范寧云，汪文琦，張會(huì)妮，張　楠，于　倩（甘肅省分析測試中心，甘肅　蘭州　730000）

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蘭州供暖期大氣顆粒物含量分析與研究*

范寧云，汪文琦，張會(huì)妮，張楠，于倩
（甘肅省分析測試中心，甘肅蘭州730000）

摘要：通過合理布置采樣點(diǎn)，對蘭州市2013年和2014年供暖前、供暖期、供暖后大氣顆粒物PM10、PM2.5和SO2含量進(jìn)行分析，以便了解供暖期間產(chǎn)生的廢氣和煙塵對蘭州大氣的影響。結(jié)果表明在蘭州市2013—2014年的供暖期間，PM10、PM2.5和SO2的含量變動(dòng)情況較為明顯，PM10在供暖后含量最低，供暖期次之，供暖前含量最高。PM2.5在供暖中含量最低，供暖前次之，供暖后含量最高。SO2在供暖后含量最低，供暖前次之，供暖中含量最高?？梢?，顆粒物仍是蘭州市環(huán)境空氣質(zhì)量的晴雨表，SO2在供暖中仍有顯著超標(biāo)。上述結(jié)果為蘭州市大氣污染的監(jiān)測與治理及大氣污染預(yù)報(bào)提供了重要的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：PM10；PM2.5；SO2；環(huán)境污染

隨著環(huán)境問題的日益凸顯，國家對環(huán)保日趨重視，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化和完善，環(huán)境監(jiān)測監(jiān)督日趨常態(tài)化。十二五以來，甘肅省經(jīng)濟(jì)得到迅速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)以節(jié)能降耗、循環(huán)利用為主，堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展路線，然而，由于甘肅資源能源多以礦產(chǎn)為主，導(dǎo)致甘肅省環(huán)境空氣質(zhì)量多年均未達(dá)優(yōu)?？諝庵兄饕廴疚镔|(zhì)，如TSP、PM10、PM2.5、SO2等，均對環(huán)境和人體有較大的影響，舉例來說，已有的研究表明，PM10是造成人體呼吸系統(tǒng)、心血管的損害的誘因之一［1］；PM10和PM2.5通過呼吸吸入途徑產(chǎn)生致癌風(fēng)險(xiǎn)［2］；SO2作為一種常規(guī)污染物，可以增加兒童感冒時(shí)咳嗽、不感冒時(shí)咳嗽、感冒時(shí)咯痰、不感冒時(shí)咯痰、鼻炎、支氣管炎、肺炎、哮喘等8種呼吸系統(tǒng)疾病和癥狀的發(fā)病危險(xiǎn)性［3］，腐蝕建筑物等；PM2.5能大大降低環(huán)境能見度，造成交通不變等多方面問題，是霧霾的主要成因［4］。各國政府意識到保護(hù)大氣的重要性，分別制定了相關(guān)的法律和標(biāo)準(zhǔn)。在我國，環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-2012）規(guī)定了SO2、PM10、TSP、PM2.5等主要污染物的限量，已有學(xué)者對部分區(qū)域大氣污染物的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。如邢閃［5］等人研究了山東煙臺市大氣主要污染物（SO2、NO2、PM10、TSP）的變化規(guī)律，結(jié)果表明，煙臺市SO2濃度呈現(xiàn)波動(dòng)降低的趨勢。祝合勇等［6］依據(jù)檢測數(shù)據(jù)對蘭州市城區(qū)大氣污染現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，表明近8年來NO2濃度均超過GB3095-1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》2級標(biāo)準(zhǔn)。我國對大氣顆粒物的研究所大多數(shù)集中在TSP和PM10上，然而，與TSP和PM10相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。近幾年陰霾和灰霾天氣的天數(shù)的增多，引起了我國學(xué)者對PM2.5越來越多的關(guān)注，同時(shí)，國家環(huán)保部預(yù)將PM2.5納入環(huán)境空氣監(jiān)測的范疇。

蘭州市位于狹長的河谷地帶，是我國西北地區(qū)較為重要的工業(yè)基地，長期以來由于石油化工冶金等工業(yè)生產(chǎn)和煤炭燃燒以及不易擴(kuò)散的地理位置，導(dǎo)致蘭州市的空氣污染嚴(yán)重，尤其在冬季供暖期間，受煤炭燃燒供暖和大陸季風(fēng)的影響，使得蘭州的空氣質(zhì)量進(jìn)一步惡化。2011年12月12日至14日蘭州市出現(xiàn)了灰霾天氣，能見度不到2000m，這與大氣中的PM2.5有密切的關(guān)系，這更加引起我們對蘭州供暖期間的空氣質(zhì)量的關(guān)注。未見文獻(xiàn)對蘭州市供暖期前中后三期的大氣污染物進(jìn)行系統(tǒng)的研究和比較，對蘭州冬季供暖期間二氧化硫變動(dòng)情況的研究也鮮見報(bào)道。

