天津武清区PM2.5与气态污染物SO2及NO2污染特征研究

宋志伟

摘 要：利用2016年武清区大气污染物监测数据，研究了武清区PM2.5及SO2、NO2等典型大气污染物浓度变化特征和相互关系。结果表明：2016年PM2.5污染较严重，年均浓度分别为73μg·m-3，超标1.1倍。大气中SO2年均值为25μg·m-3，NO2年均值47μg·m-3。冬季及春秋季节大气中存在明显的二次转化过程，大气中的SO2和NO2通过转化生成硝酸盐和硫酸盐，对PM2.5浓度变化具有重要影响。

关键词：武清区 细颗粒物 气态前体物

中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（b）-0119-02

大气污染是京津冀地区目前面对的最重要环境问题，其污染机理复杂，影响因素众多，呈现明显的复合性和区域性特征，处于煤烟-汽车尾气型污染综合作用的阶段，表现出细颗粒物与臭氧都以高浓度水平存在的特征。其中PM2.5已成为大气污染中最重要的污染物，其来源受人为的影响较大[1-3]。位于京津之间的武清区近年来经济社会快速发展，煤炭消费和机动车保有量持续增加，秋冬季空气污染问题十分突出。因此对天津武清区环境空气中PM2.5及SO2、NO2等气态前体物变化特征的研究对于该地区大气污染治理工作具有重要意义。

该研究采用2016年1～12月天津武清区大气污染物监测数据，分析该区域PM2.5、SO2、NO2的浓度水平、季节变化，讨论PM2.5与SO2、NO2等气态前体物之间的关系，评估该地区的空气污染现状，为武清区大气污染治理提供技术支撑。

1 资料与评价方法

1.1 大气污染物自动监测数据

细颗粒物PM2.5、气态污染物SO2、NO2的浓度数据来自武清区大气自动监测站点，时间是2016年1月1日至12月31日。按照气象学上分类，3～5月为春季，6～8月为夏季，9～11月为秋季，12月、1月和2月为冬季。

1.2 评价标准

环境空气质量评价及大气污染物PM2.5、SO2、NO2超标情况评价采用《环境空气质量标准》（GB3095-2012）。

2 结果分析

2.1 2016年PM2.5等颗粒物浓度水平与季节变化

武清区2016年PM2.5日均值变化范围为9～358 μg·m-3，年均值73 μg·m-3，比2015年升高7%，超过国家二级标准1.1倍。全年PM2.5超标率达到36%，在冬季更为突出。2016年各季节PM2.5均值浓度顺序依次为：冬季（90 μg·m-3）>秋季（77 μg·m-3）>春季（63μg·m-3）>夏季（59 μg·m-3）。为分析粗粒子（PM2.5-10）、细粒子（PM2.5）对PM10的质量浓度贡献，计算了PM2.5与PM10平均比值为0.68（图1），说明PM10的质量浓度主要集中在粒径2.5μm以下的细颗粒。特别是冬季12月细粒子PM2.5占PM10达到80%，明显高于北方城市PM2.5/PM10的平均水平40%～60%[1]，说明武清地区冬季细颗粒物污染更为突出。由于PM2.5粒子体积小，重量轻和数量多，干湿沉降过程对其清除效率低，导致其在大气中停留时间长，输送距离远，影响范围很大，表现为一种区域性污染物。

2.2 SO2、NO2等气态污染物濃度变化

2016年SO2日均值变化范围为2～102 μg·m-3，年均值25 μg·m-3，达到国家二级标准（60 μg·m-3）。SO2浓度季节变化表现为：冬季（38 μg·m-3）>春季（26 μg·m-3）>秋季（21 μg·m-3）>夏季（14 μg·m-3）。可以看出冬季采暖燃煤造成了SO2大量排放，致使冬季SO2浓度水平明显高于其它非采暖季。2016年NO2日均值变化范围为9～157μg·m-3，年均值47 μg·m-3，超过国家二级标准（40μg·m-3）0.2倍。NO2季节变化表现为：冬季NO2平均浓度最高，为59μg·m-3；其次为秋季达到51μg·m-3，春季NO2浓度为42μg·m-3，夏季NO2平均浓度最低，为36μg·m-3。冬季燃煤排放与机动车尾气、气象条件不利于扩散可能是造成NO2浓度高值的重要原因，而夏季降水频繁、湍流活动旺盛等气象条件更有利于污染物扩散清除。

2.3 PM2.5细颗粒物浓度变化与SO2、NO2等气态污染物关系

大气中PM2.5颗粒物不仅来自于污染源的直接排放，也来自于SO2、NOx及VOC等气态前体物在大气中通过均相或非均相（在颗粒物表面）反应生成硫酸盐、硝酸盐和有机气溶胶等二次颗粒物[3]。从季节分布看，冬季武清地区PM2.5与NO2相关性最强（r=0.88，P<0.05），其次为春季（r=0.71，P<0.05）和秋季（r=0.69，P<0.05）；PM2.5与SO2相关性在春季（r=0.73，P<0.05）和秋季（r=0.71，P<0.05）最强，冬季相对较弱（r=0.47，P<0.05）；夏季PM2.5与SO2、NO2均无显著相关性（P>0.05）。这一结果可能说明武清地区大气中存在明显的二次转化过程，大气中的SO2和NO2通过均相或非均相（在颗粒物表面）反应生成硝酸盐和硫酸盐，对PM2.5浓度变化具有重要影响。

3 结论

（1）武清区2016年PM2.5污染较严重。年均浓度分别为73μg·m-3，超标1.1倍。全年PM2.5超标率达到36%，在冬季更为突出。全年PM2.5与PM10平均比值为0.68，说明PM10的质量浓度主要集中在粒径2.5μm以下的细颗粒。

（2）2014年武清区大气中SO2年均值为25 μg·m-3，达到国家二级标准。NO2年均值47 μg·m-3，超标0.2倍。冬季及春秋季节大气中存在明显的二次转化过程，大气中的SO2和NO2转化生成硝酸盐和硫酸盐，对PM2.5浓度变化具有重要影响。

参考文献

[1] 张普，谭少波，王丽涛，等.邯郸市大气颗粒物污染特征的监测研究[J].环境科学学报，2013，33（10）：2679-2685.

[2] 徐虹，肖致美，孔君，等.天津市冬季典型大气重污染过程特征[J].中国环境科学，2017，37（4）：1239-1246.

[3] 丁萌萌，周健楠，刘保献，等.2015年北京城区大气PM2.5中NH4+、NO3-、SO42- 及前体气体的污染特征[J].环境科学， 2017，38（4）：1307-1316.