杜娟，張志朋，宋韶華，易春盛，計曉梅，黎泳珊

(桂林市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西 桂林 541002)

桂林市細(xì)顆粒物部分典型排放源的粒徑譜及成分分析

杜娟，張志朋*，宋韶華，易春盛，計曉梅，黎泳珊

(桂林市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西 桂林 541002)

單顆粒氣溶膠質(zhì)譜；源解析；典型排放源；桂林；可入肺顆粒物

桂林是世界著名的風(fēng)景旅游名城、歷史文化名城和國家環(huán)保模范城市。近年來隨著經(jīng)濟(jì)、人口數(shù)量和各行各業(yè)的快速發(fā)展，城市環(huán)境空氣質(zhì)量逐年下降，出現(xiàn)了以顆粒物(PM10和PM2.5)為特征污染物的污染天氣[1]。

2014年桂林市PM2.5年均值為66 μg/m3，日均值達(dá)標(biāo)率僅為68.5%[2-4]。PM2.5能導(dǎo)致大氣能見度下降，是灰霾等大氣污染現(xiàn)象產(chǎn)生的主要誘因，已成為影響城市空氣質(zhì)量的重要因素，對人體的健康也產(chǎn)生巨大威脅[5-6]。

開展大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)來源解析工作是開展細(xì)顆粒物污染防治工作的基礎(chǔ)和前提，是制定環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)規(guī)劃和重污染天氣應(yīng)急預(yù)案的基礎(chǔ)和依據(jù)。傳統(tǒng)大氣顆粒物源解析技術(shù)有3種：分別為排放源清單法、源擴(kuò)散模型法和受體模型法[7]。近年來發(fā)展的單顆粒質(zhì)譜在線源解析法是利用在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展起來的新型源解析方法。其通過對典型排放源直接采樣質(zhì)譜分析，獲得源譜圖，對代表性監(jiān)測點(diǎn)位的細(xì)顆粒物進(jìn)行直接分析，通過自適應(yīng)共振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法(ART-2a)、k-means等分類模型計算，定量解析各污染源類對環(huán)境空氣中細(xì)顆粒物的貢獻(xiàn)。該方法節(jié)省了對源樣品和受體樣品膜收集、實驗室分析的煩瑣步驟，實現(xiàn)快速、精準(zhǔn)、連續(xù)地進(jìn)行源解析，而且成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的實驗室分析[8-16]。

現(xiàn)采用在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜技術(shù)源解析方法對桂林市PM2.5典型排放源的粒徑和化學(xué)成分進(jìn)行質(zhì)譜分析，共采集6類12種典型排放源，僅分析4類7種排放源的粒徑分布及化學(xué)成分(其余5種排放源的分析參見文獻(xiàn)[17])，期望從單顆粒角度解析桂林市典型污染源中的氣溶膠理化特征，為進(jìn)一步開展大氣細(xì)顆粒物源解析工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)控制大氣環(huán)境提供有效的決策依據(jù)。

為規(guī)范和推動四川省家庭服務(wù)業(yè)發(fā)展，依據(jù)中國家庭服務(wù)業(yè)協(xié)會的管理體制，四川省家庭服務(wù)業(yè)聯(lián)席會議辦公室積極與四川省商務(wù)廳溝通和協(xié)商，決定成立由四川省商務(wù)廳主管、四川省家庭服務(wù)業(yè)聯(lián)席會議辦公室業(yè)務(wù)指導(dǎo)，由發(fā)展家庭服務(wù)業(yè)促進(jìn)就業(yè)部際聯(lián)席會議辦公室確認(rèn)的四川省43個千戶百強(qiáng)家庭服務(wù)業(yè)企業(yè)和四川省商務(wù)廳確定的《四川省家政重點(diǎn)聯(lián)系企業(yè)名單》中30個重點(diǎn)家政企業(yè)為骨干的四川省家庭服務(wù)業(yè)協(xié)會。

1 研究方法

測試儀器為單顆粒氣溶膠飛行時間質(zhì)譜儀(SPAMS 515)(廣州禾信分析儀器有限公司)。采集數(shù)據(jù)軟件為YAADA(Version2.1，運(yùn)行在Matlab平臺)，軟件核心為ART-2a法則，該法則運(yùn)行的3個主要參數(shù)分別為警戒因子、學(xué)習(xí)因子和迭代次數(shù)。

根據(jù)文獻(xiàn)[7]，選取桂林市對PM2.5貢獻(xiàn)較大的燃煤源/燃?xì)庠?、工業(yè)工藝源、油煙源、揚(yáng)塵源進(jìn)行采集，燃煤、工業(yè)工藝、油煙源利用煙槍和采樣泵將煙道氣直接抽入8 L鋁箔氣袋，立即帶回儀器處測定；揚(yáng)塵樣品直接掃取塵樣，再懸浮后直接進(jìn)樣測定。每個源至少采集2個平行樣品，保證數(shù)據(jù)的重復(fù)性。

