任毅斌，靳 偉，康蘇花，楊麗杰，趙 鑫，高康寧

(石家莊市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河北石家莊 050022)

石家莊市冬季大氣中TSP，PM10，PM2.5污染水平研究

任毅斌，靳 偉，康蘇花，楊麗杰，趙 鑫，高康寧

(石家莊市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河北石家莊 050022)

為研究石家莊市冬季大氣顆粒物污染特征，于2013年2月采集TSP，PM10，PM2.5樣品，用重量法分析其質(zhì)量濃度，并對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，用環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3095-2012)來衡量，石家莊市冬季大氣顆粒物TSP，PM10和PM2.5的日均濃度超標(biāo)率分別為57.9%，82.9%和81.6%；超標(biāo)倍數(shù)分別為1.28，1.86和2.24倍，超標(biāo)情況嚴(yán)重；TSP與PM10和PM10與PM2.5相關(guān)系數(shù)分別為0.748 9和0.760 4，相關(guān)性較好；ρ(PM10)/ρ(TSP)平均值為0.74，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)平均值為0.61，表明PM10和PM2.5污染嚴(yán)重。

顆粒物；TSP；PM10；PM2.5

顆粒物是大氣環(huán)境中組成復(fù)雜、危害較大的污染物之一，顆粒物超標(biāo)也是目前中國大氣污染的主要問題之一[1-3]。可吸入顆粒物粒徑小，比表面積大，容易富集有毒物質(zhì)，危害人體健康[4-6]。近年來中國針對(duì)可吸入顆粒物的研究工作已經(jīng)很多，這些結(jié)果顯示，中國顆粒物污染，尤其是細(xì)顆粒物污染有相對(duì)加劇的趨勢(shì)[7-11]。

石家莊市作為省會(huì)城市，同時(shí)又處于國家劃定的京津冀重點(diǎn)大氣污染防治區(qū)域，已被國家列入率先實(shí)施新的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的城市。2013年以來，石家莊市連續(xù)出現(xiàn)25個(gè)灰霾天，其中1月4日-16日連續(xù)出現(xiàn)13個(gè)灰霾天，創(chuàng)下了2007年以來該市灰霾天持續(xù)的最長紀(jì)錄。受灰霾天氣影響，石家莊市1月份出現(xiàn)23天六級(jí)嚴(yán)重污染，其中14天的AQI指數(shù)出現(xiàn)“爆表”，達(dá)到最高值500。PM10，PM2.5，SO2，NO2，CO等5項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)出現(xiàn)超標(biāo)。其中，PM2.5，PM10的污染最重，均值分別為國家年均二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的9.6和7.8倍。大氣嚴(yán)重污染的態(tài)勢(shì)不僅影響了石家莊市的環(huán)境質(zhì)量，也直接危害著廣大人民群眾的身心健康。目前關(guān)于石家莊市大氣細(xì)顆粒物PM2.5污染的相關(guān)研究較少，本論文開展對(duì)石家莊市冬季大氣中TSP，PM10，PM2.5的污染水平研究，主要工作就是分析石家莊地區(qū)冬季PM2.5污染特征及影響因素，為改善石家莊市環(huán)境空氣質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 石家莊市區(qū)域概況

石家莊市是河北省省會(huì)城市，地處河北省中南部，位于北緯37°27′～38°47′,東經(jīng)113°30′～115°20′之間。石家莊市地處太行山東麓，地勢(shì)西高東低，地貌由西向東依次排列為中山、低山、丘陵、盆地、平原，西南方到西北方被山環(huán)抱(見圖1)，形成了石家莊市這種“避風(fēng)港”式的氣候特征，大風(fēng)次數(shù)明顯少于同緯度的其他地區(qū)，不利于污染物的稀釋擴(kuò)散。由于特殊的地理位置和自然環(huán)境以及特殊的工業(yè)結(jié)構(gòu)、燃料結(jié)構(gòu)等多種因素制約，石家莊市環(huán)境空氣質(zhì)量處于高污染水平，顆粒物污染嚴(yán)重。