1　數(shù)據(jù)來源和方法

設(shè)計(jì)蘭州市內(nèi)采樣點(diǎn)3個(gè)，城關(guān)區(qū)采樣點(diǎn)2個(gè)（分別位于東方紅廣場和甘肅省分析測試中心院內(nèi)）；安寧區(qū)采樣點(diǎn)1個(gè)（安寧區(qū)費(fèi)家營附近）。由于蘭州市的供暖期為每年11月份至次年3月份，本項(xiàng)目供暖前、供暖期和供暖后三階段采樣時(shí)間分別為2013年9月份、2014年2月份和2013年4月份，每個(gè)階段采樣時(shí)間為7d，每天的采樣時(shí)間不少于12h。PM10和PM2.5測定方法采用《HJ618-2011環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》，SO2測定方法采用《HJ482-2009環(huán)境空氣二氧化硫的測定甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》。

2　結(jié)果

2.1大氣顆粒物分布與變化觀測結(jié)果

圖1為PM10在蘭州市供暖前、供暖中和供暖后大氣中含量變動(dòng)情況示意圖。圖1（a）表明供暖前大氣中PM10主要在0.1～0.5之間變動(dòng)，更為集中的分布在0.1～0.3之間，在2013年9月16日1號點(diǎn)位上采集到1.099的個(gè)別高值數(shù)據(jù)。圖1（b）表明，供暖中大氣中PM10主要在0.1～0.25之間變動(dòng)，更為集中的分布在0.15～0.2之間，在2014年2月21日3號點(diǎn)位上采集到0.018的個(gè)別低值數(shù)據(jù)。圖1（c）表明供暖后大氣中PM10主要在0.05～0.25之間變動(dòng)，更為集中的分布在0.05～0.15之間，在2014年4月16 日3號點(diǎn)位上采集到0.480的個(gè)別高值數(shù)據(jù)。

圖1　蘭州市供暖前、供暖中和供暖后PM10變動(dòng)情況

由圖1可知，在蘭州市2013-2014年的供暖期間，PM10的含量變動(dòng)情況較為明顯，供暖后含量最低，供暖期次之，供暖前含量最高。這個(gè)結(jié)果與汪永英等［7］的研究結(jié)果是一致的。

圖2為PM2.5在蘭州市供暖前、供暖中和供暖后大氣中含量變動(dòng)情況示意圖。圖2（a）表明，供暖前大氣中PM2.5主要在0.02～0.22之間變動(dòng)，更為集中地分布在0.04～0.15之間，在2013年9月23日2號點(diǎn)位和9月24日1號點(diǎn)位上分別采集到到0.670和0.580的個(gè)別高值數(shù)據(jù)。圖2（b）表明供暖中大氣中PM2.5主要在0.02～0.11之間變動(dòng)，更為集中的分布在0.04～0.08之間。圖2（c）表明供暖后大氣中PM2.5主要在0.04～0.35之間變動(dòng)，在2014 年4月24日3號點(diǎn)位上采集到0.777的個(gè)別高值數(shù)據(jù)。

圖2　蘭州市供暖前、供暖中和供暖后PM2.5變動(dòng)情況

由圖2可知，在蘭州市2013年至2014年的供暖期間，PM2.5的含量變動(dòng)情況較為明顯，供暖中含量最低，供暖前次之，供暖后含量最高。

2.2大氣污染物中SO2含量觀測結(jié)果

圖3為SO2在蘭州市供暖前、供暖中和供暖后大氣中含量變動(dòng)情況示意圖。圖3（a）表明，供暖前大氣中SO2主要在0.005～0.035之間變動(dòng)，更為集中地分布在0.008～0.018之間，在2013年9月12 日1號點(diǎn)位上采集到0.056的個(gè)別高值數(shù)據(jù)。圖3 （b）表明，供暖中大氣中SO2主要在0.15～0.45之間變動(dòng)，更為集中的分布在0.15～0.25之間，而在0.38～0.45的分布區(qū)間出現(xiàn)的6個(gè)高值點(diǎn)位，其中5個(gè)值均在1號點(diǎn)位采集，一個(gè)在2號點(diǎn)位采集。圖3（c）表明，供暖后大氣中SO2主要在0.001～0.01之間變動(dòng)，在2014年4月23日1號點(diǎn)位、4月26號1號點(diǎn)位和4月27日2號點(diǎn)位上分別采集到的0.032、0.041、0.021的個(gè)別高值數(shù)據(jù)。

