韓力慧,張 鵬,張海亮,程水源,王海燕 (北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院,北京 100124)

北京市大氣細(xì)顆粒物污染與來源解析研究

韓力慧*,張 鵬,張海亮,程水源,王海燕 (北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院,北京 100124)

采集北京市2014年冬、春、夏、秋4個(gè)季節(jié)代表月1、4、7、10月的大氣細(xì)顆粒物P M2.5樣品,分析研究了PM2.5質(zhì)量濃度、化學(xué)特征、季節(jié)變化和污染成因.同時(shí),采用正交矩陣因子分析法(PMF)對(duì) PM2.5進(jìn)行了來源解析.結(jié)果表明,北京市 2014年 PM2.5年均濃度為87.74μg/m3,是國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)年均濃度限值的2.5倍.輕、重污染期間,PM2.5濃度較常日分別增加了1.5和3.9倍,其季節(jié)變化表現(xiàn)為冬季＞夏季＞秋季＞春季.地殼元素Mg、Al、Fe、Ca、Ti在輕度污染和重度污染期間較常日略有升高,分別是常日濃度的1.1～1.2倍和1.2～1.5倍.污染元素S、Pb、Zn、Cu濃度變化顯著,輕度污染和重度污染期間分別是常日濃度的1.3～2.7倍和1.9～5.9倍.S元素是PM2.5中受人為活動(dòng)影響較為嚴(yán)重的組分,其相應(yīng)的SO42-年均濃度為13.43μg/m3,在輕度污染和重度污染期間分別是常日濃度的2.7和5.9倍.硫酸鹽的形成主要受O3濃度、溫度、相對(duì)濕度等氣象要素的協(xié)同影響,較高的O3濃度、較高溫度和相對(duì)濕度有利于硫酸鹽的生成.PM2.5主要來源于機(jī)動(dòng)車排放、燃煤、地面揚(yáng)塵和工業(yè)排放,其貢獻(xiàn)率分別為37.6%、30.7%、16.6%和15.1%.

PM2.5；污染特征；影響因素；來源解析

據(jù)北京市環(huán)境監(jiān)測中心數(shù)據(jù)顯示,2013年北京市一級(jí)和二級(jí)天氣共176d,占48.2%;重污染和嚴(yán)重污染天氣共58d,占15.9%.2014年P(guān)M2.5一級(jí)優(yōu)的天數(shù)比2013年增加了22d,而重污染天氣減少了13d,空氣質(zhì)量略有所改善.但以灰霾為特征

的污染天氣對(duì)大氣環(huán)境和人類健康造成的嚴(yán)重影響已不容忽視,成為當(dāng)今大氣污染亟待解決的關(guān)鍵問題.為此,許多學(xué)者做了相關(guān)的研究.有研究報(bào)道,北京市2009～2013年P(guān)M2.5年均污染水平在100μg/m3左右,風(fēng)速、相對(duì)濕度對(duì)細(xì)粒子的污染程度有著較顯著的影響,風(fēng)速低,相對(duì)濕度高時(shí),會(huì)導(dǎo)致PM2.5的積累[1].在對(duì)2004年11月30日～12月4日持續(xù)灰霾期間大氣細(xì)顆粒物中無機(jī)元素濃度分析發(fā)現(xiàn),礦物元素Ca、Fe、Al、Ti、Mg濃度在灰霾期間是非灰霾期間的2～3倍,污染元素S、Zn、Pb、Cu濃度在灰霾期間是非灰霾的4～10倍,灰霾天積累了高濃度的污染物,尤其是顆粒物中的污染元素[2,3].在2010-2011年冬春灰霾和沙塵期間北京 PM2.5的質(zhì)量濃度明顯升高,且灰霾時(shí)期的人為污染元素、水溶性離子及二次有機(jī)碳均高于沙塵天氣和非污染天氣.PM2.5主要來自燃煤和工業(yè)過程、二次轉(zhuǎn)化、地面揚(yáng)塵、機(jī)動(dòng)車尾氣排放等[4].

