APEC期间天津及周边城市PM2.5中水溶离子特征

2016-12-12吴宇峰关玉春董海燕

环境与可持续发展 2016年6期

关键词：周边城市颗粒物天津市

吴宇峰关玉春董海燕

(天津市环境监测中心，天津 300191)

APEC期间天津及周边城市PM2.5中水溶离子特征

吴宇峰关玉春董海燕

(天津市环境监测中心，天津 300191)

APEC；PM2.5；离子；天津周边城市

引言

随着城市经济的迅猛发展，大气污染类型正由传统的、单一的煤烟型污染，向多物质并存、相互影响、相互交织的复合型大气污染转变。珠三角、长三角、京津冀等区域性大气污染日益突出，以PM2.5为代表的颗粒物污染成为我国城市空气质量改善的重要难题[1-4]。水溶性无机离子在PM2.5中占有重要地位，是PM2.5的重要组成成分，对气溶胶的化学性质有重要影响，可在一定程度上反映大气环境的质量状况[5-9]。

2014年11月6日至11日，亚太经济合作组织(Asia-Pacific Economic Cooperation)在北京召开，国家采取机动车限行、工厂停产、建筑工地停工等一系列最高级别的空气质量保障措施，并制订了京津冀地区空气质量保障方案。在此期间，在天津、北京、石家庄、济南、保定5城市于2014年11月3日至11月20日同步手动采集PM2.5无机滤膜样品，分析APEC会议期间及会议之后颗粒物化学成分特征，对APEC期间及会议之后天津市PM2.5中水溶性离子组分浓度、二次离子转化等进行分析，并与其他城市进行比较，研究结果对于大气污染防治协作，加强区域联防联控，有效控制大气细颗粒物污染具有重要意义。

1 采样及分析方法

天津市采样地点设在市监测中心四楼楼顶，距离地面高20米，四周绿化较好。距北50米为复康路，交通较为繁忙。南侧30米为7层高楼。东西方向较为开阔，无遮挡物，西南方向20米为南开大学附属小学，东侧为绿化带。

2 结果与讨论

2.1 颗粒物浓度水平

APEC期间，PM2.5平均浓度93μg/m3，其中，浓度最大日出现在11月9日，为225μg/m3，最小日出现在11月4日，为44μg/m3，图1是天津市APEC期间PM2.5浓度逐日变化情况。由图可见，11月5日至7日期间，PM2.5浓度相对较低，达到国家日均浓度标准(75μg/m3)，8日起 PM2.5浓度明显上升，11月9日，达到225μg/m3，至11月11日，浓度降至58μg/m3。

图1 天津市11月3日-20日PM2.5浓度情况

为对比方便，以2014年11月3日至11月11日实施限行停产措施期间，为APEC会议期间，11月12日至11月20日为APEC会议之后，对天津及周边城市北京、石家庄、济南、保定等，PM2.5浓度情况进行对比(见图2)。由图可见，与周边城市相比，天津市APEC会议期间，PM2.5浓度居中，高于北京(85μg/m3)、保定(85μg/m3)，低于济南(94μg/m3)和石家庄(99μg/m3)。APEC会议之后，除济南略有下降外，其余城市PM2.5浓度均有不同程度上升，其中保定升幅最为明显为154.1%，其次为北京，升幅达115.3%，天津列第四，为52.7%。

图2 天津及周边城市APEC期间与APEC会议之后PM2.5浓度对比

2.2 离子浓度及组分

2.2.1 浓度

图3 APEC期间及会议之后天津市PM2.5中各离子组分浓度

图4 APEC期间天津及周边城市PM2.5中各离子组分浓度对比

2.2.2 各组分比例

图5 APEC期间及会议之后天津市PM2.5中离子组分比例

图6 APEC期间天津周边城市PM2.5中离子组分比例

图7 天津市11月3日-20日PM2.5中比值及NO2/SO2

图8 天津及周边城市APEC 期间及会议之后比值

2.4 二次反应(NOR和SOR)