按時間區(qū)分，2008年之前是各家各戶的小烤房、節(jié)能立式爐等。2008年之后，保山市隆陽區(qū)丙麻鄉(xiāng)不再建設(shè)小烤房，轉(zhuǎn)入臥式密集氣流下降式烤房建設(shè)。截至2018年，共建設(shè)102群816座。2015年又陸續(xù)出現(xiàn)了果蔬烘干機(jī)，建成在用的有160座。

水泥廠、鐵合金企業(yè)、制藥廠工業(yè)工藝氣體排放的細(xì)顆粒物粒徑分布和平均質(zhì)譜圖見圖2(a)(b)(c)。

由圖1可見，燃煤源細(xì)顆粒物粒徑為0.5～1.2 μm，燃?xì)庠醇?xì)顆粒物粒徑為0.5～1.0 μm。燃煤源的峰值粒徑為0.58 μm，<1.0 μm粒子比例為92.6%。燃?xì)庠捶逯盗綖?.56 μm，<1.0 μm的粒子比例為94.7%。2者的特征離子都為Fe+、Cl-、純黑炭、有機(jī)低聚物。

2.1 燃煤/燃?xì)?/p>

2 典型排放源細(xì)顆粒物特征

高超音速飛行器是當(dāng)前航天航空領(lǐng)域的重要前瞻性技術(shù)，其在服役過程中承受極大熱載荷和力學(xué)載荷，這對高超音速飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)提出了極高的要求[1-3]，所用材料需具備良好的比強(qiáng)度，高溫性能和質(zhì)輕等特點(diǎn)。先進(jìn)C/C復(fù)合材料與傳統(tǒng)的高溫合金相比，具有低密度、高比強(qiáng)、耐燒蝕、抗熱震、更高的耐溫能力、耐磨性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[4-6]，它是超音速飛行器熱結(jié)構(gòu)部件最有研究價值的候選材料之一。

在面積不大、形狀不規(guī)則的用地里，既要營造傳統(tǒng)園林曲徑通幽、移步異景等園林藝術(shù)特點(diǎn)，又要兼顧傳統(tǒng)建筑方正規(guī)整的建筑特點(diǎn)，為余蔭山房的設(shè)計帶來了一定程度的困難。余蔭山房通過巧妙的空間構(gòu)思與合理的建筑語言，解決了建筑與園林用地和使用者之間的關(guān)系。

采集燃煤磚廠和燃?xì)忮仩t排放的氣體樣品作為燃煤/燃?xì)庠吹拇恚济捍u廠和燃?xì)忮仩t排放細(xì)顆粒物粒徑分布和平均質(zhì)譜圖見圖1(a)(b)。

圖1 燃煤磚廠、燃?xì)忮仩t排放細(xì)顆粒物粒徑分布和平均質(zhì)譜圖

采樣時注意排放源、所采集樣品在空間和時間上的代表性。污染源處于正常工況條件，按《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB 16157—1996)操作。

2.2 工業(yè)工藝

待測顆粒粒徑范圍：0～2.5 μm；顆粒粒徑檢測速度：20個/s；擊打率：>20%；質(zhì)譜分辨率：優(yōu)于500 FWHM；化學(xué)成分可測量范圍：1～500 u；采用266 nm激光電離，電離激光器的能量為0.5～0.6 mJ，產(chǎn)生能量密度為108 W/cm2；氣體進(jìn)樣標(biāo)準(zhǔn)流量：75 mL/min；試驗中，采用聚苯乙烯(PSL)小球進(jìn)行粒徑校正，用金屬標(biāo)準(zhǔn)液(碘化鈉)進(jìn)行質(zhì)譜校正[10]。

鉆孔灌注樁施工特點(diǎn)，施工的噪聲小，振動??；能夠建造比預(yù)制樁的直徑大的多的樁；這一施工技術(shù)沒有太多的施工條件限制，在任何地基上都是可以使用；施工的質(zhì)量決定樁的承載力；因為施工的關(guān)注特定，所以混凝土難以控制質(zhì)量；鉆孔灌注樁也存在費(fèi)工費(fèi)時，成孔速度比較慢以及泥渣具有污染性的缺點(diǎn)。

由圖2可見，水泥廠細(xì)顆粒物粒徑為0.5～1.5 μm，制藥廠細(xì)顆粒物粒徑范圍在0.4～1.2 μm之間，因鐵合金廠工藝氣打擊顆粒不足，未對其粒徑波峰進(jìn)行統(tǒng)計。水泥廠細(xì)顆粒物的峰值粒徑為0.62 μm，<1.0 μm的粒子比例為90.8%。制藥廠細(xì)顆粒物的峰值粒徑為0.67 μm，<1.0 μm的粒子比例為89.5%。工業(yè)工藝源特征離子為Fe+、PO3-、Li+、黑炭類、有機(jī)低聚物等。

浮動核電站是將核動力裝置安裝在海上平臺上并提供能源的裝置，浮動核電站能夠同時提供電、熱、淡水和高溫蒸汽等多種產(chǎn)品，可滿足區(qū)域供電、區(qū)域供熱、海上石油開采、化工、極地或偏遠(yuǎn)地區(qū)、孤島等的特殊能源需要，具有靈活性強(qiáng)、用途廣泛的特征[1-4].