隨著清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃的落實(shí)與推行,2013年全市累計(jì)有6595蒸t燃煤鍋爐改造使用清潔能源,退出 392家污染企業(yè),淘汰老舊機(jī)動(dòng)車 47.6萬輛,啟動(dòng) 116項(xiàng)環(huán)保技改項(xiàng)目.2014年北京市空氣質(zhì)量有所改善,PM2.5等4項(xiàng)主要污染物濃度同比平均下降 3.3%,但主要大氣污染物 PM2.5濃度仍高于環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的二級(jí)濃度限定值,大氣污染復(fù)合型特征日益突出,污染物來源發(fā)生了變化.因此,深入研究北京市2014年細(xì)粒子的理化特性、成因及來源,對(duì)于進(jìn)一步研究區(qū)域復(fù)合型污染具有重要的指導(dǎo)意義,該研究將為北京市PM2.5控制措施的制定提供科學(xué)理論依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集

采樣點(diǎn)位于北二環(huán)和北三環(huán)之間,北京師范大學(xué)科技樓頂,距離地面高度約35m,為交通和居民混合區(qū).采樣時(shí)間為2014年1、4、7、10月份分別代表冬、春、夏、秋4個(gè)季節(jié),因APEC會(huì)議于11月5～11日在京召開而增加了11月份,并將11月1～14日劃入秋季,11月15～28日劃入冬季.采用武漢天虹儀表有限責(zé)任公司生產(chǎn)的150DⅡ型中流量(100L/min)大氣顆粒物采樣儀,采用英國Whatman公司生產(chǎn)的直徑為90mm的Whatman41纖維素濾膜,每天連續(xù) 23h50min(早晨8：00至次日早晨7：50)采集 PM2.5樣品.所有采樣濾膜在采集前后均放置在恒溫恒濕室(溫度為(20±2)℃,濕度為(40±5)%)恒溫恒濕 48h,并采用十萬分之一天平(型號(hào)DENVER-TB-215D)進(jìn)行稱量,之后放入冰箱保存.

1.2 化學(xué)分析

采用聚乙烯塑料剪刀剪1/4空白膜和采樣膜,稱重后放入聚四氟乙烯消解罐內(nèi),分別加入3mL濃硝酸、1mL濃高氯酸和1mL濃氫氟酸,將消解罐放入微波消解儀中消解1.5h后,用高純水清洗消解蓋于消解罐內(nèi),并將消解罐置于趕酸儀中進(jìn)行趕酸處理,趕酸至消解罐內(nèi)剩最后一滴后,向消解罐內(nèi)加入1mL濃硝酸轉(zhuǎn)入10mL試管中定容,待測.

采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 ICP-MS分析上述溶液中24種元素組分,即Na、Mg、Al、S、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Cd、Sb、Ce、Eu、Pb.該方法是目前大氣顆粒物中元素組分分析應(yīng)用最廣泛的方法之一[5,6].

1.3 氣象和氣態(tài)污染物數(shù)據(jù)收集

采樣期間在環(huán)境保護(hù)部數(shù)據(jù)中心(http：//datacenter.mep.gov.cn/)和中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺(tái)(http：//www.aqistudy.cn/)實(shí)時(shí)采集氣象要素和氣態(tài)污染物濃度數(shù)據(jù),主要包括溫度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)、大氣壓、能見度、風(fēng)速、O3和SO2濃度、空氣質(zhì)量指數(shù)等.

2 結(jié)果與討論

2.1 大氣污染特征

依據(jù)國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[7],本研究將空氣質(zhì)量指數(shù)為0～100的稱為常日天氣,將空氣質(zhì)量指數(shù)101～200的稱為輕度污染天氣,將空氣質(zhì)量指數(shù)≥201的稱為重度污染天氣.2014年全年共采集92d有效樣品,其中常日天氣 40d,占總采樣日44%;輕度污染和重度污染天氣各為36d和 16d,

分別占39%和17%.在春、夏、秋、冬4季代表月中常日天氣分別為8、8、15、9d,輕度污染天氣分別為10、9、3、14d,重度污染天氣分別為3、4、3、6d,說明污染天氣在4季均有發(fā)生,且輕污染多發(fā)生在春季、夏季和冬季,重污染主要集中在冬季,這與氣象要素和氣態(tài)污染物濃度有很大關(guān)系.采樣期間氣象要素和氣態(tài)污染物濃度變化情況如表1所示.

