区域秋冬季污染特征及PM2.5源解析

樊 林，王 帅

(咸阳环境科学研究院有限责任公司，陕西 咸阳 712000)

1 引言

颗粒物来源解析是判断区域污染类型的有效方式。传统的PM2.5来源解析主要基于滤膜采样后，采用PMF、CMB、PCA等模型进行分析[1-2]，需要较长的时间以及更多的人力，且时效性不强，不利于突发事件污染来源的快速诊断[3]。如今已经有部分地区利用单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪（SPAMS）对当地的污染源成分快速分析，为不同污染过程提供有效、科学的应对方 法[4-5]。

目前很少有研究对兴平市污染特征、来源解析方面进行分析。该研究对兴平市省控点的大气常规六参数和气象五参数进行采集，定性分析大气污染物浓度的时空分布和相关性变化特征，并采用SPAMS对秋冬季细颗粒物快速来源进行解析，及时采取有效措施，为当地及咸阳市大气污染防治工作提供技术支撑。

2 数据来源及方法

PM2.5来源解析采用单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪（SPAMS）（来自于广州禾信仪器股份有限公司生产），SPAMS的工作原理、质量控制和基本性能已有文献进行了详细的阐述[6]。监测期间具有测径信息的颗粒物（SIZE）2923440个，同时有正负谱图的信息颗粒（MASS）2780027个，颗粒物数浓度与质量浓度变化趋势较为一致，说明SPAMS的数浓度变化趋势对反映大气污染状况具有较好的代表性。利用自适应共振神经网络分类方法（Art-2a）模仿生物神经网络的人工信号处理系统，将采集数据进行成分分类，分类过程中利用的分类参数为：相似度0.7，学习效率0.05，再经过人工合并，最终确定颗粒物成分。

3 结果与讨论

3.1 分析监测期间空气质量的参数

PM2.5在线源解析时间为2019年12月1日～2020年1月3日，监测期间点位周边环境中PM10、SO2、NO2、CO、O3和PM2.5污染物浓度均值分别为：164 μg/m3、11 μg/m3、51 μg/m3、2.0 mg/ m3、5 μg/m3和134 μg/m3，总体空气质量较差，监测期间出现重度污染现象。重污染时段发生在12月7～9日及19～25日期间，PM2.5呈大幅上升的现象，峰值时段PM2.5分别为404 μg/m3、455 μg/ m3，空气质量达到严重污染级水平。期间CO质量浓度表现出与PM2.5较一致的变化趋势，NO2也在PM2.5高值时段出现明显的质量浓度高峰。

3.2 颗粒物质谱特征及成分分类

颗粒物中较为明显的成分有：C+、C3+、C4+、C5+等EC特征碎片（m/z=12、36、48、60），还有Na+（m/z=23），Al+/ C2H3+（m/ z=27），Fe+（m/z=56），CN-（m/z=-26），NO2-（m/ z=-46），NO3-（m/z=-62），HSO4-（m/z=-97）等离子。利用ART-2a对SPAMS采集的数据进行成分分类，最终确定了8类颗粒物组成，分别为矿物质（MD）、重金属（HM）、富钾（K-rich）、左旋葡聚糖（LEV）、有机碳（OC）、元素碳（EC）、混合碳（ECOC）、其它（Other），这与周静博等人对石家庄冬季PM2.5的研究结果一致[7]，颗粒物平均质谱图如图1所示。

图1 颗粒物平均质谱图

3.3 源解析分析

目前已经对大气中PM2.5来源解析进行了一些研究，结果表明PM2.5主要来自于人为排放。杨凌霄[8]认为济南市PM2.5来源主要有道路扬尘和机动车尾气源（15.0%～16.0%）、工业排放源（15.1%～17.5%）、燃煤尘（13.6%～18.7%）。本文监测结果显示PM2.5来源主要有8种，主要受到机动车尾气源（21.40%）、燃煤源（17.00%）、二次无机源（16.90%）、生物质燃烧源（13.20%）等的影响，这与陈多宏等人[9]细颗粒来源解析结果较为一致，而Singh[3-4]的研究表明PM2.5的来源主要为车辆排放、工业排放、二次无机源和其他排放，这与我们的研究结论有所差异，因此不同地区排放效率和状况不同，会导致细颗粒物来源存在差异性。

4 结论

（1）颗粒物质谱成分分类显示有8类，分别为矿物质、重金属、富钾、左旋葡聚糖、有机碳、元素碳、混合碳及其它，其中有机碳、富钾和左旋葡聚糖在百分比含量上占比处于前三位，与PM2.5变化趋势相对较为吻合，因此化石燃料不完全燃烧、生物质燃烧、机动车尾气是导致监测点指标高的主要原因。

2）PM2.5源解析结果显示，兴平市污染来源主要受到机动车尾气源（21.4%）、燃煤源（17.0%）、二次无机源（16.9%）、生物质燃烧源（13.2%）等的影响，不同地区排放效率和状况不同，会导致PM2.5来源存在差异性。