镇江市秋季大气颗粒物PM2.5实时在线来源解析

王古月 薛风云

(镇江市环境监测中心站，江苏 镇江 212000)



镇江市秋季大气颗粒物PM2.5实时在线来源解析

王古月 薛风云

(镇江市环境监测中心站，江苏 镇江 212000)

采集了镇江谏壁桥点位2015年9月底至11月初的PM2.5样品，对PM2.5来源进行解析，结果显示，镇江市谏壁桥点位监测期间，受到了多类重点污染源的共同影响。优良天气占比为69.2%，但也捕捉到多次重度污染天气，属于较为典型的秋季污染特征；颗粒物主要成分为元素碳颗粒(31.8%),其次是有机碳颗粒(20.9%)；首要污染源是机动车尾气(28.2%)，第二是燃煤(23.9%)，第三为扬尘(11.5%)。

PM2.5；源解析；机动车尾气

近年来国内外学者采用CMB[1-3]、富集因子[4-5]、因子分析[6]、在线源解析等手段进行了大气颗粒物元素源解析，其中在线源解析法作为一种实时分析来源解析方法在许多地区已经开始应用。本文拟通过大气细颗粒物实时在线源解析技术(质谱直接测量法)[7]，对镇江市区细颗粒物进行来源解析，获取高时间分辨的颗粒物源解析结果，以及监测期间的颗粒物来源变化。通过这一系列的分析结果完成对镇江市大气细颗粒物的污染来源的基本摸底工作，初步评估重要污染源对镇江市环境空气PM2.5污染的影响程度，为区域大气污染综合整治提供重要目标指向，同时也为镇江市环境空气PM2.5重度污染实时预警与监控、大气污染源减排方案评估、污染事件监控等提供有效的在线监测技术平台，为管理决策提供有效的数据支撑和依据。

1 材料与方法

在线单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS，Single Particle Aerosol Mass Spectrometer)是禾信公司基于质谱技术的在线源解析产品，仪器由进样系统、测径系统、电离系统和质谱分析系统组成，通过SPAMS可以同时获取单个颗粒物的粒径大小和化学组成，从而达到对每个颗粒物来源的精确判别。通过自适应共振神经网络算法(ART-2a)进行颗粒物分类；实现了单颗粒气溶胶化学成分和颗粒物直径的同步检测。

本次项目监测起止时间为2015年9月29日—2015年11月4日，有效数据约34天。镇江市处于季风气候带，各季节的风场和各种气象条件以及大气污染物排放特点均有所不同，本次监测时段选取的为秋季典型月份的空气质量进行来源解析。 监测点位位于江苏省环境地表水水质自动监测站谏壁桥站，进行了为期一个月的PM2.5在线监测。该点位于镇江市谏壁镇金港运河大桥向北100m处，距镇江市中心约13km。西临京杭大运河，往来船只络绎不绝；南靠金港大道隶属S238省道；其北则为运河及长江交汇处，东北方向有谏壁镇发电厂，距监测点位仅约5km；周边还有钢铁厂、服装厂、电子厂、农畜业等。监测点位及主要工业污染源分布见图1。可见，多方面因素共同影响着该点位的大气污染特征，观测期间定期进行质量控制，审核数据有效性，根据数据审核规则剔除无效数据。

图1 监测点位及主要工业污染源分布图

2 结果与讨论

观测期内SPAMS 0515测径的颗粒物达668 372个，其中有正负质谱图的颗粒164 106个，由于有的颗粒被电离后仅仅能检测到正离子或负离子，有的颗粒未被精准电离，所以检测有正负质谱图的颗粒数和测径的颗粒物数目并不一致，但是从统计学上来看，所测离子数已经能够反映PM2.5的总体情况。

(1)监测期间空气质量分析

图2为监测期间小时空气质量级别分布图(PM2.5质量浓度小时值为镇江市职教中心点位数据)，其中优秀天气占比为25.3%，良好天气占比为43.9%，轻度污染天气占比为21.1%，中度污染天气占比为5.0%，重度污染天气占比为4.7%。优良天气占比为69.2%。

图2 监测期间空气质量分析

图3为监测期间PM2.5质量浓度及风速对比图，监测期间PM2.5质量浓度小时均值为63μg/m3，最小为7μg/m3，最大为194μg/m3，变化幅度较大，出现了多次明显的大气污染过程；PM2.5质量浓度与风速基本呈现负相关关系。

图3 监测期间PM2.5质量浓度及风速趋势对比图

(2)颗粒物信息

具有测径信息的颗粒物(SIZE)12 038 551个，同时有正、负谱图的颗粒(MASS)3 388 619个。

由图4看出，SPAMS所测得数浓度变化趋势与PM2.5质量浓度变化趋势基本一致，相关性较好(R为0.6978)，也就是说，SPAMS的数浓度在一定程度上可以反映大气细颗粒物的污染状况。