表1 采樣期間氣象數(shù)據(jù)和氣態(tài)污染物數(shù)據(jù)Table 1 Meteorological data and concentrations of gaseous pollutants in Beijing during the sampling period

由表1可見,污染時(shí)段較常日相對(duì)濕度、露點(diǎn)、O3濃度、SO2濃度和空氣質(zhì)量指數(shù)AQI較高,而能見度和風(fēng)速較低,說明這些因素是形成污染天氣的重要要素.

2.2 PM2.5質(zhì)量濃度變化特征

監(jiān)測期間PM2.5年均濃度為87.74μg/m3,是國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)年均濃度限定值(35μg/m3)的2.5倍.日均濃度最大和最小值分別為 313.04μg/ m3(2014年11月20日)和7.14μg/m3(2014年4月20日),污染期間最大日均濃度是國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)日均濃度限定值(75μg/m3)的 4.2倍.常日、輕度污染和重度污染期間PM2.5平均濃度分別為38.58、97.22和190.38μg/m3,輕度污染和重度污染期間細(xì)粒子平均濃度較常日分別提高了1.5和3.9倍.春、夏、秋、冬4季中,PM2.5平均濃度分別為 64.83、81.00、67.95、123.54μg/m3,呈現(xiàn)出冬季＞夏季＞秋季＞春季的特點(diǎn).這可能與冬季采暖期增加了污染物的排放,夏季強(qiáng)烈的紫外線照射、高溫、高濕、高氧化性增加了二次污染物的形成;而春季沒有往年的沙塵天氣,秋季APEC會(huì)議前和期間北京及周邊地區(qū)采取臨時(shí)減排措施減少了污染物的排放有很大關(guān)系.

2.3 PM2.5化學(xué)組分變化特征

富集因子法(EF)是用來反映大氣顆粒物中各元素富集程度,判斷顆粒物來自天然源和人為污染源的有效方法[8].富集因子計(jì)算公式如下：

式中：(Ci/Cn)氣溶膠為氣溶膠中待測元素與參比元素濃度之比;(Ci/Cn)地殼為地殼中待測元素與參比元素濃度之比.

參比元素主要有 Al、Fe、Ti、Sc、Si,其中在地殼中化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定、分析精度較高、使用最普遍的參比元素為 Al[9].因此,選取 Al作為參比元素,依據(jù)中國地殼元素豐度[10]計(jì)算 PM2.5中元素的EF值.其中Sc、Co、Se、Sr、Mo、Ce、Eu等10種元素濃度非常低,其EF值接近于0,幾乎無富集,對(duì)大氣環(huán)境影響甚微.而 Na、Mg、Al、Fe、Ca、S、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、Ti等14種元素濃度相對(duì)較高,EF值為 0.57～4385.95,對(duì)大氣環(huán)境影響較大,是細(xì)顆粒物中的主要元素,其富集因子變化如圖1所示.

圖1 北京市細(xì)粒子中主要元素富集因子Fig.1 Enrichment factors of main elements of PM2.5in Beijing

有研究[8]指出,若EF值小于等于5,則認(rèn)為該

元素相對(duì)于本底沒有出現(xiàn)富集,主要來自地殼源;若EF值大于5,則該元素出現(xiàn)了富集,認(rèn)為該元素主要來自人為源.由圖1可知,Ti、Al、Mg、Fe、Ca、V的 EF值低于 5,說明它們主要來自地殼源;Na、Mn、Ni、Cr、Cu、Zn、Pb、S的EF值大于5,且Zn、Pb、S三元素的EF值接近甚至大于 1000,說明它們受到人為活動(dòng)的強(qiáng)烈影響,主要來自人為源.

地殼元素和污染元素的季節(jié)變化如圖 2所示.地殼元素Ti、Al、Mg、Fe、Ca、V和污染元素Na、Mn、Cr、Cu、Zn、Pb的濃度均表現(xiàn)為冬、春季節(jié)濃度較高,夏、秋季節(jié)濃度較低的特點(diǎn),這與PM2.5的季節(jié)變化相近.

