劉驥艷 張更宇（吉林市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 吉林 吉林 132012）

董湘軍（中國(guó)石油吉林石化分公司污水處理廠 吉林 吉林 132012）

吉林市霧霾天氣成因及PM2.5源分析

劉驥艷 張更宇（吉林市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 吉林 吉林 132012）

董湘軍（中國(guó)石油吉林石化分公司污水處理廠 吉林 吉林 132012）

基于吉林市空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)，對(duì)影響吉林市霧霾天氣的氣象條件，汽車(chē)尾氣，城市生產(chǎn)生活廢氣，煙花爆竹等生產(chǎn)生活行為進(jìn)行逐一分析，確定吉林市霧霾產(chǎn)生是上述四種原因所致。對(duì)霧霾的主要成分PM2.5進(jìn)行化學(xué)源解析，確定有機(jī)碳（OC）是吉林市PM2.5中質(zhì)量濃度最高的化學(xué)組分，其次是NO3-和SO42-，煤煙塵和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣是吉林市霧霾的主要貢獻(xiàn)者。

霧霾；原因分析；PM2.5源解析

根據(jù)中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)的數(shù)據(jù)，2016年9月至10月份東北地區(qū)34個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)評(píng)價(jià)，34個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)10月份同比9月份均有升高。其中長(zhǎng)春、沈陽(yáng)和哈爾濱等省會(huì)城市已經(jīng)躋身到污染城市排名的上游。吉林市作為東北重工業(yè)基地的主要戰(zhàn)場(chǎng)，也受到霧霾的嚴(yán)重侵襲。本文對(duì)可能造成吉林市霧霾天氣的污染來(lái)源進(jìn)行逐一分析，并對(duì)吉林市霧霾主要成分-細(xì)顆粒物（PM2.5）進(jìn)行化學(xué)源解析，通過(guò)科學(xué)的手段期望能夠?qū)值貐^(qū)霧霾天氣污染的防治做出貢獻(xiàn)。

1 霧霾污染天氣的成因分析

1.1 氣象條件影響分析

吉林市四面環(huán)山，這樣的地理?xiàng)l件導(dǎo)致山谷上層空氣受熱，谷底地表太陽(yáng)輻射削弱，地面由于輻射冷卻，空氣下沉增溫，空氣的亂流混合形成逆溫。在逆溫層，空氣中的各種有害氣體，汽車(chē)尾氣，煙塵及水汽等空氣中的懸浮微粒難以向高空飄散，只能被阻滯而漂浮在逆溫層下的低空和近地面。這種現(xiàn)象加劇了逆溫層的效應(yīng)，使污染物不斷積累，空氣質(zhì)量惡化，形成霧霾天氣。

以吉林市轄區(qū)哈達(dá)灣、東局子、電力大學(xué)、江北和江南公園這5個(gè)環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)結(jié)果為研究對(duì)象，對(duì)2016年12月3日12時(shí)至2016年12月4日12時(shí)PM2.5的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，如圖1所示。

從圖1可以看出，3日17時(shí)到22時(shí)之間，5個(gè)環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位PM2.5的濃度隨著氣溫的降低不斷升高，在19時(shí)達(dá)到峰值；該結(jié)果表明冬季地面夜間輻射降溫，形成了低空大氣的“逆溫層”，造成空氣在水平、垂直方向的交換流通能力變?nèi)?，不利于空氣污染物的擴(kuò)散，從而導(dǎo)致空氣污染的積累效應(yīng)，形成霧霾污染天氣。位于吉林市西部、介于北山山系和磨盤(pán)山山系間的電力大學(xué)子站尤為明顯，隨著溫度的降低，在19時(shí)PM2.5將近700μg/m3。

圖1 氣象條件對(duì)PM2.5的影響示意圖

4號(hào)0時(shí)到5時(shí)，隨著溫度升高，污染物濃度趨于平穩(wěn)。溫度的升高導(dǎo)致空氣中水蒸氣凝結(jié)，空氣濕度增加，污染物被吸附在液滴上沉降到地面，所以細(xì)顆粒物濃度下降。