圖1 石家莊市地理位置圖Fig.1 Geographic map of Shijiazhuang City

2 采樣和分析

本文采用天虹TH-150系列智能中流量總懸浮微粒采樣器對(duì)石家莊地區(qū)TSP，PM10，PM2.5質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)[12]。采樣共布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，分別為化工學(xué)校、西北水源、西南高教、高新區(qū)、監(jiān)測(cè)中心、職工醫(yī)院(見圖2)?；W(xué)校位于石家莊市工業(yè)區(qū)，周圍分布有石家莊東方熱電有限公司熱電三廠、石家莊鋼鐵有限責(zé)任公司、石家莊熱電廠、華北制藥有限公司；西北水源位于河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)，位于石家莊市上風(fēng)向，周圍無大型工業(yè)污染源，主要為學(xué)校；西南高教位于石家莊市區(qū)西南，周圍無大型工業(yè)污染源，主要為學(xué)校；高新區(qū)位于石家莊市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)信息工程學(xué)院內(nèi)，周邊主要為學(xué)院及生活區(qū)，分布有石家莊市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)熱電煤氣公司和石家莊維生藥業(yè)；監(jiān)測(cè)中心位于石家莊市裕華區(qū)，周邊主要為生活小區(qū)、商業(yè)及機(jī)關(guān)辦公區(qū)，周圍無工業(yè)污染源；職工醫(yī)院位于五十四所家屬區(qū)院內(nèi)，周邊無工業(yè)污染源，主要為生活小區(qū)及醫(yī)院。

每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)放置分別裝有TSP，PM10和PM2.5切割器的采樣器各兩臺(tái)，切割器水平距離為3 m，同步采集TSP，PM10和PM2.5樣品。采樣濾膜為直徑90 mm的有機(jī)濾膜，有效直徑為80 mm。采樣時(shí)間為2013-02-06到2013-02-19，其中TSP每天連續(xù)采樣24 h，PM10，PM2.5每天連續(xù)采樣不少于20 h。雨雪天不采樣。

共采集228個(gè)樣品，樣品在4 ℃下避光密封保存，重量法計(jì)算TSP，PM10和PM2.5濃度[13]。

圖2 采樣點(diǎn)位示意圖Fig.2 Sampling points diagram

3 結(jié)果與討論

3.1TSP，PM10和PM2.5的濃度水平

石家莊市冬季大氣中6個(gè)點(diǎn)位的TSP，PM10和PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。其中TSP的日均質(zhì)量濃度為91.2～1 133.7 μg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.190 9；PM10的日均質(zhì)量濃度為44.7～865.4 μg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.152 5；PM2.5的日均質(zhì)量濃度為6.3～474.6 μg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.105 9?？梢钥闯鍪仪f市冬季大氣顆粒物污染嚴(yán)重。

3.2TSP,PM10和PM2.5的超標(biāo)情況

表1 石家莊市不同點(diǎn)位TSP，PM10和PM2.5的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

用新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3095—2012)[14]來衡量TSP，PM10和PM2.5的污染水平日均質(zhì)量濃度超標(biāo)率、超標(biāo)倍數(shù)和超標(biāo)倍數(shù)均值(見表2)。可以看出，TSP，PM10和PM2.5的日均濃度超標(biāo)率分別為57.9%，82.9%和81.6%，TSP日均濃度超標(biāo)倍數(shù)在1.05～3.78之間，平均超標(biāo)倍數(shù)為1.28；PM10日均濃度超標(biāo)倍數(shù)在1.03～5.77之間，平均超標(biāo)倍數(shù)為1.86；PM2.5日均濃度超標(biāo)倍數(shù)在1.02～6.33之間，平均超標(biāo)倍數(shù)為2.24。根據(jù)新的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)和限值的調(diào)整，反映出顆粒物污染是影響石家莊市環(huán)境空氣質(zhì)量的嚴(yán)重問題，PM10和PM2.5的污染程度嚴(yán)重。

表2 石家莊市TSP，PM10和PM2.5的超標(biāo)情況

3.3TSP，PM10和PM2.5的相關(guān)性分析

將TSP與PM10的濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，見圖3。TSP與PM10的回歸方程為y=0.937 1x+0.120 5，相關(guān)系數(shù)為0.748 9；PM10與PM2.5的濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，見圖4。

圖3 TSP和PM10質(zhì)量濃度關(guān)系Fig.3 Correlation of TSP and PM10

圖4 PM10和PM2.5質(zhì)量濃度關(guān)系Fig.4 Correlation of PM10 and PM2.5

PM10與PM2.5的回歸方程為y=1.095 7x+0.095 3，相關(guān)系數(shù)為0.760 4?？梢钥闯霏h(huán)境空氣中TSP，PM10，PM2.5具有較好的相關(guān)性，說明其變化規(guī)律有一定的相似性，有可能遵循相同的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。

3.4ρ(PM10)/ρ(TSP)值，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值特征分析

ρ(PM10)/ρ(TSP)值和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值分別可以反映出TSP中PM10和PM10中PM2.5的含量，其分析結(jié)果見表3?？梢钥闯觯琍M10約占TSP的74%，PM2.5約占PM10的61%。而世界衛(wèi)生組織認(rèn)為[15]，一般情況下在發(fā)展中國家PM2.5占PM10的50%，即說明該地區(qū)PM2.5污染較嚴(yán)重，說明石家莊冬季細(xì)顆粒物污染嚴(yán)重。

