大气污染面临的挑战及对策的研究

（南平市邵武环境监测站，福建 南平 354000）

1 引言

邵武市位于北纬26º55′～27º35′，东经117º2′～117º52′之间，地处福建省西北部，属于中亚热带东南季风气候，风向的季节性转换比较明显，全年50%以上的时间为静风，相对湿度为50%～83%。多年平均气温为17.5℃，邵武市属于多雾山区，全年平均有118.6 d出现雾天。在秋冬季节，邵武市存在逆温现象，不利于城区大气污染物的水平和垂直扩散。大气污染已经成为邵武市的一个严重问题。水溶性离子是大气颗粒物的主要组分之一[1]。在大气颗粒物中，水溶性离子含量有可能达到其总浓度的40%～60%，该浓度可以随着当地气象条件、季节变换及污染扩散强度的改变而发生一定的改变。然而，大气颗粒物（PM10和PM2.5）中水溶性物种都具有亲水性，并能促使云凝结核的产生，从而对气候变化产生影响[2]。同时，水溶性组分容易在不经意间被人体吸收，并对人体造成一定的伤害。为此，该研究通过对邵武市2018年3月～2019年2月各季节的PM10和PM2.5进行采样分析，研究水溶性离子特征，进一步为邵武市大气污染防治措施的制定提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 样品采集

选择邵武市3个环境空气自动站作为采样点，分别为邵武市环境保护局、市委党校和闽北地质大队。这3个采样点在邵武市呈三角形分布，代表了邵武市城区的颗粒物污染浓度水平（见图1）。

采样时间：2018 年3～5 月（春季），共计92 d；6～8月（夏季），共计92 d；9～11月（秋季），共计91 d；2018年12月～2019年2月（冬季），共计90 d。同步开展PM10和PM2.5样品采样，每天采样时间为1∶00～翌日0∶00，采样时长为23 h。

采样仪器为赛默飞世尔科技公司（热电）生产的FH62C14型和5030SHARP型环境空气颗粒物采样器。流量设定为16.67 L/min。

2.2 分析方法

取下监测仪器中的纸带，并逐个剪取位于采样纸带上面的样品点，把所有样品分时间点放入50 ml聚乙烯瓶中，之后在每个瓶子中加入10 ml的超纯水，然后放入超声波清洗器中，设定水温度为10℃，功率设置为60%下超声波震荡1 h，将其取出后，再放入水浴恒温振荡器中室温震荡1 h。空白纸带和试剂空白做相同处理。

将其取出过滤后，再次装入聚乙烯瓶中，用针管注射器进行样品过滤，采用滤孔为0.22 μm的滤头。然后保存在4℃恒温培养箱内，直至上机测试。利用DIONEX ICS-1500型离子色谱（双系统+自动进样器+淋洗液发生器），阴离子柱型号为AS23 4×250 mm分离柱进行梯度检测，淋洗液为1～30 mol/L的KOH；阳离子柱型号为CS12A 4×250 mm分离柱进行等度检测，淋洗液为3%的甲磺酸溶液。根据不同的出峰时间进行定性分析，再用峰面积进行定量分析。分析测定F-、Cl-、NO3-、S042-四种阴离子浓度和Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+五种阳离子浓度，使用的各个离子标准曲线R2均为0.999以上。

3 结果与讨论

3.1 邵武市大气颗粒物浓度情况

图2为邵武市采样期间p（PM10）和p（PM2.5）的日均值变化情况。从图2可见，p（PM10）和p（PM2.5）变化趋势基本一致。在采样期间，邵武市p（PM10）和p（PM2.5）日均值分别为（6～104 μg/m3）和（4～70 μg/m3）。从季节性特点来看：p（PM10）由高到低的顺序为冬季（55 μg/m3）＞春季（46 μg/m3）＞秋季（42 μg/m3）＞夏季（34 μg/m3）；p（PM2.5）由高到低的顺序为冬季（33 μg/m3）＞春季（29 μg/m3）＞秋季（27 μg/m3）＞夏季（22 μg/m3）。采样期间，邵武市p（PM10）和p（PM2.5）的日均值在春、夏、秋、冬四季均未超过GB3095-2012二级标准限值[p（PM10）为150 μg/m3，p（PM2.5）为75 μg/m3]。但春、秋、冬三季的日均值均超过GB3095-2012二级标准限值，表明邵武市春、秋、冬三季大气污染较为严重。春季居民过春节燃放烟花炮竹，秋季大量燃烧秸秆，冬季逆温强度及逆温层厚度大，这都会阻碍污染物稀释扩散从而造成冬季大气污染严重。采样期间，颗粒物质量浓度会出现较大波动，这可能与当天的气象条件有关。当相对湿度较大、风速较小时，这些气象因素不利于污染物扩散，会导致污染物质量浓度会突然升高，如2018年3月1日、10月12日和2018年11月26日；当相对湿度较小、风速较大时，污染物质量浓度会突然下降，如2018年5月1日、11月25日和2018年2月5日。