1.2 汽車(chē)尾氣影響分析

吉林市汽車(chē)保有量逐年增加，汽車(chē)排放的尾氣含有一氧化碳、氮氧化物等污染物。以無(wú)車(chē)日（9月22日）禁行前及禁行后2個(gè)時(shí)段為對(duì)比，2016年9月22日7時(shí)30分至8時(shí)45分（禁行前）和8時(shí)55分至10時(shí)10分（禁行后）NOx和CO的監(jiān)測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)圖2。

對(duì)比2個(gè)時(shí)段的NOx和CO的濃度可知，禁行前的早高峰期，尤其是7：45-8：10之間，NOx和CO的濃度持續(xù)增高，8：00左右達(dá)到峰值。而這個(gè)時(shí)間段內(nèi)吉林市轄區(qū)的城市交通恰恰又處于嚴(yán)重交通擁堵期，汽車(chē)尾氣大量并且集中排放到環(huán)境空氣中，污染物在這一時(shí)段持續(xù)升高、積聚，促進(jìn)霧霾的形成；而禁行后，NOx和CO濃度隨之降低，可見(jiàn)，汽車(chē)尾氣是構(gòu)成霧霾污染天氣的因子。

圖2 禁行前后NOx和CO的監(jiān)測(cè)結(jié)果示意圖

1.3 城市生產(chǎn)生活廢氣影響分析

吉林市冬季需要使用生產(chǎn)鍋爐和采暖鍋爐燃燒大量的煤炭來(lái)維持正常的生產(chǎn)和生活。煤的燃燒導(dǎo)致二氧化硫和其他煙塵、粉塵等顆粒物的大量排放，這些污染物都是霧霾污染天氣的主要因子。近幾年來(lái)，隨著小噸位鍋爐的取締和采取集中供熱政策的實(shí)施，雖然相對(duì)于工業(yè)污染，生活污染廢氣排放量較輕，但整體來(lái)看，城市主要生活污染廢氣排放，尤其是采暖期大量燃料的燃燒仍是促成霧霾污染天氣形成的主要因素。有鑒于此，通過(guò)吉林市城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的分析論證。

吉林市城區(qū)2016年全年的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）采暖期和非采暖期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見(jiàn)表1。

根據(jù)上表，可以得出環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)：非采暖季有175d，占全年總天數(shù)的48%，采暖季有119d，占全年總天數(shù)的33%。然而，重度污染以上（即霧霾污染天氣）天數(shù)：非采暖季僅有1d，占全年總天數(shù)的0.3%，采暖季卻有20d，占全年總天數(shù)的5.5%。結(jié)果表明吉林市城區(qū)2016年采暖期霧霾污染天數(shù)是非采暖期霧霾污染天數(shù)近20倍，印證了城市主要生活污染廢氣排放，尤其是采暖期大量燃料的燃燒是促成霧霾污染天氣形成的因子。

1.4 煙花爆竹影響分析

吉林市春節(jié)期間，煙花炮竹的大量集中排放也加重了霧霾天氣產(chǎn)生。以2016年春節(jié)為例，自除夕的23時(shí)40分至春節(jié)的0時(shí)10分對(duì)城區(qū)的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，全市PM2.5平均值為500μg/m3，超過(guò)國(guó)家大氣環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)5.7倍（二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)日平均值為75μg/m3）。因此，春節(jié)期間這種煙花爆竹的集中式燃放也是促成霧霾污染天氣的因子。

2 吉林市PM2.5化學(xué)源解析

吉林市化工業(yè)發(fā)達(dá)，工業(yè)廢氣排放量較大，加之細(xì)顆粒物的回收成本頗高，工業(yè)生產(chǎn)和百姓生活排放的廢氣中細(xì)顆粒物源源不斷，因此細(xì)顆粒物對(duì)霧霾污染天氣的貢獻(xiàn)最大。為了有效、合理的分析霧霾污染天氣形成，對(duì)細(xì)顆粒物（PM2.5）進(jìn)行源解析，通過(guò)細(xì)顆粒物的組成成分的主要來(lái)源對(duì)霧霾污染天氣形成進(jìn)行系統(tǒng)的分析。

表1 2016年吉林市城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQ）I統(tǒng)計(jì)一覽表