利用此公式计算PM2.5中逐日SOR和NOR。APEC期间，PM2.5中SOR平均值0.21，从日变化情况看，除APEC会议采取措施期间的11月3日，5日，6日SOR值不超过0.1外，其余时间均大于0.1，即存在SO2的二次转化过程，最高值出现在11月9日，达到0.46。NOR平均值0.20，日变化趋势与SOR类似，最高值出现在11月10日，达到0.42。同时对PM2.5浓度与SOR和NOR的逐日变化情况分析可见(见图9)，SOR和NOR与PM2.5浓度有较好的趋势一致性，且在APEC期间转化水平相当。APEC会议之后，SOR和NOR均不同程度下降，SOR降为0.17，NOR为0.18。

图9 天津市11月3日-20日SOR和NOR情况

2.5 离子相关性分析

其次，APEC期间Na+、Ca2+、Mg2+两两相关性较低，APEC会议之后恢复工业生产及建筑后，三者两两相关性得到明显体现，APEC期间，Na+主要来源于海盐，Ca2+、Mg2+来源于扬尘和地壳，APEC会议之后，Na+来源变得复杂，主要是建筑扬尘、海盐及燃烧等，Ca2+、Mg2+则主要来源于建筑扬尘。由此可见，APEC期间停工停产措施对一次离子来源有显著改变，建筑扬尘得到明显抑制。

表1 APEC期间天津市PM2.5中离子相关系数矩阵

表2 APEC会议之后天津市PM2.5中离子相关系数矩阵

3 结论

[1]于海滨，薛荔栋，郑晓燕等.APEC期间京津冀及周边地区PM2.5中碳组分变化特征及来源[J].中国环境监测，2015，31(2)：48-52.

[2]魏复盛，滕恩江，吴国平等.我国4个大城市空气PM2.5、PM10污染及其化学组成[J].中国环境监测，2001，17 (7)：1-6.

[3]He K，Yang F，Ma Y，et al.The characteristics of PM2.5in Beijing，China[J].Atmospheric Environment，2001，35：4959-4970.

[4]王志娟，韩力慧，陈旭锋等.北京典型污染过程PM2.5的特性和来源[J].安全与环境学报 2012，12(5)：122-126.

[5]Ye B，Ji X，Yang X，et al.Concentration and chemical composition of PM2.5in Shanghai for a 1-year period[J].Atmospheric Environment，2003，36：499-510.

[6]Lin J J.Characterization of the major chemical species in PM2.5in the Kaohsiung City，Taiwan[J].Atmospheric Environment，2002，36：1911-1920.

[7]李彩霞，李彩亭，曾光明等.长沙市夏季PMl0和PM2.5中水溶性离子的污染特征[J].中国环境科学，2007，27(5)：599-60.

[8]Wang G H，Wang H，Yu Y J，et al.Chemical characterization of water-soluble components of PM10 and PM2.5atmospheric aerosols in five locations of Nanjing，China[J].Atmospheric Environment，2003，37：2893-2902.

[9]Yao X H，Chan C K，Fang M，et al.The water-soluble ioniccomposition of PM2.5in Shanghai and Beijing，China [J].Atmospheric Environment，2002，36(26)：4223-4234.

[10]孙韧，张文具，董海燕等天津市PM10和PM2.5中水溶性离子化学特征及来源分析[J].中国环境监测，2014，30(2)：145-150.

[11]Arimoto R，Duce R A，Savoice D L，et al.Relationships among aerosol constituents from Asia and the North Pacific during Pem-West[J].Journal of Geophysical Research，1996，101：2011-2023.

[12]李伟芳.天津PM2.5理化特性和含碳气溶胶的分布与来源研究：[D].天津：南开大学，2008.

[13]Truex T J，Pierson W R，Mckee D E.Sulfate in diesel exhaust.Environment Science Technology[J]1980，14：1118-1121.

[14]Ohta S，Okita T A.Chemical characterization of atmospheric aerosol in Sapporo.Atmospheric Environment[J]1990，24：815-822.

Variations of Water Soluble Ions in PM2.5during the Asia-Pacific Economic Cooperation Summit in Tianjin and Surrounding Cities

WU Yufeng GUAN Yuchun DONG Haiyan

(Tianjin Environmental Monitoring Center，Tianjin 300191)

Asia-Pacific Economic Cooperation；PM2.5；ions；Tianjin and surrounding cities

吴宇峰，高级工程师，研究方向环境化学、环境综合分析

关玉春，高级工程师，硕士，研究方向环境化学与大气污染防治

X131.1

1673-288X(2016)06-0213-05

致谢：感谢中国环境监测总站的指导以及在数据方面的共享和支持