王古月 薛風云

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

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鎮(zhèn)江市秋季大氣顆粒物PM2.5實時在線來源解析

王古月 薛風云

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

采集了鎮(zhèn)江諫壁橋點位2015年9月底至11月初的PM2.5樣品，對PM2.5來源進行解析，結果顯示，鎮(zhèn)江市諫壁橋點位監(jiān)測期間，受到了多類重點污染源的共同影響。優(yōu)良天氣占比為69.2%，但也捕捉到多次重度污染天氣，屬于較為典型的秋季污染特征；顆粒物主要成分為元素碳顆粒(31.8%),其次是有機碳顆粒(20.9%)；首要污染源是機動車尾氣(28.2%)，第二是燃煤(23.9%)，第三為揚塵(11.5%)。

PM2.5；源解析；機動車尾氣

近年來國內(nèi)外學者采用CMB[1-3]、富集因子[4-5]、因子分析[6]、在線源解析等手段進行了大氣顆粒物元素源解析，其中在線源解析法作為一種實時分析來源解析方法在許多地區(qū)已經(jīng)開始應用。本文擬通過大氣細顆粒物實時在線源解析技術(質譜直接測量法)[7]，對鎮(zhèn)江市區(qū)細顆粒物進行來源解析，獲取高時間分辨的顆粒物源解析結果，以及監(jiān)測期間的顆粒物來源變化。通過這一系列的分析結果完成對鎮(zhèn)江市大氣細顆粒物的污染來源的基本摸底工作，初步評估重要污染源對鎮(zhèn)江市環(huán)境空氣PM2.5污染的影響程度，為區(qū)域大氣污染綜合整治提供重要目標指向，同時也為鎮(zhèn)江市環(huán)境空氣PM2.5重度污染實時預警與監(jiān)控、大氣污染源減排方案評估、污染事件監(jiān)控等提供有效的在線監(jiān)測技術平臺，為管理決策提供有效的數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。

1 材料與方法

在線單顆粒氣溶膠質譜儀(SPAMS，Single Particle Aerosol Mass Spectrometer)是禾信公司基于質譜技術的在線源解析產(chǎn)品，儀器由進樣系統(tǒng)、測徑系統(tǒng)、電離系統(tǒng)和質譜分析系統(tǒng)組成，通過SPAMS可以同時獲取單個顆粒物的粒徑大小和化學組成，從而達到對每個顆粒物來源的精確判別。通過自適應共振神經(jīng)網(wǎng)絡算法(ART-2a)進行顆粒物分類；實現(xiàn)了單顆粒氣溶膠化學成分和顆粒物直徑的同步檢測。

本次項目監(jiān)測起止時間為2015年9月29日—2015年11月4日，有效數(shù)據(jù)約34天。鎮(zhèn)江市處于季風氣候帶，各季節(jié)的風場和各種氣象條件以及大氣污染物排放特點均有所不同，本次監(jiān)測時段選取的為秋季典型月份的空氣質量進行來源解析。 監(jiān)測點位位于江蘇省環(huán)境地表水水質自動監(jiān)測站諫壁橋站，進行了為期一個月的PM2.5在線監(jiān)測。該點位于鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)金港運河大橋向北100m處，距鎮(zhèn)江市中心約13km。西臨京杭大運河，往來船只絡繹不絕；南靠金港大道隸屬S238省道；其北則為運河及長江交匯處，東北方向有諫壁鎮(zhèn)發(fā)電廠，距監(jiān)測點位僅約5km；周邊還有鋼鐵廠、服裝廠、電子廠、農(nóng)畜業(yè)等。監(jiān)測點位及主要工業(yè)污染源分布見圖1?？梢?，多方面因素共同影響著該點位的大氣污染特征，觀測期間定期進行質量控制，審核數(shù)據(jù)有效性，根據(jù)數(shù)據(jù)審核規(guī)則剔除無效數(shù)據(jù)。

