采暖期与非采暖期青岛市区PM2.5组分特征及来源分析

薛莲，刘岳峰，赵璐

（1.山东省青岛生态环境监测中心，山东青岛266000；2.青岛市环境保护科学研究院，山东青岛266000）

随着社会和经济的迅速发展、机动车保有量的大幅增加，细颗粒物PM2.5成为影响我国城市空气质量的首要污染物[1]，也是秋冬季重污染过程的主要影响因素。秋冬季我国北方多采取煤炭供暖，污染物排放增加，叠加不利的气象条件影响，导致北方城市大气污染更为严重，采暖期尤为显著[2,3]。

2013年以来，青岛市PM10、PM2.5年均浓度虽然呈下降趋势，但秋冬季持续性雾霾天气仍然频繁发生，尤其在采暖期供暖燃煤与工业排放的叠加影响下，加重了青岛市大气污染状况[4]。研究利用2019年4月6日-2020年4月5日青岛市区大气颗粒物及其组分的监测数据，分析了采暖期和非采暖期PM10和PM2.5的变化规律，探索了PM2.5水溶性离子的污染特征及来源，以此为青岛市大气污染防治工作提供科学依据。

1 数据来源及评价方法

采用2019年4月6日-2020年4月5日青岛市区采暖期和非采暖期的监测数据进行统计分析。其中PM2.5和PM10数据采用青岛市区14个国省控站点的监测结果，点位的设置综合考虑了城市的功能区分布、人口密度和点位布设条件等因素，基本反映该市建成区规模、区域平均分布以及人口、交通、工业等诸多情况。PM2.5水溶性离子组分数据来自崂山区环境空气综合监测站的在线气体及气溶胶组分监测系统（Metrohm公司，型号MARGA ADI 2080），主要用于测量环境空气中气溶胶及相关气相中水溶性离子组分浓度；气温、相对湿度、风速、风向等气象数据采用伏龙山气象站的观测数据。研究中的非采暖期是指2019年4月6日至11月15日，采暖期是指2019年11月16日至2020年4月5日。

2 结果与讨论

2.1 PM2.5和PM10污染特征分析

2019年4月6日-2020年4月5日，青岛市区PM2.5和PM10的平均浓度分别为34μg/m3、67μg/m3，日均值变化范围分别为4~202μg/m3、12~264μg/m3，超标率分别为7.9%、4.6%。PM2.5在采暖期和非采暖期的平均浓度分别为46μg/m3、26μg/m3，PM10在采暖期和非采暖期的平均浓度分别为78μg/m3、60μg/m3。可以看出，采暖期的PM2.5和PM10浓度均高于非采暖期。主要原因为采暖期间燃煤需求增加，污染物排放量增大；同时，采暖期受低温、高湿、弱北风等不利气象条件的影响，静稳天气频发，扩散条件较非采暖期转差，污染物不易扩散和稀释，导致颗粒物浓度偏高；另外冷空气前锋上游地区污染物传输贡献也是采暖期重污染天频发的重要原因。详见图1。

图1 采暖期和非采暖期青岛市区颗粒物浓度及气象参数变化

2.2 PM2.5水溶性离子污染特征

从PM2.5水溶性离子组分监测结果（表1）来看，采暖期各离子组分的平均浓度由大到小依次 为，其中等二次无机离子是主要的离子组分，与沈阳市采暖期特征相似[5]，分别占离子浓度总和的42.5%、24.7%和24.2%。非采暖期各种离子的平均浓度由大到小依次为NO3

表1 采暖期和非采暖期PM2.5中水溶性离子平均浓度及占比

-＞SO4

2-＞NH4+＞Ca2+＞Na+＞Cl-＞Mg2+＞K+，其中主要离子组分别占离子浓度总和的41.6%、29.4%和24.7%。

对比采暖期和非采暖期PM2.5水溶性离子组分的浓度可以看出，采暖期的浓度均较非采暖期高，分别为非采暖期浓度的1.5倍、1.1倍、1.3倍、2.3倍、1.3倍，而Ca2+、Mg2+、K+的浓度则偏低。从占比来看，采暖期的占比较非采暖

2.3 PM2.5水溶性离子来源分析

从污染来源来看，PM2.5中的NO3-主要来源于机动车尾气、工业企业排放、燃料燃烧等产生的NOx二次转化生成，SO42-主要来源于化石燃料的燃烧以及气态前体物SO2的二次转化[6]，且NO3-与SO42-的浓度比能在一定程度上反映移动排放源（机动车尾气排放NOx）与固定排放源（电厂等燃煤排放）的占比情况[7]。青岛市采暖期NO3-和SO42-的浓度均高于非采暖期，说明污染物排放量增加，这主要与机动车尾气排放、工业企业排放及供暖燃煤排放等因素有关。另外，采暖期和非采暖期NO3-/SO4

2-比值分别为1.91、1.41，比值均大于1，高于北京的比值（1.05）[8]，说明青岛市PM2.5来源中移动污染源的排放要多于固定污染源，采暖期更为明显。此外，采暖期NO3-占比升幅最为显著，这也进一步表明PM2.5污染的发生受移动排放源的影响更大。

在其它离子组分中，Na+、Ca2+、Cl-也占有一定比例。其中工业生产制造、化石燃料燃烧和海盐等都对Na+、Cl-的增长有着显著贡献；Ca2+主要富集在粗离子形态中，是沙尘、扬尘的示踪离子[2]，其浓度的升高表明沙尘源、扬尘源对青岛市采暖期颗粒物浓度的升高也有一定的贡献。

3 结论

（1）利用2019年4月6日-2020年4月5日监测数据分析采暖期和非采暖期青岛市区颗粒物及PM2.5离子组分的污染特征及来源。采暖期的PM2.5和PM10浓度均高于非采暖期，主要原因为采暖期燃煤排放增大。此外，不利的气象条件影响和上游地区污染物传输贡献也是采暖期重污染天频发的重要原因。

（2）从PM2.5离子组分监测结果显示，NO3-、SO42-、NH4+等二次无机离子是采暖期和非采暖期的主要离子组分，且采暖期NO3-、NH4+、Na+的占比较非采暖期有所升高，表明NOx、NH3等一次排放的气态前体物发生的二次转化是采暖期PM2.5浓度升高的重要原因。

（3）青岛市采暖期NO3-和SO42-的浓度均高于非采暖期，主要与机动车尾气排放、工业企业排放及供暖燃煤排放等因素有关；采暖期和非采暖期NO3-/SO42-比值均大于1，说明移动污染源的排放要多于固定污染源，采暖期更为明显。Na+、Ca2+、Cl-也占有一定比例，主要与工业生产制造、化石燃料燃烧、海盐、沙尘扬尘等来源有关。