根據(jù)吉林市城區(qū)的具體情況，選取吉林市哈達(dá)灣（工業(yè)區(qū)）、電力大學(xué)（文教生活區(qū)）、江北（化工區(qū)）設(shè)立的3個(gè)有代表性的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站為大氣樣品采集點(diǎn)，按照HJ/T194—2005要求，自2016年9月至11月，用聚丙烯濾膜和石英濾膜采集PM2.5樣品，共獲得有效樣品60個(gè)，利用ICP-MS等儀器對(duì)采集的樣品進(jìn)行金屬元素、陰離子、碳組份分析。采樣儀器為2030型智能中流量采樣器，流量為100L/min。詳見(jiàn)表2。

表2 哈達(dá)灣、電力大學(xué)、江北P(pán)M2.5中特征物質(zhì)質(zhì)量濃度一覽表

通過(guò)對(duì)PM2.5樣品分析，得知組成吉林市細(xì)顆粒物的主要金屬元素包括Na、Al、Si、Ca、Fe、Cr、Ni、As、Pb、Cu；無(wú)機(jī)離子包括Cl-、NO3-、SO42-和NH4+；碳組分包括有機(jī)碳（OC）、元素碳（EC）和碳酸鹽（CC）。其中Na、Al、Si、Ca、Fe、NO3-、SO42-、OC是吉林市細(xì)顆粒物（PM2.5）的特征物質(zhì)。

根據(jù)表2可知，OC是吉林市細(xì)顆粒物（PM2.5）中質(zhì)量濃度最高的化學(xué)組分，其次是NO3-和SO42-，而煤煙塵和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣是貢獻(xiàn)OC的主要源，這說(shuō)明吉林市霧霾主要污染源是煤煙塵和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣。

3 建議

建議政府采取更為嚴(yán)格的措施，冬季實(shí)行集中供暖，依法取締一些違法私建的鍋爐；強(qiáng)化投資發(fā)展吉林市公共交通系統(tǒng)，財(cái)政向公共交通系統(tǒng)傾斜；加快“黃標(biāo)車(chē)”的淘汰進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)油品升級(jí)。建議市民建立一個(gè)低碳環(huán)保的生活理念，節(jié)約用水、用電，盡量選擇公共交通出行，通過(guò)每個(gè)人的努力，建設(shè)吉林市“藍(lán)天白云”的美好家園。

4 結(jié)論

霧霾天氣現(xiàn)象發(fā)生的原因本質(zhì)是由于空氣的污染，應(yīng)對(duì)霧霾天氣，解決空氣污染，是環(huán)保的重任。這個(gè)環(huán)保不是狹隘意義上的環(huán)保部門(mén)工作，也有賴(lài)于國(guó)家行政體系轉(zhuǎn)變思路。解決環(huán)保問(wèn)題不僅僅要從政府、企業(yè)、社會(huì)做起，也應(yīng)該從自我做起。

〔1〕成海容，王祖武，馮家良等.武漢市城區(qū)大氣PM2.5的碳組分與源解析〔J〕.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（9）：1574-1579.

〔2〕范慧君，紀(jì)德鈺，李丹等.大連市環(huán)境空氣中PM2.5含碳組分濃度特征研究〔J〕.中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，24（5）：46-50.

〔3〕HJ/T194—2005環(huán)境空氣質(zhì)量手工監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范〔S〕.

〔4〕張更宇，吳超，鄧宇杰.電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICPMS）聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用及展望〔J〕.中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)，2016，6（3）：19-26.

〔5〕張更宇，施云芬，董湘軍等.電熱消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定準(zhǔn)東煤中15種元素〔J〕.冶金分析，2017，37（6）：26-32.

Research on the Causes and Influencing Factors of Smog in JiLin City and PM2.5Source Analysis

LiuJiyan（Environment Motoring Station of JiLin City JiLin JiLin 132012）

Based on data of the automatic air monitoring station in Jilin city，sources of smog such as meteorological conditions effecting smog weather in Jilin city，automobile exhaust，waste gas of production and life in the city and waste gas of fireworks were analyzed.Chemical source apportionment of PM2.5as the main component of smog showed that TOC was chemical composition of highest concentration in PM2.5in Jilin city，followed by NO3-and SO42-and coal dust and motor vehicle exhaust were the main Contributors of the smog in JiLin city.

Smog Cause analysis PM2.5source apportionment

X513

A

1674-263X（2017）03-0022-03

2017-09-06

劉驥艷（1984-），男，碩士，助理工程師，研究方向環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理。