郴州市大气PM2.5污染特征及来源分析

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近年来,由于我国忽视了以颗粒物为代表(特别是PM2.5)的污染物控制,导致在全国范围内出现许多的雾霾事件,特别是在春冬季节显得更加严重,而引发这类型的雾霾事件主要原因就是PM2.5浓度超标。同时因为不同城市之间发展水平以及主导产业的差别,不同城市之间的细颗粒物的污染情况存在较大差别,所以对我国不同地区城市PM2.5的来源进行解析具有非常重要的实际意义。本研究选取郴州市为研究地点,对该区域内的大气PM2.5进行环境受体样品和污染源样品的采样和分析,得出其中的化学组分信息,最后运用数据分析模型及软件得出郴州市大气PM2.5的来源。本文的主要研究结论有:(1)研究区域内大气PM2.5的年均质量浓度为40.1μg/m3,春、夏、秋、冬四个季节的PM2.5平均浓度分别为27.9μg/m3、31.8μg/m3、46.7μg/m3、55.9μg/m3。春夏季节空气质量良好,秋冬季节存在一定的污染超标情况。根据各采样点情况发现不同城市功能区之间PM2.5的浓度差别较大,主要以市区采样点浓度偏高。(2)根据对郴州市大气PM2.5的化学组分分析的结果表明,水溶性离子是郴州市PM2.5中含量最高的组分,为35.3%;其次是碳组分,为22.9%,无机元素的占比最小;二次无机气溶胶是水溶性离子中占比最高的三种离子,占总水溶性离子的84.7%;无机元素中Al、Fe、Zn、Cu、Pb、Cr、Mn、As、Si和Ti的含量最大,它们的质量浓度之和可以达到总检测的无机元素的90.6%。(3)通过水溶性离子的酸碱度分析结果表明采样期间郴州市大气PM2.5的AE/CE(阴离子当量/阳离子当量)均小于1,说明郴州市大气中的PM2.5均呈现出碱性,从季节特征来说AE/CE值由大到小依次为秋季>冬季>春季>夏季,郴州市秋冬季节大气PM2.5的酸性要大于春夏季节,说明秋冬季节PM2.5中的阴离子亏损要更小。相关性分析结果表明NO3-、SO42-、NH4+和K+跟PM2.5具有比较好的相关性,碳组分之间的相关性也较好,说明OC(有机碳)和EC(无机碳)之间具有很好的同源性,因为当地不同季节的气象条件的差异,OC和EC在秋冬季节具有更好的相关性,而在春夏季节则相对较低。郴州市大气中PM2.5的[NO3-]/[SO42-]的年平均变化范围为0.200.76,小于1,说明煤烟型污染是郴州市大气污染的主要来源。无机元素的富集因子分析结果表明,Cd、Ag、Bi、Sb、As、Cu、Pb、Zn元素的富集因子均超过了100,所以人为污染对这些元素的贡献很大;Cd元素的富集因子最大,在4181.710880.90之间;代表化石燃料的标识元素Cr、Ni、V元素的富集因子为10100,说明它们主要也是受到人为污染;Fe、Al元素是地壳来源的标识元素,它们的富集因子小于1,所以主要来源于自然源。(4)通过主成分分析(PCA)得出郴州市大气PM2.5的来源主要有燃烧源、机动车尾气源、硫酸盐和硝酸盐源、土壤源、城市扬尘源和冶金源。其中市区采样点(北湖区市职中和苏仙区环保局)中机动车尾气源和燃煤源的贡献更加突出;永兴县和资兴县两个采样点的燃煤源对PM2.5的贡献更加突出;宜章县与桂阳县的土壤源和城市扬尘源的作用更加突出。(5)最后通过建立污染源成分谱与受体成分谱,并将其带入CMB源解析模型,结果表明二次硫酸盐对PM2.5的分担率最高(19.3%),是PM2.5的主要来源,年均贡献值可以达到7.7μg/m3;直接排放源分担率最大的是燃煤尘(14.8%),年均贡献值达到5.9μg/m3;建筑尘、冶金尘和生物质燃烧三类源分担率和仅为19.9%。PCA和CMB的解析结果符合较好,它们对污染源的贡献率的估算大致相等,说明本次对郴州市大气PM2.5的来源解析结果可靠。
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