圖5給出了TSP，PM10質(zhì)量濃度及ρ(PM10)/ρ(TSP)值的變化趨勢(shì)，圖6給出了PM10，PM2.5質(zhì)量濃度及ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值的變化趨勢(shì)。由圖可以看出，當(dāng)PM10和PM2.5的質(zhì)量濃度較低時(shí)，ρ(PM10)/ρ(TSP)值和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值較大；當(dāng)PM10和PM2.5的質(zhì)量濃度較高時(shí)，ρ(PM10)/ρ(TSP)值和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值相對(duì)較小。說明石家莊雖然細(xì)顆粒物污染嚴(yán)重，但粗粒子的污染也不容忽視。原因可能是冬季采暖燃煤量大，產(chǎn)生的粗粒子相對(duì)較多，且氣候條件不利于污染物擴(kuò)散，煤煙型污染特征明顯。

表3 石家莊市不同點(diǎn)位ρ(PM10)/ρ(TSP)值，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值的分析

圖5 TSP，PM10質(zhì)量濃度及PM10/TSP值變化趨勢(shì)Fig.5 Trends of TSP, PM10 concentrations and PM10/TSP value

圖6 PM10，PM2.5質(zhì)量濃度及ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值變化趨勢(shì)Fig.6 Trends of PM10, PM2.5 concentrations and PM2.5/PM10 value

4 結(jié) 論

本文選擇石家莊市來研究冬季環(huán)境空氣中TSP，PM10，PM2.5的相關(guān)性，通過采樣、分析和計(jì)算得到如下結(jié)論。

1)石家莊市冬季大氣中TSP，PM10，PM2.5的平均質(zhì)量濃度范圍分別為91.2～1 133.7 μg/m3，44.7～865.4 μg/m3和6.3～474.6 μg/m3；用新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3095—2012)來衡量，TSP，PM10和PM2.5的日均濃度超標(biāo)率分別為57.9%，82.9%和81.6%；超標(biāo)倍數(shù)分別為1.28，1.86和2.24倍。

2)石家莊市冬季大氣中TSP與PM10的回歸方程為y=0.937 1x+0.120 5，相關(guān)系數(shù)為0.748 9；PM10與PM2.5的回歸方程為y=1.095 7x+0.095 3，相關(guān)系數(shù)為0.760 4。

3)石家莊市冬季大氣中PM10約占TSP的74%，PM2.5約占PM10的61%。當(dāng)PM10和PM2.5的濃度較低時(shí)，ρ(PM10)/ρ(TSP)值和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值較大；當(dāng)PM10和PM2.5的濃度較高時(shí)，ρ(PM10)/ρ(TSP)值和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)值相對(duì)較小。

綜上所述，石家莊市環(huán)境空氣中TSP，PM10，PM2.5具有相關(guān)性，通過對(duì)其監(jiān)測(cè)結(jié)果分析可以為環(huán)境管理提供定量化的科學(xué)依據(jù)，為區(qū)域環(huán)境空氣污染防治提供一定的參考。

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Research of TSP, PM10and PM2.5pollution level in Shijiazhuang winter atmosphere

REN Yibin, JIN Wei, KANG Suhua, YANG Lijie， ZHAO Xin, GAO Kangning

(Shijiazhuang Environmental Monitoring Center, Shijiazhuang Hebei 050022, China)

To study winter atmospheric particulate matter pollution characteristics of Shijiazhuang City, TSP, PM10and PM2.5samples were collected in February 2013. Its mass concentration was analyzed by weight method, and its relevance was analyzed. Results show that using the ambient air quality standard (GB 3095-2012) as reference, Shijiazhuang winter atmospheric particulates pollution is serious, and TSP, PM10and PM2.5daily average concentration are 57.9%, 82.9% and 81.6%, respectively, and excessive multiples are 1.28, 1.86, and 2.24 times, respectively. The correlation coefficient between TSP and PM10and the correlation coefficient between PM2.5and PM10are 0.748 9 and 0.760 4, respectively, showing the correlation is good; the PM10/TSP average is 0.74 and the PM2.5/PM10average is 0.61，which shows that atmospheric particulate matter PM10and PM2.5pollution are serious in winter in Shijiazhuang City.

particulate matter; TSP; PM10; PM2.5

1008-1534(2014)06-0537-05

2014-05-05;

2014-07-05；責(zé)任編輯：馮 民

河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(13273702D)

任毅斌(1976-)，男，河北高邑人，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的工作。

E-mail:13582049933@126.com

X502

A

10.7535/hbgykj.2014yx06015

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