圖3　蘭州市供暖前、供暖中和供暖后SO2變動(dòng)情況

由圖3可知，在蘭州市2013-2014年的供暖期間，SO2的含量變動(dòng)情況較為明顯，供暖后含量最低，供暖前次之，供暖中含量最高。這個(gè)結(jié)果與翟廣宇等［8］的研究結(jié)論是一致的。

3　討論

由于蘭州市地處狹長的河谷地帶，特殊的地理位置和季節(jié)風(fēng)向?qū)е绿m州在空氣質(zhì)量防控中處于被動(dòng)地位。從本文研究數(shù)據(jù)來看，2013-2014年蘭州市供暖期間，空氣質(zhì)量得到了部分的改善。PM10和PM2.5的含量變動(dòng)情況雖然較為明顯，但是區(qū)間范圍的變動(dòng)值（PM10為0.05～0.3mg/m3、PM2.5為0.02～0.35mg/m3）為與現(xiàn)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）二類區(qū)二級濃度限制日均值（PM10為0.15mg/m3、PM2.5為0.075mg/m3）相比，供暖前、供暖中和供暖后，部分天數(shù)的采樣點(diǎn)位上測量PM10和PM2.5均有超標(biāo)的情況出現(xiàn)，這個(gè)結(jié)果與翟廣宇等［8］的研究結(jié)論類似，且本研究檢測值低于翟廣宇等人的檢測值。SO2的變動(dòng)范圍為0.001～0.45mg/m3，現(xiàn)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）二類區(qū)二級濃度限制日均值為0.15mg/m3，然而，即使出現(xiàn)若干個(gè)較高的檢測值，SO2在供暖前和供暖后仍未超標(biāo)，而供暖中，SO2檢測值均顯著超標(biāo)，部分點(diǎn)位檢測結(jié)果是國標(biāo)的3倍之多，這與葉輝等［9］在貴陽市供暖期間的研究結(jié)果一致，他們研究發(fā)現(xiàn)貴陽市SO2污染濃度隨時(shí)間變化呈現(xiàn)明顯的規(guī)律，采暖期SO2濃度為非采暖期的2.2倍。

PM10和PM2.5的檢測結(jié)果表明，2013-2014年蘭州市供暖期間，PM10和PM2.5的沉降速率是完全不同的，其原因可能與季風(fēng)風(fēng)向、污染源排放與分布等有關(guān)，這可能導(dǎo)致在研究期間空氣中PM10與PM2.5的含量表征不同步，即空氣中PM10含量高時(shí)，PM2.5不一定含量高，反之亦同。而翟廣宇等［8］的研究結(jié)果表明，PM2.5與PM10質(zhì)量濃度比值均在0.4與0.5之間，呈一定的線性關(guān)系，這與此項(xiàng)研究檢測值不一致，可能是本課題下一步的切入點(diǎn)和研究重點(diǎn)。SO2檢測結(jié)果表明，2013-2014年供暖期間，有可能燒煤取暖可能仍舊占據(jù)較大的比重，當(dāng)然，也可能是由于采樣點(diǎn)周邊部分工業(yè)企業(yè)冬季作業(yè)排污所造成的。

在顆粒物檢測中，部分點(diǎn)位出現(xiàn)個(gè)別離群值的情況，因?yàn)榄h(huán)境檢測中顆粒物檢測要求是在高點(diǎn)室外進(jìn)行，且受天氣狀況影響較大，所以認(rèn)為，離群值的出現(xiàn)是合理的，雖然不能表征該區(qū)域顆粒物總體特征，但也可以表征采樣時(shí)該采樣點(diǎn)的局部性空氣質(zhì)量狀況。經(jīng)查資料和對照采樣記錄表，發(fā)現(xiàn)離群值采集當(dāng)天，蘭州均有輕微沙塵暴天氣出現(xiàn)，這與采樣值是對應(yīng)的。該結(jié)果也可以作為馬麗梅等［10］研究結(jié)果的佐證，他們認(rèn)為不同區(qū)域的PM10的交互影響存在著“負(fù)效應(yīng)”，這種“負(fù)效應(yīng)”具有短期性，與“溢出效應(yīng)”可能存在聯(lián)系。

值得一提的是，本次研究采樣時(shí)間為早上7點(diǎn)到晚上7點(diǎn)，12h的采樣時(shí)間均為白天，所以，此次檢測數(shù)據(jù)只能表征蘭州市白天的空氣狀況，由于夜間車少人稀，工業(yè)企業(yè)很少生產(chǎn)，顆粒物檢測值含量較高也在情理之中。

4　結(jié)論

蘭州市供暖期間，空氣中顆粒物的含量仍有部分超標(biāo)的情況出現(xiàn)，供暖中SO2含量顯著超標(biāo)，改變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，逐步取代燃煤供暖，采用天然氣供暖或許是減少SO2含量的有效方式。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號：X831

*基金項(xiàng)目：甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：1208RJZA128）。