圖2 地殼元素和污染元素的季節(jié)變化Fig.2 The seasonal variations of crustal and pollution elements in PM2.5

常日與污染期間元素濃度變化如圖 3所示,地殼元素Mg、Al、Ca、Ti、Fe在輕度污染和重度污染期間平均濃度分別是常日濃度的 1.1～1.2倍和1.2～1.5倍,可見地殼元素在輕、重污染期間濃度較常日略有升高,這可能是由于常日風(fēng)速比污染期間大,地面揚(yáng)塵對(duì)其貢獻(xiàn)較大,而污染期間雖風(fēng)速較小,但累積效果顯著,從而造成污染期間地殼元素濃度與常日相近.而污染元素Zn、Cu、Pb、S濃度在輕度污染和重度污染時(shí)段分別是常日濃度的1.3～2.7倍和1.9～5.9倍,表現(xiàn)出明顯的變化特征,說明污染天氣積累了高濃度的污染物,尤其是顆粒物中的污染元素[2].

圖3 常日和污染期間主要元素濃度Fig.3 The concentrations of the major elements in PM2.5in normal days and light-heavy pollution days

2.4 影響二次硫酸鹽形成的重要因素

S元素是PM2.5中受人為活動(dòng)影響較為嚴(yán)重的組分,其相應(yīng)的 SO42-年均濃度為 13.43μg/m3,常日、輕度污染和重度污染期間濃度分別為5.33、14.62和31.25μg/m3,且輕、重度污染期間SO42-濃度分別是常日濃度的2.7和5.9倍,春、夏、秋、冬濃度分別為 21.02、24.68、2.12、7.36μg/m3,表現(xiàn)為夏、春季節(jié)濃度較高,冬、秋季節(jié)濃度較低的特征,這顯然與 SO42-的形成有很大關(guān)系.

SO42-的形成與其前體物 SO2、O3、溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等因素存在著較復(fù)雜的關(guān)系,其隨時(shí)間的變化趨勢如圖4和5所示.在夏季,SO2、O3平均濃度分別為6.6μg/m3和101.7μg/m3,平均氣溫為27℃,相對(duì)濕度為58%,且SO42-濃度隨O3濃度升高而升高,二者相關(guān)系數(shù)為0.57,表現(xiàn)出一

定的線性關(guān)系.雖然前體物SO2濃度不高,但由于夏季 O3濃度高,相對(duì)濕度大(RH=33%～78%),顆粒物表面存在一定水汽,SO2在大氣中可通過氣相氧化和液相氧化生成硫酸鹽[11].

圖4 SO42-—SO2—O3隨時(shí)間變化趨勢Fig.4 The temporal variations of SO42--SO2-O3

圖5 溫度—濕度—風(fēng)速隨時(shí)間變化趨勢Fig.5 The temporal variations of temperature-relative humidity-wind speed

SO2還可吸附在顆粒物表面,被吸附在顆粒物表面的 OH、HO2、O2、O3、H2O2等氧化,最后形成 SO42-.且水汽對(duì)硫酸鹽的生成具有協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)[12-13],使二次硫酸鹽的生成速率明顯增加.另一方面,SO2在顆粒物表面反應(yīng)速率也與溫度有關(guān),夏季溫度較高會(huì)使活化分子數(shù)增多,提高

化學(xué)反應(yīng)速率,硫酸鹽的生成量也呈現(xiàn)增加趨勢

[14],這些因素的協(xié)同作用使夏季硫酸鹽濃度較高.春季硫酸鹽濃度僅次于夏季,表現(xiàn)出與往年不同的特征,是因?yàn)?014年春季采樣期間共發(fā)生了10d輕度污染和3d重度污染事件,污染類型均為靜穩(wěn)型.污染期間 SO2和 O3的平均濃度分別為21.5和70.1μg/m3,平均相對(duì)濕度為46%,溫度17℃,益于SO2在顆粒物表面吸附并進(jìn)一步被O3氧化生成 SO42-,正是污染天氣的頻繁出現(xiàn)致使春季硫酸鹽濃度偏高.冬季輕、重污染分別發(fā)生了14和 6d,污染期間大氣平均相對(duì)濕度為 56%,且冬季采暖期大氣中 SO2濃度較高,為 42.3μg/m3,但由于 O3濃度較低,僅為 9.9μg/m3,溫度也較低,為1℃,不利于SO2向硫酸鹽的轉(zhuǎn)化,使得冬季硫酸鹽含量較低.秋季出現(xiàn)污染的天數(shù)最少,輕、重污染均發(fā)生了3d.這可能與此期間因召開APEC會(huì)議,北京市政府采取了一系列大氣防治措施,確保會(huì)議期間的空氣質(zhì)量有很大關(guān)系.在污染期間,盡管平均溫度為11℃,相對(duì)濕度達(dá)72%,益于硫酸鹽的形成,但O3濃度較低,僅為15.7μg/m3,前體物SO2濃度也較低,為10.3μg/m3,不利于硫酸鹽的形成,這些因素的綜合作用致使秋季硫酸鹽濃度較其它季節(jié)最低.