圖1 監(jiān)測點位及主要工業(yè)污染源分布圖

2 結果與討論

觀測期內(nèi)SPAMS 0515測徑的顆粒物達668 372個，其中有正負質譜圖的顆粒164 106個，由于有的顆粒被電離后僅僅能檢測到正離子或負離子，有的顆粒未被精準電離，所以檢測有正負質譜圖的顆粒數(shù)和測徑的顆粒物數(shù)目并不一致，但是從統(tǒng)計學上來看，所測離子數(shù)已經(jīng)能夠反映PM2.5的總體情況。

(1)監(jiān)測期間空氣質量分析

圖2為監(jiān)測期間小時空氣質量級別分布圖(PM2.5質量濃度小時值為鎮(zhèn)江市職教中心點位數(shù)據(jù))，其中優(yōu)秀天氣占比為25.3%，良好天氣占比為43.9%，輕度污染天氣占比為21.1%，中度污染天氣占比為5.0%，重度污染天氣占比為4.7%。優(yōu)良天氣占比為69.2%。

圖2 監(jiān)測期間空氣質量分析

圖3為監(jiān)測期間PM2.5質量濃度及風速對比圖，監(jiān)測期間PM2.5質量濃度小時均值為63μg/m3，最小為7μg/m3，最大為194μg/m3，變化幅度較大，出現(xiàn)了多次明顯的大氣污染過程；PM2.5質量濃度與風速基本呈現(xiàn)負相關關系。

圖3 監(jiān)測期間PM2.5質量濃度及風速趨勢對比圖

(2)顆粒物信息

具有測徑信息的顆粒物(SIZE)12 038 551個，同時有正、負譜圖的顆粒(MASS)3 388 619個。

由圖4看出，SPAMS所測得數(shù)濃度變化趨勢與PM2.5質量濃度變化趨勢基本一致，相關性較好(R為0.6978)，也就是說，SPAMS的數(shù)濃度在一定程度上可以反映大氣細顆粒物的污染狀況。

圖4 在線單顆粒氣溶膠質譜儀數(shù)濃度與PM2.5質量濃度對比圖

(3)顆粒物成分分類

利用自適應共振神經(jīng)網(wǎng)絡分類方法(Art-2a)對整體顆粒物進行了成分分類，分類過程中使用的分類參數(shù)為：相似度0.7，學習效率0.05。分類后，再經(jīng)過人工合并，最終確定了7類顆粒物，分別為：元素碳(EC)、混合碳(ECOC)、有機碳(OC)、左旋葡聚糖顆粒(LEV)、富鉀顆粒(K)、重金屬(HM)、礦物質(KWZ)。

圖5 鎮(zhèn)江市顆粒物成分餅圖

圖5為鎮(zhèn)江市顆粒物成分分類結果，從圖中可見此次監(jiān)測期間顆粒物主要成分為元素碳顆粒(31.8%),其次是有機碳顆粒(20.9%)。顆粒物的分類結果在一定程度上可反映點位受到污染源影響的情況，元素碳(EC，與其他成分混合程度低)主要來自于含碳燃料的不完全燃燒；有機碳(OC)顆粒則多來自于燃煤及工業(yè)排放；礦物質(KWZ)大多作為揚塵顆粒的主要特征；左旋葡聚糖(LEV)則主要來自于生物質的燃燒等。

(4)顆粒物來源分析

基于監(jiān)測結果，參照《大氣顆粒物來源解析技術指南》，結合當?shù)氐哪茉唇Y構，按照環(huán)境管理需求對顆粒物排放源進行分類，將鎮(zhèn)江市細顆粒物污染來源歸結為七大類，分別為揚塵、生物質燃燒、機動車尾氣、燃煤、工業(yè)工藝源、二次無機源和其它。其中，機動車尾氣源包含了柴油車、汽油車、輪船；燃煤源包含了燃煤電廠、鍋爐等；揚塵包含建筑揚塵、道路揚塵、工業(yè)粉塵等；生物質燃燒主要是秸稈、野草等的焚燒及生物燃料的燃燒；工業(yè)工藝源包含了化工、金屬冶煉、水泥廠排放等；二次無機源主要指從單顆粒譜圖來看，除鉀離子外，只含有二次無機離子(氨根、硫酸根、硝酸根等)的顆粒，即無法進行一次來源解析的顆粒；其它源則包含了畜禽養(yǎng)殖、海鹽、餐飲等污染源。

