某典型沿海城市大气细颗粒物污染特征及来源解析

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sym1989
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近年来,威海市大气污染防治工作不断取得进展,环境空气质量明显改善。但受特殊气候条件及污染传输影响,大气污染事件仍有发生,尤其受冬季采暖期污染物排放和春季沙尘天气的影响,污染天细颗粒物PM2.5浓度显著提高。对威海市细颗粒物开展监测分析及来源解析研究,对威海市制定具有针对性的PM2.5污染控制措施,改善PM2.5大气污染现状至关重要。为明确威海市冬、春季细颗粒物组分特征及来源,本研究通过分析威海市20172018年PM2.5浓度数据,得到威海市近几年PM2.5污染变化特征,结合威海市PM2.5污染贡献较大的污染源和地区特点,选取山大分校、临港木工机械和文登园林局3个监测点位。于2018年1月3月,采用间断采样方式,共采样50天,采集300个威海市细颗粒物PM2.5样品。对采集的样品进行样品称重、元素碳/有机碳分析、金属元素分析和水溶性离子分析,筛选出各监测站点样品中离子浓度较高的特征组分,对采样期间污染天与清洁天PM2.5组分特征及贡献占比进行对比,选取采样期间的三次污染过程进行对比分析,并通过文献查阅及污染源实地调查建立PM2.5化学成分谱,结合PMF受体模型对威海市大气细颗粒物来源进行解析。本文的主要研究结果如下:(1)2015年至2018威海市的PM2.5年平均浓度为31.24μg/m3,超标天数为63天,PM2.5成为威海近年来的主要空气污染物之一。PM2.5浓度随季节性变化特征比较明显,污染天多集中在采暖季和春季,PM2.5浓度在冬季浓度较高,达到41.76μg/m3,春季稍低,夏季和秋季持平。PM2.5污染物日变化没有明显的规律性,小时平均浓度大约为31.13μg/m3。PM2.5年变化趋势呈现“单峰”型变化趋势,PM2.5在12月达到浓度最大值46.18μg/m3。(2)采样期间PM2.5质量浓度的空间分布差异不明显,三个监测点之间山大点浓度较高,临港点较低,质量浓度变化范围在34.06335.946μg/m3之间。采样期间有机碳(OC)质量浓度高于元素碳浓度(EC),OC的质量浓度范围在2.9754.183μg/m3之间,EC的质量浓度范围在1.2991.681μg/m3之间。文登位于郊区,生物质燃烧及采暖期间散煤燃烧较多,导致该点碳组分浓度较高;山大点位于市区,碳排放相对较少。水溶性离子质量浓度变化范围为:NO3-(7.3358.321)μg/m3、NH4+(5.1076.183)μg/m3、SO42-(4.4354.731)μg/m3、Na+(0.2130.305)μg/m3、Ca2+(0.5480.767)μg/m3、Cl-(0.6300.873)μg/m3、K+(0.2280.307)μg/m3、Mg2+(0.1410.190)μg/m3。文登点受采暖季燃煤、农业源排放以及二次转化等因素影响,二次离子、K+和Cl-离子质量浓度较高;山大点靠近海边,海盐粒子影响较大,且该点附近存在建筑施工扬尘,导致Na+、Ca2+和Mg2+离子质量浓度较高。金属元素组分中,占比较大的金属元素质量浓度变化范围为:Si(0.3730.658)μg/m3、Al(0.2630.425)μg/m3、Fe(0.4530.5473)μg/m3、Zn(0.1300.185)μg/m3、Cu(0.0400.049)μg/m3、Pb(0.0250.043)μg/m3。山大点受火电厂燃煤排放及附近扬尘影响,导致Si和Al质量浓度较高;临港点由于周边的工业企业排放导致Fe质量浓度较高。(3)污染天PM2.5组分中NH4+、NO3-、SO42-三类离子的浓度总和为62.42μg/m3,清洁天为14.78μg/m3,明显升高,采暖期NO3-主要来源是区域传输,铵盐气溶胶主要来源于输送和本地贡献。污染天水溶性离子的浓度比清洁天高,清洁天水溶性离子在PM2.5中所占的比例高于污染天。海盐离子的变化趋势最为明显,山大点Na+在清洁天PM2.5中的占比为11.14%,污染天比例为3.48%,Mg2+在清洁天PM2.5中的占比为0.62%,污染天为0.24%,由于Na+、Mg2+主要来源于海上的清洁天气团,污染天气团主要来源于内陆,所以Na+、Mg2+在清洁天PM2.5中的占比较高。(4)采样期间共采集到三次典型污染过程,Haze 1的PM2.5浓度为(50.10±35.69μg/m3),Haze2的PM2.5浓度为(74.80±9.09μg/m3),Haze 3的PM2.5浓度为(100.77±15.55μg/m3)。分析三次污染过程细颗粒物组分得出:Haze1中Cl-的浓度(1.13±0.86)μg/m3、占比较高为2.26%,K+质量浓度(0.73±0.52)μg/m3、占比为1.46%,K+是生物质燃烧的特征因子,Cl-是燃烧源的特征因子,Haze 1污染过程受燃烧源排放影响较大。Haze 2中K+占比相较于另两次污染占比小,受燃烧排放影响小。Haze 3中二次无机离子浓度高于前两次污染过程,NO3-、NH4+、SO42-质量浓度分别为(31.27±5.09)、(20.74±2.48)、(13.94±1.94)μg/m3,硝酸盐和硫酸盐区域性传输特征,表明此次污染过程受到区域传输影响,同时Ca2+浓度显著升高,为(1.11±0.20)μg/m3,表明此次污染过程受到土壤扬尘源影响,K+质量浓度(0.60±0.24)μg/m3相较于Haze2也有升高,表明Haze 3也受到燃烧源排放的影响。(5)利用PMF模型对PM2.5行业来源解析的结果表明:威海市环境空气PM2.5中占比最高的组分是二次气溶胶污染源(32.436%),其次为移动源(15.618.9%)、燃煤源(12.117.8%)、生物质燃烧源(9.010.4%)和扬尘源(8.611.3%),贡献比例较小的为工艺过程源(2.18.3%)、非道路移动源(2.43.7%)和海盐(3.55.6%)。因此应重点对排放贡献占比较大的二次无机气溶胶、移动源、燃煤源及生物质燃烧源进行重点控制。提出加强冬季采暖期大气污染管控、加强移动源排放控制、加强对建筑工地、渣土运输车辆等扬尘的精细化管控、完善大气污染监控网络建设等建议。
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