綜上所述,硫酸鹽的形成受溫度、相對(duì)濕度、O3濃度、前體物SO2濃度等要素的協(xié)同影響,其中較高的O3濃度、較高的溫度和相對(duì)濕度有利于SO2向硫酸鹽的轉(zhuǎn)化.

2.5 PM2.5來源解析

正交矩陣因子分析法(PMF)是解析污染物主要來源的重要方法之一.本文運(yùn)用PMF 3.0模型對(duì)無機(jī)元素組分進(jìn)行因子分析,共解析出4個(gè)因子,結(jié)果如圖6所示.

圖6 PM2.5的源解析特征Fig.6 The characteristics of source apportionment for PM2.5

因子1中Ni和Cr載荷貢獻(xiàn)較大,均在60%以上.工業(yè)過程會(huì)排放Ni、Cr等重金屬元素,Cr及其化合物在冶金、電鍍等工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用,這些行業(yè)是大氣環(huán)境中Cr的重要來源[15].也有報(bào)道 Cr是冶金化工塵的標(biāo)志性元素[16],說明該因子與工業(yè)排放有關(guān),相關(guān)貢獻(xiàn)為 15.1%.因子2的貢獻(xiàn)為30.7%,載荷較高的組分是S、As、Cd和Pb.其中S和As是燃煤的主要標(biāo)識(shí)物,雖然無鉛汽油的推廣使汽車尾氣排放已不再是 Pb元素的直接來源,但燃煤仍會(huì)釋放出一部分 Pb至環(huán)境中[18].因此,該因子與燃煤有關(guān).Cu和Zn是因子3中負(fù)載貢獻(xiàn)最大的金屬元素,均在65%以上.Cu和Zn主要來自機(jī)動(dòng)車尾氣,同時(shí)還分別來自機(jī)動(dòng)車剎車片和輪胎磨損[18-21].雖然金屬冶煉也是 Cu和 Zn的主要來源之一,但自從首鋼 2010年搬遷出北京后,金屬冶煉已不再是Cu和Zn的主要來源.所以,該因子與機(jī)動(dòng)車排放有關(guān),貢獻(xiàn)率為 37.6%,略高于北京市環(huán)保局公布的機(jī)動(dòng)車排放對(duì) PM2.5的貢獻(xiàn)(為31.1%),這可能與二者的內(nèi)涵略有不同有關(guān),因?yàn)楹笳咧饕侵副镜卦粗袡C(jī)動(dòng)車尾氣排放對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn).因子 4對(duì) PM2.5的貢獻(xiàn)為 16.6%,該因子中Na、Mg、Al、Ca、Ti等元素表現(xiàn)為高載荷,顯然與地面揚(yáng)塵有關(guān).

通過上述分析可知,北京市PM2.5主要來源于機(jī)動(dòng)車排放、燃煤、地面揚(yáng)塵和工業(yè)排放,相對(duì)貢獻(xiàn)分別為37.6%、30.7%、16.6%和15.1%.交通排放和燃煤是北京市PM2.5的主要貢獻(xiàn)源,這與近年來的源解析結(jié)果相近.北京市近年來機(jī)動(dòng)車對(duì) PM2.5的貢獻(xiàn)呈上升趨勢,2011年機(jī)動(dòng)車貢獻(xiàn)約為13.2%[4],2012～2013年機(jī)動(dòng)車排放對(duì) PM2.5的貢獻(xiàn)為 16%[22],2014年貢獻(xiàn)為37.6%.燃煤貢獻(xiàn)仍處于較高水平,基本保持在30%左右的水平[4,23];揚(yáng)塵對(duì)大氣顆粒物的貢獻(xiàn)呈下降趨勢,從 2011年 26.4%的貢獻(xiàn)率[4]下降至 16.6%.由于本研究的源解析是基于顆粒物中元素組分的來源解析,沒有考慮有機(jī)碳、元素碳以及二次硝酸鹽和銨鹽對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn),因此源解析結(jié)果可能會(huì)有所偏差,但不影響源變化的趨勢.