圖2 水泥廠窯尾、鐵合金廠、藥廠提取車間排放細(xì)顆粒物粒粒徑分布和平均質(zhì)譜圖

2.3 揚(yáng)塵

圖3為建筑揚(yáng)塵的細(xì)顆粒物粒徑分布和平均質(zhì)譜圖。由圖3可見，建筑揚(yáng)塵細(xì)顆粒物粒徑為0.4～2.5 μm，峰值粒徑為0.75 μm，<1.0 μm粒子比例為64.2%，建筑揚(yáng)塵顆粒物粒徑分布較為分散。特征離子為Al+、SiO3-、Ca+、CaO、PO3-、Na+、K+及腐殖質(zhì)。

2.4 餐飲油煙

圖4為餐飲油煙的細(xì)顆粒物粒徑分布和平均質(zhì)譜圖。由圖4可見，油煙源細(xì)顆粒物粒徑為0.3～1.6 μm，峰值粒徑為0.73 μm，<1.0 μm的粒子比例為79.4%。油煙源主要特征離子為Ca+、Ca(OH)2、Cl-、Na+和油酸。

圖3 建筑揚(yáng)塵細(xì)顆粒物粒徑分布和平均質(zhì)譜圖

圖4 餐飲油煙細(xì)顆粒物粒徑分布和平均質(zhì)譜圖

3 結(jié)論

研究表明，有機(jī)碳、硝酸鹽和硫酸鹽顆粒主要通過散射作用降低能見度，而元素碳顆粒則主要通過吸收可見光降低能見度，當(dāng)元素碳與其他成分以內(nèi)混形式存在時，吸光能力進(jìn)一步增強(qiáng)。由排放源細(xì)顆粒物平均質(zhì)譜圖可知，元素碳主要來源于機(jī)動車尾氣、燃煤以及生物質(zhì)燃燒的排放；有機(jī)碳主要來源于燃煤、生物質(zhì)燃燒以及工業(yè)工藝的排放；元素碳與有機(jī)碳混合顆粒主要來源于機(jī)動車尾氣、燃煤與工業(yè)工藝源的排放；富錳顆粒主要來源于汽油車尾氣的排放；含鐵顆?？赡軄碓从趽P(yáng)塵顆粒、鋼鐵工業(yè)與燃煤排放；富鉀顆粒主要為二次轉(zhuǎn)化生成的無機(jī)顆粒；礦物質(zhì)顆粒主要來源于揚(yáng)塵；左旋葡聚糖顆粒主要來源于生物質(zhì)燃燒；其他金屬則主要為工業(yè)工藝排放的顆粒[18]。

[1] 張志朋，宋玉俠，鄒志勇，等.基于環(huán)境庫茲涅茨曲線特征的桂林市大氣環(huán)境狀況研究[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2014，26(1)：14-18.

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[3] 環(huán)境保護(hù)部. 環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)：HJ 633—2012[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社， 2012.

[4] 環(huán)境保護(hù)部.環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(試行)：HJ 663—2013 [S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社， 2012.

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[7] 環(huán)境保護(hù)部.大氣顆粒物來源解析技術(shù)指南(試行)[G].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2013.

[8] 張雅萍，楊帆，汪明明，等.運(yùn)用單顆粒氣溶膠質(zhì)譜技術(shù)研究上海大氣重金屬(Zn，Cu)污染[J].復(fù)旦學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010(1)：51-59，65.

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[18] WAGGONER A P， CHARLSON R J. Fine particles： Aerosol generation， measurement， sampling and analysis[M].New York： Academic Press，1976.

Particle Size Spectra and Chemical Composition Analysis of Some Typical Emission Source from PM2.5in Guilin

DU Juan， ZHANG Zhi-peng*， SONG Shao-hua， YI Chun-sheng， JI Xiao-mei， LI Yong-shan

(GuilinEnvironmentalMonitoringCenter，Guilin，Guangxi541002，China)

Single-particle aerosol mass spectrometry； Source apportionment； Typical emission source；Guilin; PM2.5

2016-01-05；

2016-06-18

桂林市環(huán)境保護(hù)專項資金資助項目[201501(HJBHZXZJ201501)]

杜娟(1977—)，女，高級工程師，農(nóng)學(xué)學(xué)士，從事大氣污染與防治研究工作。

*通訊作者：張志朋 E-mail：115040348@qq.com

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