典型寒地城市大氣顆粒物污染特性與源解析研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，以城市為中心的大氣污染問題日趨嚴(yán)重，而污染源頭的控制是解決大氣顆粒物污染的關(guān)鍵所在，源解析技術(shù)作為空氣質(zhì)量分類管理的一種手段已經(jīng)得到越來越多的重視。以哈爾濱為代表的我國典型寒地城市，空氣質(zhì)量不容樂觀，顆粒物已成為城市大氣的首要污染物，但對其進(jìn)行的相關(guān)研究與南方城市相差甚遠(yuǎn)，尤其是污染特性的綜合研究方面仍屬于空白。本研究針對典型寒地城市—哈爾濱市的空氣質(zhì)量狀況，將 TSP、PM10和PM2.5三種大氣顆

2、粒物作為采集對象，從顆粒物的濃度特征和理化特性分析入手，重點(diǎn)利用掃描電鏡、主成份及化學(xué)質(zhì)量平衡受體模式對大氣顆粒物污染來源進(jìn)行解析。在此基礎(chǔ)上研究特殊天氣及特征污染期顆粒物的污染特性和貢獻(xiàn)來源。并以源解析研究結(jié)果為依據(jù)，針對哈爾濱市目前存在的環(huán)境問題，提出對空氣污染分級管理與分類控制措施，對有效控制哈爾濱市大氣顆粒物污染，改善空氣質(zhì)量具有重要的意義。
　　對哈爾濱市連續(xù)兩年的大氣顆粒物進(jìn)行多監(jiān)測點(diǎn)的平行采集，分析每個樣品的質(zhì)量濃度

3、和主要化學(xué)成分。研究結(jié)果表明：哈爾濱市的PM10全年超標(biāo)，PM2.5高出歐盟標(biāo)準(zhǔn)2~8倍，兩者分別占大氣顆粒物總質(zhì)量的75％和45%左右；大氣顆粒物離子成分中，SO42+、NO3-和NH4+離子可占大氣顆粒物總離子質(zhì)量的70%以上，且在冬季時其濃度最高，而 Na+、Mg2+、Cl-離子相對較低，全年變化不明顯，K+和F-離子濃度在采暖月份較高，但夏季時最低；大氣顆粒物無機(jī)元素成分中，S、Ca、Si元素在全年濃度相對較高，Ca元素季節(jié)變化

4、較明顯，在7、8月份其濃度最高，S元素在采暖期濃度水平最為突出，K元素在秋季和冬季排放量增大；在大氣顆粒物碳成分中，OC在春、秋和冬季濃度都很高，且最高點(diǎn)出現(xiàn)在1月份（濃度是7月的5～7倍），EC的月變化不明顯，其化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定；大氣顆粒物的OC/EC全年均大于2，說明由二次反應(yīng)形成大氣顆粒物的現(xiàn)象很普遍，其最高值出現(xiàn)在冬季的1月份和12月份最為強(qiáng)烈，可達(dá)夏季的5～6倍，其中PM2.5的OC/EC最高，原因是細(xì)顆粒比表面積大，更容易吸

5、收和富集有機(jī)物。
　　采用掃描電鏡對顆粒物的表面形態(tài)、分布特征進(jìn)行觀察，以源樣品電鏡掃描數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對污染源進(jìn)行定性分析。研究結(jié)果表明：PM10質(zhì)地致密，多為片狀結(jié)構(gòu)且形狀不規(guī)則，可見多個單個源，分析其來源于土壤揚(yáng)塵、礦物顆粒等；而 PM2.5多為圓形，表面較光滑，且成團(tuán)狀或鏈狀，分析為燃燒顆粒或二次有機(jī)顆粒；從四季特征看，春季和夏季顆粒物尺寸較大，呈自然堆積狀態(tài)，質(zhì)地密實(shí)、表面光滑、多為長形或圓形，分析為揚(yáng)塵或土壤塵；而秋季和冬

6、季以細(xì)顆粒物居多，多為絮狀物中夾雜形狀不規(guī)則、表面粗糙、明暗相間的顆粒，分析為未完全燃燒產(chǎn)物，一些無棱角、表面光亮，呈球狀的顆粒，分析為二次有機(jī)產(chǎn)物或煤炭揮發(fā)份聚合產(chǎn)物。
　　采用主成分和化學(xué)質(zhì)量平衡模型對顆粒物四季污染源進(jìn)行定量解析，研究結(jié)果表明：對于PM10，春季時其主要貢獻(xiàn)源是煤燃燒、二次硫酸鹽和化工業(yè)；夏季時，化工業(yè)占高比率，焚燒爐貢獻(xiàn)增加；秋季時，煤燃燒和二次硫酸鹽貢獻(xiàn)率大，其次揚(yáng)塵，同時交通塵貢獻(xiàn)率增加，處于四季最高；

7、而冬季時，仍然是煤燃燒貢獻(xiàn)最大，同時伴隨著二次硫酸鹽和有機(jī)碳的增加，化工業(yè)和水泥業(yè)貢獻(xiàn)比例下降。PM2.5污染源特性與PM10相似，但在貢獻(xiàn)比例上有所不同，其中土壤和揚(yáng)塵對 PM2.5的貢獻(xiàn)比例均小于PM10，而煤燃燒對 PM2.5的貢獻(xiàn)比例在四季則均大于PM10，說明土壤和揚(yáng)塵多為粗顆粒，煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物多為絮狀細(xì)粒子。
　　針對哈爾濱的典型天氣形態(tài)和特殊污染時期，研究不同條件下顆粒物的化學(xué)特性和污染來源，研究結(jié)果表明：采暖時

8、期，交通、煤燃燒、硫酸鹽、硝酸鹽和有機(jī)碳貢獻(xiàn)量增加，以煤燃燒最明顯，有機(jī)碳雖然貢獻(xiàn)率較小，但在采暖期是非采暖期的5倍左右，說明煤燃燒或與采暖有關(guān)的污染源在采暖期釋放較多的一次或二次顆粒物；灰霾天氣時期，大氣顆粒物濃度明顯增高，SO42-、NO3-、S、K和OC增加最為明顯，OC/EC是正常天氣的3倍，表明二次有機(jī)碳污染嚴(yán)重，其次是揚(yáng)塵、二次硫酸鹽和二次硝酸鹽；沙塵時期，Na、Si、Al、Ca、Fe、K、Mg含量升高，是非沙塵期的2~3倍

9、，多為粗顆粒的土壤塵，利用逆軌跡模式判斷此次沙塵起始于內(nèi)蒙古西北部及中部地區(qū)，南下經(jīng)山西轉(zhuǎn)向東北方向傳輸，當(dāng)風(fēng)源起點(diǎn)向南轉(zhuǎn)移，沙塵天氣也隨之結(jié)束。
　　可將城市機(jī)動車尾氣、揚(yáng)塵、工業(yè)排放源及燃煤煙塵作為重點(diǎn)防治對象。通過限制機(jī)動車上路量、鼓勵小排量車以及燃料改造控制機(jī)動車尾氣排放。揚(yáng)塵可通過及時清理道路積塵、對廢棄物等進(jìn)行封閉處理以及對流散物體車輛進(jìn)行管理來控制。調(diào)整工業(yè)布局是控制工業(yè)源污染的重心。燃煤煙塵是大氣污染治理重點(diǎn)，應(yīng)做