圖6為此次監(jiān)測期間鎮(zhèn)江市的PM2.5源解析結果，可看到首要污染源是機動車尾氣(28.2%)，第二是燃煤(23.9%)，第三為揚塵(11.5%)。

圖6 鎮(zhèn)江市顆粒物來源解析圖

3 結論

(1)鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)點位監(jiān)測期間，受到了多類重點污染源的共同影響。優(yōu)良天氣占比為69.2%，但也捕捉到多次重度污染天氣，屬于較為典型的秋季污染排放特征。

(2)顆粒物主要成分為元素碳顆粒(31.8%),其次是有機碳顆粒(20.9%)。監(jiān)測期間貢獻最大的三個來源是機動車尾氣源(28.2%)、燃煤源(23.9%)、揚塵源(11.5%)。

(3)此次燃煤源貢獻率僅次于機動車尾氣，對大氣環(huán)境的影響具有舉足輕重的地位，建議加強燃煤源的防控處理措施，全力落實各燃煤電廠除塵、脫硫、脫硝等環(huán)保設備及工藝的投入使用，強力推進燃煤污染的減排。

(4)此次揚塵源貢獻率變化幅度雖不大，卻基本保持在10%以上，其影響不容忽視。建議通過定期灑水、規(guī)范施工及其他除塵手段，保持對揚塵的控制力度。

[1] 李先國，范瑩，馮麗娟．化學質量平衡受體模型及其在大氣顆粒物源解析中的應用[J]．中國海洋大學學報，2006，36(2)：225-228．

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[3] 馮銀廠，彭林，吳建會，等．烏魯木齊市環(huán)境空氣中TSP和PM10來源解析[J]．中國環(huán)境科學，2005，25(s1)：30-33．

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[5] 牛牧晨，任福民，周玉松，等．北京市鐵路站場大氣顆粒物的特征與來源分析[J]．環(huán)境工程，2007，25(5)：78-81．

[6] 王紅斌，陳杰．西安市夏季空氣顆粒物污染特征及來源分析[J]．氣候與環(huán)境研究，2000，5(1)：51-57．

[7] 中華人民共和國環(huán)境保護部辦公廳．環(huán)境空氣顆粒物來源解析技術路線(試行)[Z]．2015．

An online real time source analysis on atmospheric PM2.5in Autumn of Zhenjiang City

Wang Guyue, Xue Fengyun

(Zhenjiang Environmental Monitoring Center, Zhenjiang 21200, China)

An online and real time analysis on the source of atmospheric PM2.5was carried out using samples collected in monitoring point of Jianbi bridge, Zhenjiang City from the end of September to the beginning of November 2015, the results show that during monitoring period, a variety of key pollution sources contributed simultaneously to the impacts produced on the site. Although good air quality accounted for 69.2% of total during that period, heavily polluted air quality, typically seen in autumn, were captured for many times during monitoring period. The main components of PM2.5includes carbon particles(31.8%)and the organic carbon particles(20.9%). Exhausted gas from vehicles, coal combustion and dust rank in the first three positions among the major pollution sources, with the percentage of 28.2%, 23.9%, and 11.5% respectively.

PM2.5; source analysis; exhausted gas from vehicle

江蘇省環(huán)境監(jiān)測基金資助項目(1312)

2017-03-16; 2017-04-14 修回

王古月(1986 -)，女，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，碩士，從事環(huán)境監(jiān)測工作。E-mail:mumsunny@foxmail.com

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