城市区域大气颗粒物解析及污染防治对策研究

韩立钊 马 勇 谢 磊

济南市生态环境局槐荫分局，山东 济南 250117

1 引言

细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于2.5 μm的颗粒物，其成分复杂，在空气中停留时间长、输送距离远。世界卫生组织研究表明PM可以进入人体血液，危害人体健康。近年来，济南市槐荫区大气环境质量逐年提升，PM年均浓度逐年降低，为实现《中共中央 国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》，到2025年，地级及以上城市细颗粒物（PM）比2020年浓度下降10%，空气质量优良天数比率达到87.5%的目标任务，对济南市槐荫区PM进行源解析，为区域细颗粒物的管控提供数据支持与科学依据，实现精准科学管控。

2 槐荫区PM2.5解析研究的必要性

2.1 基本概况

槐荫区位于济南市西部，为济南市主城区之一，地处鲁中山区和鲁北平原的过渡地带，有平原与丘陵两种地貌类型。地势南高北低，西高东低，土地总面积151.61 km。

槐荫区属暖温带半湿润的大陆性季风气候区，四季分明，春季干旱少雨，多西南风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥，多东北风。3—4月相对湿度低，在40%以下，7—8月相对湿度较大，在65%以上。2—5月风速较大，平均在1.3 m/s以上，易产生地面扬尘，其他月份平均风速在l m/s左右。

2.2 颗粒物现状分析

2.2.1 近年数据分析

2016—2020年槐荫区环境空气可吸入颗粒物、细颗粒物浓度呈显著下降趋势（表1）。

表1 空气污染物年平均浓度变化趋势显著性检验

细颗粒物季均浓度一、四季度明显高于二、三季度，最低值出现在第三季度，2016—2020年槐荫区环境空气中细颗粒物浓度季节变化情况如图1所示。

图1 2016—2020年槐荫区细颗粒物浓度季度变化

2.2.2 PM/PM的年际变化特征

PM/PM反映了空气中细粒子的占比情况，2015—2020年PM/PM年际变化如图2所示。除了2017年和2018年，PM/PM比值低于0.5，说明济南市槐荫区颗粒物污染逐步转向以细颗粒物污染为主，对于细颗粒物中二次组分来源解析尤为重要。

图2 2016—2020年PM2.5 / PM10分析

3 槐荫区颗粒物来源解析方法及数据采集

3.1 颗粒物来源解析方法

环境空气中的颗粒物来源极其复杂，传统CMB模型解析数据时经常出现一组数据多种结果的现象。同时，城市扬尘污染源与土壤风沙尘、建筑水泥尘等存在一定的共线性，单纯用CMB模型无法准确地解析出尘源的分担率，因此，本研究采用“二重源解析”技术。

3.2 数据采集

3.2.1 环境空气颗粒物采样点位

本研究在济南市槐荫区布设两个环境受体样品采样点，分别在机床二厂点位和农科所点位，根据在线环境空气国控监测点位采样点位置分别设置在绿园社区居委会和槐荫区检察院楼顶，手工采样点位经纬度坐标如表2所示。

表2 环境受体采样点位统计

3.2.2 采样时间

本次采样时间统计如表3所示。

表3 济南市环境受体采样时间统计

采样器为德国生产的颗粒物自动换膜采样器（Derenda PNS），符合欧盟标准，使用PM切割头，采集空气中的PM。同时采样器能记录温度、湿度、风速、风向等气象参数。

3.3 分析方法及质量控制

本研究选用的分析方法汇总如表4所示。

表4 分析方法汇总

槐荫区大气颗粒物解析研究项目的样品采集过程、样品管理质控按照《环境空气颗粒物来源解析监测技术方法指南》（监测函〔2020〕8号）进行，符合技术指南要求。样品33种无机元素和9种水溶性离子的分析质控方式分别包括空白膜测试、标准样品测试、加标回收率测试、平行样测试等，样品OC/EC分别进行了蔗糖溶液测试、平行样品测试、空白膜测试等。

4 槐荫区大气颗粒物来源解析结果

将污染源类的成分谱以及二次颗粒物的源谱和受体成分谱纳入CMB模型，并选中各类源的标志组分参与拟合计算，分别计算各季节各点位一次污染源和二次污染源生成对PM的贡献值和分担率。

