广场和甘肃省分析测试中心院内）；安宁区采样点1个（安宁区费家营附近）。由于兰州市的供暖期为每年11月份至次年3月份，本项目供暖前、供暖期和供暖后三阶段采样时间分别为2013年9月份、2014年2月份和2013年4月份，每个阶段采样时间为7d，每天的采样时间不少于12h。PM10和PM2.5测定方法采用《HJ618-2011环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》，SO2测定方法采用《HJ482-2009环境空气二氧化硫的测定甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》。

2　结果

2.1大气颗粒物分布与变化观测结果

图1为PM10在兰州市供暖前、供暖中和供暖后大气中含量变动情况示意图。图1（a）表明供暖前大气中PM10主要在0.1～0.5之间变动，更为集中的分布在0.1～0.3之间，在2013年9月16日1号点位上采集到1.099的个别高值数据。图1（b）表明，供暖中大气中PM10主要在0.1～0.25之间变动，更为集中的分布在0.15～0.2之间，在2014年2月21日3号点位上采集到0.018的个别低值数据。图1（c）表明供暖后大气中PM10主要在0.05～0.25之间变动，更为集中的分布在0.05～0.15之间，在2014年4月16 日3号点位上采集到0.480的个别高值数据。

图1　兰州市供暖前、供暖中和供暖后PM10变动情况

由图1可知，在兰州市2013-2014年的供暖期间，PM10的含量变动情况较为明显，供暖后含量最低，供暖期次之，供暖前含量最高。这个结果与汪永英等［7］的研究结果是一致的。

图2为PM2.5在兰州市供暖前、供暖中和供暖后大气中含量变动情况示意图。图2（a）表明，供暖前大气中PM2.5主要在0.02～0.22之间变动，更为集中地分布在0.04～0.15之间，在2013年9月23日2号点位和9月24日1号点位上分别采集到到0.670和0.580的个别高值数据。图2（b）表明供暖中大气中PM2.5主要在0.02～0.11之间变动，更为集中的分布在0.04～0.08之间。图2（c）表明供暖后大气中PM2.5主要在0.04～0.35之间变动，在2014 年4月24日3号点位上采集到0.777的个别高值数据。

图2　兰州市供暖前、供暖中和供暖后PM2.5变动情况

由图2可知，在兰州市2013年至2014年的供暖期间，PM2.5的含量变动情况较为明显，供暖中含量最低，供暖前次之，供暖后含量最高。

2.2大气污染物中SO2含量观测结果

图3为SO2在兰州市供暖前、供暖中和供暖后大气中含量变动情况示意图。图3（a）表明，供暖前大气中SO2主要在0.005～0.035之间变动，更为集中地分布在0.008～0.018之间，在2013年9月12 日1号点位上采集到0.056的个别高值数据。图3 （b）表明，供暖中大气中SO2主要在0.15～0.45之间变动，更为集中的分布在0.15～0.25之间，而在0.38～0.45的分布区间出现的6个高值点位，其中5个值均在1号点位采集，一个在2号点位采集。图3（c）表明，供暖后大气中SO2主要在0.001～0.01之间变动，在2014年4月23日1号点位、4月26号1号点位和4月27日2号点位上分别采集到的0.032、0.041、0.021的个别高值数据。

图3　兰州市供暖前、供暖中和供暖后SO2变动情况

由图3可知，在兰州市2013-2014年的供暖期间，SO2的含量变动情况较为明显，供暖后含量最低，供暖前次之，供暖中含量最高。这个结果与翟广宇等［8］的研究结论是一致的。

3　讨论

由于兰州市地处狭长的河谷地带，特殊的地理位置和季节风向导致兰州在空气质量防控中处于被动地位。从本文研究数据来看，2013-2014年兰州市供暖期间，空气质量得到了部分的改善。PM10和PM2.5的含量变动情况虽然较为明显，但是区间范围的变动值（PM10为0.05～0.3mg/m3、PM2.5为0.02～0.35mg/m3）为与现行《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）二类区二级浓度限制日均值（PM10为0.15mg/m3、PM2.5为0.075mg/m3）相比，供暖前、供暖中和供暖后，部分天数的采样点位上测量PM10和PM2.5均有超标的情况出现，这个结果与翟广宇等［8］的研究结论类似，且本研究检测值低于翟广宇等人的检测值。SO2的变动范围为0.001～0.45mg/m3，现行《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二类区二级浓度限制日均值为0.15mg/m3，然而，即使出现若干个较高的检测值，SO2在供暖前和供暖后仍未超标，而供暖中，SO2检测值均显著超标，部分点位检测结果是国标的3倍之多，这与叶辉等［9］在贵阳市供暖期间的研究结果一致，他们研究发现贵阳市SO2污染浓度随时间变化呈现明显的规律，采暖期SO2浓度为非采暖期的2.2倍。

PM10和PM2.5的检测结果表明，2013-2014年兰州市供暖期间，PM10和PM2.5的沉降速率是完全不同的，其原因可能与季风风向、污染源排放与分布等有关，这可能导致在研究期间空气中PM10与PM2.5的含量表征不同步，即空气中PM10含量高时，PM2.5不一定含量高，反之亦同。而翟广宇等［8］的研究结果表明，PM2.5与PM10质量浓度比值均在0.4与0.5之间，呈一定的线性关系，这与此项研究检测值不一致，可能是本课题下一步的切入点和研究重点。SO2检测结果表明，2013-2014年供暖期间，有可能烧煤取暖可能仍旧占据较大的比重，当然，也可能是由于采样点周边部分工业企业冬季作业排污所造成的。

在颗粒物检测中，部分点位出现个别离群值的情况，因为环境检测中颗粒物检测要求是在高点室外进行，且受天气状况影响较大，所以认为，离群值的出现是合理的，虽然不能表征该区域颗粒物总体特征，但也可以表征采样时该采样点的局部性空气质量状况。经查资料和对照采样记录表，发现离群值采集当天，兰州均有轻微沙尘暴天气出现，这与采样值是对应的。该结果也可以作为马丽梅等［10］研究结果的佐证，他们认为不同区域的PM10的交互影响存在着“负效应”，这种“负效应”具有短期性，与“溢出效应”可能存在联系。

值得一提的是，本次研究采样时间为早上7点到晚上7点，12h的采样时间均为白天，所以，此次检测数据只能表征兰州市白天的空气状况，由于夜间车少人稀，工业企业很少生产，颗粒物检测值含量较高也在情理之中。