图4 在线单颗粒气溶胶质谱仪数浓度与PM2.5质量浓度对比图

(3)颗粒物成分分类

利用自适应共振神经网络分类方法(Art-2a)对整体颗粒物进行了成分分类，分类过程中使用的分类参数为：相似度0.7，学习效率0.05。分类后，再经过人工合并，最终确定了7类颗粒物，分别为：元素碳(EC)、混合碳(ECOC)、有机碳(OC)、左旋葡聚糖颗粒(LEV)、富钾颗粒(K)、重金属(HM)、矿物质(KWZ)。

图5 镇江市颗粒物成分饼图

图5为镇江市颗粒物成分分类结果，从图中可见此次监测期间颗粒物主要成分为元素碳颗粒(31.8%),其次是有机碳颗粒(20.9%)。颗粒物的分类结果在一定程度上可反映点位受到污染源影响的情况，元素碳(EC，与其他成分混合程度低)主要来自于含碳燃料的不完全燃烧；有机碳(OC)颗粒则多来自于燃煤及工业排放；矿物质(KWZ)大多作为扬尘颗粒的主要特征；左旋葡聚糖(LEV)则主要来自于生物质的燃烧等。

(4)颗粒物来源分析

基于监测结果，参照《大气颗粒物来源解析技术指南》，结合当地的能源结构，按照环境管理需求对颗粒物排放源进行分类，将镇江市细颗粒物污染来源归结为七大类，分别为扬尘、生物质燃烧、机动车尾气、燃煤、工业工艺源、二次无机源和其它。其中，机动车尾气源包含了柴油车、汽油车、轮船；燃煤源包含了燃煤电厂、锅炉等；扬尘包含建筑扬尘、道路扬尘、工业粉尘等；生物质燃烧主要是秸秆、野草等的焚烧及生物燃料的燃烧；工业工艺源包含了化工、金属冶炼、水泥厂排放等；二次无机源主要指从单颗粒谱图来看，除钾离子外，只含有二次无机离子(氨根、硫酸根、硝酸根等)的颗粒，即无法进行一次来源解析的颗粒；其它源则包含了畜禽养殖、海盐、餐饮等污染源。

图6为此次监测期间镇江市的PM2.5源解析结果，可看到首要污染源是机动车尾气(28.2%)，第二是燃煤(23.9%)，第三为扬尘(11.5%)。

图6 镇江市颗粒物来源解析图

3 结论

(1)镇江市谏壁镇点位监测期间，受到了多类重点污染源的共同影响。优良天气占比为69.2%，但也捕捉到多次重度污染天气，属于较为典型的秋季污染排放特征。

(2)颗粒物主要成分为元素碳颗粒(31.8%),其次是有机碳颗粒(20.9%)。监测期间贡献最大的三个来源是机动车尾气源(28.2%)、燃煤源(23.9%)、扬尘源(11.5%)。

(3)此次燃煤源贡献率仅次于机动车尾气，对大气环境的影响具有举足轻重的地位，建议加强燃煤源的防控处理措施，全力落实各燃煤电厂除尘、脱硫、脱硝等环保设备及工艺的投入使用，强力推进燃煤污染的减排。

(4)此次扬尘源贡献率变化幅度虽不大，却基本保持在10%以上，其影响不容忽视。建议通过定期洒水、规范施工及其他除尘手段，保持对扬尘的控制力度。

[1] 李先国，范莹，冯丽娟．化学质量平衡受体模型及其在大气颗粒物源解析中的应用[J]．中国海洋大学学报，2006，36(2)：225-228．

[2] 王帅杰，朱坦．大气颗粒物源解析技术研究进展[J]．环境污染治理技术与设备，2002，3(8)：8-12．

[3] 冯银厂，彭林，吴建会，等．乌鲁木齐市环境空气中TSP和PM10来源解析[J]．中国环境科学，2005，25(s1)：30-33．

[4] 杨钰，金永民，孙晓怡，等．用因子分析法解析抚顺市大气颗粒物来源[J]．辽宁城乡环境科技，2005，25(4)：7-9．

[5] 牛牧晨，任福民，周玉松，等．北京市铁路站场大气颗粒物的特征与来源分析[J]．环境工程，2007，25(5)：78-81．

[6] 王红斌，陈杰．西安市夏季空气颗粒物污染特征及来源分析[J]．气候与环境研究，2000，5(1)：51-57．

[7] 中华人民共和国环境保护部办公厅．环境空气颗粒物来源解析技术路线(试行)[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

江苏省环境监测基金资助项目(1312)

2017-03-16; 2017-04-14 修回

王古月(1986 -)，女，江苏镇江人，工程师，硕士，从事环境监测工作。E-mail:mumsunny@foxmail.com

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