3 結(jié)論

3.1 2014年北京市PM2.5年均濃度為87.74μg/ m3,是國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)年均濃度限定值的 2.5倍.污染期間,最高污染日濃度是國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)日均濃度限定值的 4.2倍.輕、重污染期間, PM2.5濃度較常日分別增加了1.5和3.9倍,PM2.5濃度的季節(jié)變化表現(xiàn)為冬季＞夏季＞秋季＞春季.

3.2 地殼元素Mg、Al、Fe、Ca、Ti在輕度污染和重度污染期間較常日略有升高,分別是常日濃度的1.1～1.2倍和1.2～1.5倍.污染元素S、Pb、Zn、Cu濃度變化顯著,輕度污染和重度污染期間分別是常日濃度的1.3～2.7倍和1.9～5.9倍.

3.3 S元素是 PM2.5中受人為活動(dòng)影響較為嚴(yán)重的組分,其相應(yīng)的SO42-年均濃度為13.43μg/m3,在輕度污染和重度污染期間分別是常日濃度的2.7和5.9倍.其季節(jié)變化表現(xiàn)為夏、春季節(jié)濃度較高,冬、秋季節(jié)濃度較低.硫酸鹽的形成受溫度、相對(duì)濕度、O3濃度、SO2濃度等要素的協(xié)同影響,較高的O3濃度、較高的溫度和相對(duì)濕度有利于硫酸鹽的生成.

3.4 PM2.5主要來源于機(jī)動(dòng)車排放、燃煤、地面揚(yáng)塵和工業(yè)排放,貢獻(xiàn)率分別為37.6%、30.7%、16.6%和 15.1%,機(jī)動(dòng)車排放和燃煤是北京市PM2.5的主要貢獻(xiàn)源.

[1] 王 琪,孫 巍,張新宇.北京地區(qū)P M2.5質(zhì)量濃度分布及其與氣象條件影響 [J]. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué), 2014,10(31)：1193-1196.

[2] 唐傲寒,趙婧嫻,韓文軒,等.北京地區(qū)灰霾化學(xué)研究進(jìn)展 [J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013,18(3)：185-191.

[3] Sun Y L, Zhuang G S, Tang A h, et al. Chemical Characteristics of PM2.5and PM10in Haze-Fog Episodes in Beijing [J]. Environ. Sci. Technol., 2005,40：3148-3155.

[4] 王志娟,韓力慧,陳旭峰,等.北京典型污染過程PM2.5的特性和來源 [J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào), 2012,12(5)：122-126.

[5] 曹 雷,任研冰,姚 遠(yuǎn).微波消解ICP-MS法同時(shí)測定大氣顆粒物中多種痕量元素 [J]. 環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù), 2012,24(4)：52-55.

[6] 鄭子龍,張 凱,陳義珍,等.北京一次混合型重污染過程大氣顆粒物元素組分分析 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2014,24(11)：1219-1226.

[7] GB3095-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) [S].

[8] 姬亞芹,朱 坦,馮銀廠,等.天津市PM10中元素的濃度特征和富集特征研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2006,29(7)：49-51.

[9] 王嘉珺,趙雪艷,姬亞芹,等.撫順市PM10中元素分布特征及來源分析 [J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2012,28(4)：107-113.

[10] 黃榮輝,葉大年.高等地球化學(xué) [M]. 科學(xué)出版社.

[11] 唐孝炎,李金龍,栗 欣,等.大氣環(huán)境化學(xué) [M]. 北京：高等教育出版社, 1990.

[12] Li L, Chen Z M, Ding J, et al. A DRIFTS study of SO2oxidation on the surface of CaCO3particles [J]. Spectrosc. Spect. Anal., 2004,24：1556-1559.

[13] Li L, Chen Z M, Zhang Y H, et al. Kinetics and mechanism of heterogeneous oxidation of sulfur dioxide by ozone on surface of calcium carbonate [J]. Atmos. Chem. Phys., 2006,6：2453-2464.

[14] 崔虎雄,成天濤,陳建民,等.SO2在Fe2O3顆粒表面不同溫度下非均相反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M [J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2008,24：2331-2336.