对于济南市槐荫区主要环境空气监测点位机床二厂和农科所分别进行夏季、秋季和冬季颗粒物数据采集及来源解析，CMB计算得到了济南市各监测点位PM来源解析结果。

4.1 机床二厂点位

机床二厂点位各季PM来源解析结果如表5所示。

表5 机床二厂点位各季PM2.5来源解析结果

4.2 农科所点位

农科所点位各季PM来源解析结果如表6所示。

表6 农科所点位各季PM2.5来源解析结果

4.3 结果分析

槐荫区大气颗粒物数据分析表明，机床二厂点位颗粒物平均浓度高于农科所点位，机床二厂和农科所PM浓度均表现为冬季＞秋季＞夏季，颗粒物污染严重时，SO、NO和CO浓度均较高，结合气象因素，冬季颗粒物浓度高值时段湿度较大，细颗粒物易发生团聚，环境空气中气态前体物二次转化增强，污染加重。

机床二厂点位夏季PM的主要来源中，分担率最高的为硫酸铵，占比为31.71%，其次为机动车尾气，占比为11.88%，城市扬尘占比为8.99%。秋季PM的主要来源中，分担率最高的为硝酸铵，占比为37.90%，其次为机动车尾气，占比为10.8%，硫酸铵占比为9.10%，城市扬尘占比为8.4%。冬季PM的主要来源中，分担率最高的为硝酸铵，占比为34.5%，其次为二次有机碳，占比15.1%，城市扬尘占比为11.8%，机动车尾气占比为11.2%。

农科所点位夏季PM的主要来源中，分担率最高的为硫酸铵，占比为28.49%，其次为机动车尾气，占比为22.64%，硝酸铵占比为8.28%。秋季PM的主要来源中，分担率最高的为硝酸铵，占比为36.55%，其次为城市扬尘，占比为13.3%，建筑尘占比为11.17%。冬季PM的主要来源中，分担率最高的为硝酸铵，占比为43.8%，其次为机动车尾气，占比为15.12%，硫酸铵占比为7.74%。

5 主要结论、控制对策和建议

5.1 槐荫区大气颗粒物组分特征及污染特征

CMB源解析结果可知机床二厂点位夏季PM的主要来源是硫酸铵、机动车尾气和城市扬尘，秋季PM的主要来源为硝铵、机动车尾气和硫酸铵，冬季PM的主要来源为硝酸铵、二次有机碳、城市扬尘和机动车尾气；农科所点位夏季PM的主要来源为硫酸铵、机动车尾气和硝酸铵，秋季PM的主要来源为硝酸铵、城市扬尘建筑尘，冬季PM的主要来源为硝酸铵、机动车尾气和硫酸铵。

5.2 控制对策

（1）加强点位周边老旧小区散煤燃烧管控，持续推进清洁取暖“双替代”工作，降低煤炭消费比重，清洁取暖实施难度大的条件下，多部门协同实施清洁煤和环保型炉具替代工作。

（2）加强区域内绿园、匡山、腊山等热源厂烟气中二氧化硫、氮氧化物以及直排硫酸盐、氯离子、脱硝氨逃逸的管控，加强企业脱硫脱硝治理设施的运行监管。

（3）扩大点位周边施工扬尘管控的范围和力度，学习先进地市管理经验，推广实施高围挡、封闭式、装配化施工作业标准，减少渣土开挖和清运量，从源头减少扬尘污染排放强度。

（4）强化区域内道路扬尘防治，对人、车流量大的路段划定为道路扬尘优先管控道路；严格重点路段夜间渣土运输作业要求，建立渣土运输全时段全流程管理体系；加大秋冬季扬尘污染防治力度，在非冰冻期时段，优先管理的重点路段增加夜间喷雾降尘作业，实行全天循环洒水作业，大幅度减少道路扬尘。

（5）对点位周边餐饮企业油烟净化设施进行合格性检验，排查是否持证经营、是否安装油烟净化器、是否正常运行、表面洁净情况、油烟排放管道规范及外部洁净情况，排气筒高度是否符合要求、油烟是否达标排放，定时检查油烟净化效果。