各季节PM2.5/PM10的占比情况见图2，采样期间PM2.5/PM10年均值为0.62；春季PM2.5/PM10在0.58～0.62，平均值为0.61；夏季PM2.5/PM10在0.57～0.64，平均值为0.62；秋季PM2.5/PM10在0.60～0.65，平均值为0.63；冬季PM2.5/PM10在0.55～0.63，平均值为0.62。由此得知，邵武市大颗粒污染物以PM2.5为主。因此，控制细颗粒物排放是降低大气颗粒物污染的有效途径。在秋冬季，PM2.5/PM10比例较高，可能是由于秋季干旱、农田燃烧秸秆以及空气扩散条件差引起的。PM2.5/PM10的比例较稳定，说明PM2.5已成为邵武市主要的污染来源。近几年，工业企业发展及城区开发建设，使得细颗粒物逐渐成为邵武市大气污染中的首要污染物。

3.2 邵武市水溶性离子特征分析

PM10和PM2.5中水溶性阴阳离子浓度及占比见表1。从表1可以看出：邵武市空气中PM10的水溶性离子年均浓度从大到小顺序为：SO42-＞NO3-＞Ca2+＞NH4+＞K+＞Na+＞Cl-＞F-＞Mg2+；水溶离子在PM2.5中的年平均浓度由大到小依次为SO42-＞NO3-＞Ca2+＞NH4+＞K+＞Na+＞Cl-＞F-＞Mg2+；从表 1可以看出，颗粒物水溶性离子浓度大小顺序是一致的，说明颗粒物中污染物成分一致。在9种水溶性离子中PM2.5/PM10占比从大到小排序为：NO3-＞NH4+＞Ca2+＞SO42-＞Cl-＞Mg2+＞Na+＞K+。

表1 PM10和PM2.5中水溶性阴阳离子浓度及占比

因此可以看出硫酸根、硝酸根、钙离子含量较大，分别为：2.483 mg/L、1.036 mg/L，0.808 mg/L。这说明邵武市大气颗粒物（PM10和PM2.5）来源主要是：煤烟尘、机动车尾气排放尘、企业生物质燃烧尘和建筑扬尘。其中，在水溶性离子PM2.5/PM10占比中可以看出：NO3-、NH4+、Ca2+占比分别为86.78%、78.25%、63.61%。结合邵武市当地产业结构，这可能与邵武市硝铵企业排放、竹制品企业燃烧生物质原料和汽车尾气排放有关。燃煤排放的煤烟尘是中国城市颗粒物污染的重要来源[3]。然而，邵武市硫酸盐的占比小于硝酸盐的占比，主要因为邵武市作为城区的重要点位，周边工业企业燃烧生物质燃料比较多，燃煤相对较少，相应排放量就较低。

3.3 结合数据分析大气污染来源与制定对策

3.3.1 大气污染的来源

春季：春节期间燃放烟花爆竹，城市空气质量会出现不同程度的持续数小时的污染现象，但城市日均值以优良为主。夏季：邵武市城区建筑施工、道路扬尘、城区周边竹木加工企业排放烟气，这会导致颗粒物含量升高。秋季：林业部门烧山，农田、菜地及山坳处露天焚烧秸秆、树叶和垃圾等废弃物，向区域的上空排放烟雾，这都会对颗粒物造成较大影响[4]。冬季：受外来污染源的影响，秋冬季节北霾南下，污染物迁移传输至邵武市。同时，全年受城区上风向的工业企业的影响，比如说水北镇养马洲工业园区、综合农场、通泰街道办林业开发区、城郊镇经济开发区、下沙工业园区等，它们的锅炉烟气排放对颗粒物含量升高也有一定的影响[5]。

3.3.2 对策

（1）对企业锅炉进行专项整治，同时对烟粉尘排放量大的工业源污染企业进行综合治理，并对无组织排放的企业进行全过程排查和深度治理。

（2）做好春节期间烟花爆竹燃放管控，确保不能严重影响环境空气颗粒物浓度。

（3）在夏收、秋收等重点时节，着重开展秸秆焚烧的日常执法检查，督促各级网格员履行监管职责，及时制止并依法查处焚烧秸秆的行为。

（4）明确企业治污主体责任，并推动建立健全建筑和道路施工工地扬尘监控监管机制。

4 结语

邵武市大气污染中大气颗粒物（PM10和PM2.5）浓度大小顺序依次为：冬季＞春季＞秋季＞夏季；

全年中PM2.5/PM10的比例为0.62。PM2.5占比较高，受近几年工业企业发展和城区开发建设的影响，PM2.5已成为邵武市大气污染中的首要污染物。

邵武市大气颗粒物（PM10和PM2.5）经过水溶性处理后，水溶性离子浓度测定的大小顺序为：SO42-＞NO3-＞Ca2+＞NH4+＞K+＞Na+＞Cl-＞F-＞Mg2+；

硫酸根、硝酸根、钙离子含量较大，说明邵武市大气颗粒物来源（PM10和PM2.5）主要是：煤烟尘、机动车尾气排放尘、企业生物质燃烧尘和建筑扬尘。其中，从水溶性离子PM2.5/PM10占比看出：NO3-、NH4+、Ca2+占分别为86.78%、78.25%、63.61%，可以看出所对应大气污染物为二次无机硝铵盐。

大气污染的治理方向应该由政府引导，企业严格执行。建立监测和预警体制，控制污染物排放的源头，减少排放，优化能源和产业结合。