[15] 譚吉華,段菁春.中國大氣顆粒物重金屬污染、來源及控制建議[J]. 中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào), 2013,30(2)：145-155.

[16] 劉 菁,張建強(qiáng),吳香堯,等.成都市十里店地區(qū)大氣氣溶膠元素組成及來源解析 [J]. 成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2006, 33(1)：99-102.

[17] Hong Y, Ma Y J, Liu N W. A study on trace chemical composition and sources of atmospheric particles in winter in Shenyang [J]. Environmental Science & Technology, 2010,33(6E)：292-296.

[18] Cen K, Neumann T, Norra S, et al. Land use-related chemical composition of street sediments in Beijing [J]. Environ. Sci. & Pollut. Res., 2004,11(2)：73-83.

[19] Ho K F, Lee S C, Chow J C, et al. Characterization of PM10and PM2.5source profiles for fugitive dust in Hong Kong [J]. Atmospheric Environment, 2003(37)：1023-1032.

[20] 王伯光,楊嘉慧,周 炎,等.廣州市機(jī)動(dòng)車尾氣中金屬元素的排放特征 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2008,28(5)：389-394.

[21] 石愛軍,馬俊文,耿春梅,等.北京市機(jī)動(dòng)車尾氣排放PM10組分特征研究 [J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2014,30(4)：44-49.

[22] 楊妍研,李金香,梁云平,等.應(yīng)用受體模型(CMB)對(duì)北京市大氣PM2.5來源的解析研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015,35(9)：2693-2700.

[23] 金象春,張貴英,肖才錦,等.PIXE和 XRF用于北京新鎮(zhèn)地區(qū)PM2.5源解析研究 [J]. 原子能科技技術(shù), 2014,48(7)：1325-1330.

Pollution and source apportionment of atmospheric fine particles in Beijing.

HAN Li-hui*, ZHANG Peng, ZHANG Hai-liang, CHENG Shui-yuan, WANG Hai-yan (College of Environmental and Energy, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China). China Environmental Science, 2016,36(11)：3203～3210

Aerosol samples of PM2.5were collected in Beijing during January, April, July and October 2014, which stood for winter, spring, summer and autumn respectively, to investigate the physical and chemical characteristics, seasonal variation and formation factors of PM2.5. At the same time, source apportionment was carried out by using the positive matrix factorization analysis method. The results showed that the annual average concentration of PM2.5reached 87.74μg/m3 in Beijing in 2014, 2.5 times as high as the national air quality standard. The PM2.5concentrations during light and heavy pollution periods increased more than 1.5 and 3.9 times compared with normal days, respectively, and its seasonal variation was significant, with the order of winter＞summer＞autumn＞spring. The concentrations of crustal elements, such as Mg, Al, Fe, Ca, Ti, during light and heavy pollution days were 1.1～1.2 and 1.2～1.5 times as high as those in normal days, respectively, and the concentrations of pollution elements, such as S, Pb, Zn and Cu, showed significant changes during light and heavy pollution days, with 1.3～2.7 and 1.9～5.9 times as high as those in normal days, respectively. S was the most important anthropogenic pollution element in PM2.5, and its SO42-annual average concentration was 13.43μg/m3. The concentrations of SO42-in light and heavy pollution days were 2.7 and 5.9 times higher than that in normal days, respectively. The formation of sulfate was mainly influenced by the concentration of O3, air temperature and relative humidity etc.. Higher O3concentration, temperature and relative humility were in favor of the formation of sulfate. PM2.5was mainly from mobile emission, coal combustion, re-suspended dust and industrial emission, which contributed to PM2.5about 37.6%, 30.7%, 16.6% and 15.1%, respectively.

PM2.5；pollution characteristics；impact factors；source apportionment

X513

A

1000-6923(2016)11-3203-08

韓力慧(1964-),女,山西太原人,副教授,博士,主要研究方向?yàn)榇髿馕廴九c防治.發(fā)表論文20余篇.

2016-03-01

國家環(huán)保部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201409003);國家留學(xué)基金委項(xiàng)目(201406545022);北京市教委項(xiàng)目(PXM2016_014204_001029_ 00205967_FCG);北京工業(yè)大學(xué)區(qū)域大氣復(fù)合污染防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助

* 責(zé)任作者, 副教授, hlh@bjut.edu.cn