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)測站 吉林 吉林 132012）

董湘軍（中國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)測站 吉林 吉林 132012）

董湘軍（中國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監(jiān)測站數據，對影響吉林市霧霾天氣的氣象條件，汽車尾氣，城市生產生活廢氣，煙花爆竹等生產生活行為進行逐一分析，確定吉林市霧霾產生是上述四種原因所致。對霧霾的主要成分PM2.5進行化學源解析，確定有機碳（OC）是吉林市PM2.5中質量濃度最高的化學組分，其次是NO3-和SO42-，煤煙塵和機動車尾氣是吉林市霧霾的主要貢獻者。

霧霾；原因分析；PM2.5源解析

根據中國環(huán)境監(jiān)測總站空氣質量日報的數據，2016年9月至10月份東北地區(qū)34個城市環(huán)境空氣質量綜合指數評價，34個城市環(huán)境空氣質量綜合指數10月份同比9月份均有升高。其中長春、沈陽和哈爾濱等省會城市已經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，也受到霧霾的嚴重侵襲。本文對可能造成吉林市霧霾天氣的污染來源進行逐一分析，并對吉林市霧霾主要成分-細顆粒物（PM2.5）進行化學源解析，通過科學的手段期望能夠對吉林地區(qū)霧霾天氣污染的防治做出貢獻。

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，這樣的地理條件導致山谷上層空氣受熱，谷底地表太陽輻射削弱，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。這種現象加劇了逆溫層的效應，使污染物不斷積累，空氣質量惡化，形成霧霾天氣。

以吉林市轄區(qū)哈達灣、東局子、電力大學、江北和江南公園這5個環(huán)境空氣自動監(jiān)測點位監(jiān)測結果為研究對象，對2016年12月3日12時至2016年12月4日12時PM2.5的監(jiān)測結果進行分析，如圖1所示。

從圖1可以看出，3日17時到22時之間，5個環(huán)境空氣自動監(jiān)測點位PM2.5的濃度隨著氣溫的降低不斷升高，在19時達到峰值；該結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弱，不利于空氣污染物的擴散，從而導致空氣污染的積累效應，形成霧霾污染天氣。位于吉林市西部、介于北山山系和磨盤山山系間的電力大學子站尤為明顯，隨著溫度的降低，在19時PM2.5將近700μg/m3。

圖1 氣象條件對PM2.5的影響示意圖

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

1.2 汽車尾氣影響分析

吉林市汽車保有量逐年增加，汽車排放的尾氣含有一氧化碳、氮氧化物等污染物。以無車日（9月22日）禁行前及禁行后2個時段為對比，2016年9月22日7時30分至8時45分（禁行前）和8時55分至10時10分（禁行后）NOx和CO的監(jiān)測結果詳見圖2。

對比2個時段的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左右達到峰值。而這個時間段內吉林市轄區(qū)的城市交通恰恰又處于嚴重交通擁堵期，汽車尾氣大量并且集中排放到環(huán)境空氣中，污染物在這一時段持續(xù)升高、積聚，促進霧霾的形成；而禁行后，NOx和CO濃度隨之降低，可見，汽車尾氣是構成霧霾污染天氣的因子。

圖2 禁行前后NOx和CO的監(jiān)測結果示意圖

1.3 城市生產生活廢氣影響分析

吉林市冬季需要使用生產鍋爐和采暖鍋爐燃燒大量的煤炭來維持正常的生產和生活。煤的燃燒導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，隨著小噸位鍋爐的取締和采取集中供熱政策的實施，雖然相對于工業(yè)污染，生活污染廢氣排放量較輕，但整體來看，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，通過吉林市城區(qū)環(huán)境空氣質量指數（AQI）對上述問題進行進一步的分析論證。

吉林市城區(qū)2016年全年的空氣質量指數（AQI）采暖期和非采暖期的統(tǒng)計結果詳見表1。

根據上表，可以得出環(huán)境空氣質量優(yōu)良天數：非采暖季有175d，占全年總天數的48%，采暖季有119d，占全年總天數的33%。然而，重度污染以上（即霧霾污染天氣）天數：非采暖季僅有1d，占全年總天數的0.3%，采暖季卻有20d，占全年總天數的5.5%。結果表明吉林市城區(qū)2016年采暖期霧霾污染天數是非采暖期霧霾污染天數近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生。以2016年春節(jié)為例，自除夕的23時40分至春節(jié)的0時10分對城區(qū)的環(huán)境質量進行監(jiān)測，全市PM2.5平均值為500μg/m3，超過國家大氣環(huán)境質量二級標準5.7倍（二級標準日平均值為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化學源解析

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

表1 2016年吉林市城區(qū)環(huán)境空氣質量指數（AQ）I統(tǒng)計一覽表

根據吉林市城區(qū)的具體情況，選取吉林市哈達灣（工業(yè)區(qū)）、電力大學（文教生活區(qū)）、江北（化工區(qū)）設立的3個有代表性的自動監(jiān)測站為大氣樣品采集點，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，利用ICP-MS等儀器對采集的樣品進行金屬元素、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。詳見表2。

表2 哈達灣、電力大學、江北PM2.5中特征物質質量濃度一覽表

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

根據表2可知，OC是吉林市細顆粒物（PM2.5）中質量濃度最高的化學組分，其次是NO3-和SO42-，而煤煙塵和機動車尾氣是貢獻OC的主要源，這說明吉林市霧霾主要污染源是煤煙塵和機動車尾氣。

3 建議

建議政府采取更為嚴格的措施，冬季實行集中供暖，依法取締一些違法私建的鍋爐；強化投資發(fā)展吉林市公共交通系統(tǒng)，財政向公共交通系統(tǒng)傾斜；加快“黃標車”的淘汰進程，實現油品升級。建議市民建立一個低碳環(huán)保的生活理念，節(jié)約用水、用電，盡量選擇公共交通出行，通過每個人的努力，建設吉林市“藍天白云”的美好家園。

4 結論

霧霾天氣現象發(fā)生的原因本質是由于空氣的污染，應對霧霾天氣，解決空氣污染，是環(huán)保的重任。這個環(huán)保不是狹隘意義上的環(huán)保部門工作，也有賴于國家行政體系轉變思路。解決環(huán)保問題不僅僅要從政府、企業(yè)、社會做起，也應該從自我做起。

〔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)境學報，2012，21（9）：1574-1579.

〔2〕范慧君，紀德鈺，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〕.中國環(huán)境管理干部學院學報，2014，24（5）：46-50.

〔3〕HJ/T194—2005環(huán)境空氣質量手工監(jiān)測技術規(guī)范〔S〕.

〔4〕張更宇，吳超，鄧宇杰.電感耦合等離子體質譜（ICPMS）聯用技術的應用及展望〔J〕.中國無機分析化學，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譜法測定準東煤中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)測與治理。