空气颗粒物污染特点

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本文作者：宋晓晖1毕晓辉1吴建会1林丰妹2焦荔2张裕芬1冯银厂1作者单位：1.南开大学环境科学与工程学院2.杭州市环境监测中心站

我国空气颗粒物来源复杂、区域特征明显，是大气环境中化学组成最复杂、危害最大的污染物之一［1］。环境监测数据表明，空气颗粒物是中国多数城市的首要空气污染物。近年来，随着经济的发展、城市化水平的提高以及能源消耗的增加，许多城市的大气环境状况有所变化，空气颗粒物的粒径特征和化学组分以及污染来源也发生着相应的变化［2，3］。在北京、上海、广州等大型城市，机动车排放已经成为城市空气颗粒物的第一大污染源［4，5］，城市大气环境呈现出以二氧化硫、氮氧化物、臭氧和细颗粒物（PM2．5）为主要污染物的复合型污染特征［6－8］。根据杭州市空气颗粒物的排放量、环境浓度资料以及颗粒物来源解析结果，分析近年来杭州市空气颗粒物污染特征及演变规律，为未来有效开展颗粒物污染防治提供科学依据。

1杭州市空气可吸入颗粒物（PM10）变化特征

根据《环境空气质量标准》（GB3095—1996），城市一类、二类功能区分别执行一级、二级标准，PM10的年均质量浓度限值分别为0．04、0．10mg／m3。通过《杭州市环境质量报告书》［9］得到2006—2010年杭州市一类、二类功能区PM10的质量浓度变化（如图1所示）。由图1可见，2006—2010年杭州市一类功能区的PM10均超过GB3095—1996限值。其中2008年一类功能区PM10年均质量浓度为0．112mg／m3，超出一级标准1．8倍，但2008年以后浓度有下降趋势。一类功能区PM10污染较严重。杭州市二类功能区PM10浓度自2008年起达到GB3095—1996二级标准。2010年PM10年均质量浓度为0．088mg／m3，较2006年的0．105mg／m3下降了16．2％，PM10污染状况有明显改观。

2杭州市空气PM2．5变化特征

2006—2010年杭州市PM2．5质量浓度年均值及PM2．5／PM10（两者浓度比，下同）如图2所示。由图2可见，2006—2010年杭州市PM2．5质量浓度年均值为0．061～0．083mg／m3。以美国环境保护署2006年提出的PM2．5年均质量浓度标准限值0．015mg／m3来衡量，杭州市PM2．5的年均浓度是其4～6倍。2008、2009、2010年环境空气中PM2．5／PM10分别为0．774、0．619、0．660，总体均在0．6以上，与广州市区［10］、北京城区［11］的PM2．5／PM10相当（分别为0．59、0．4～0．6）。说明杭州市空气颗粒物污染以PM2．5为主，大气复合型污染特征较为明显。这与杭州市近年来的机动车保有量、能源消耗量的大幅增加有关。有关数据表明，杭州市区民用汽车保有量从2002年的43．8万辆迅速上升到2008年的101．9万辆，增长率超过130％［12］。同时也在一定程度上反映出杭州市未能在PM2．5污染方面开展显著的防治措施。

3杭州市空气颗粒物的化学组分特征

根据2006、2008年杭州市空气颗粒物受体成分谱［13，14］，比较分析空气颗粒物的化学组分变化特征，结果如图3所示。由图3可见，空气颗粒物中总碳（TC）是含量最高的化学组分，SO2－4次之，有机碳（OC）、Si、NO－3、Ca等含量也相对较高。各种粒径的颗粒物来源不同，其化学组成又存在明显差异。来源于开放源类的Si、Ca等元素在总悬浮颗粒物（TSP）中的含量最高，而在PM2．5中含量最低；来源于空气颗粒物二次转化、机动车排放等的SO2－4、NO－3和TC在PM2．5中含量最高，而在TSP中含量最低［15，16］。PM2．5中OC浓度高于元素碳（EC）浓度。杭州市PM2．5中OC／EC（两者浓度比，下同）为2．43，变化在1．19～4．39。杭州市各季OC／EC均值大于2．0，表明杭州市可能存在二次有机气溶胶污染，其对空气颗粒物中的OC有一定贡献［17，18］。从时间变化来看，尽管2006—2008年杭州市空气颗粒物浓度有一定升高，但SO2－4、NO－3的浓度却有所降低，降幅均在20％左右。SO2－4的减少可能与杭州市近年针对SO2减排开展了一系列措施有关。2010年SO2的环境浓度较2006年下降了49％。尽管杭州市机动车保有量大幅度增加，但生活源NOX排放量却稳中有降，NO2环境浓度也基本保持稳定，且均达到GB3095—1996二级标准，空气颗粒物中NO－3的比例也未升反降。在一定程度上说明杭州市对SO2、NOX排放的控制措施取得了一定的成效。与同位于长三角地区的南京市和无锡市相比［19，20］（见表1），杭州市PM10中的Ca、Na、Al、OC、TC等含量相对较低，Cu、Zn、Pb的含量相对较高，这可能与杭州市存在一些金属冶炼工业有关；杭州市空气中的SO2－4、NO－3明显高于另外两个城市，说明其空气颗粒物的二次转化、机动车尾气尘等产生的二次粒子污染严重。2006年后为加强机动车油品质量，杭州市对新车执行“国Ⅲ”标准，对部分未达到“国Ⅰ”标准的高排放车辆采取限行措施，其环境效益表现为空气中NOX浓度的降低；但是在PM2．5以及挥发性有机物方面，杭州市目前尚未实施针对性强、成效显著的管理政策，相关控制措施亟待加强。

4杭州市空气颗粒物来源变化特征

4．1空气颗粒物来源时间变化特征

表2为2002、2006、2008年杭州市PM10中各源类的贡献率［21，22］。以土壤尘、城市扬尘和建筑尘为代表的开放源类的总体贡献率从2002年的43．8％、2006年的44．7％降低到2008年的42．0％；近十年杭州市针对重点燃煤源等实施了一系列治理措施，效果显著。煤烟尘的贡献值从2002年的21．1μg／m3降低到2008年的10．7μg／m3，贡献率也从16．2％降低到10．7％。2007年杭州市重点燃煤源普查数据显示，虽然4t／h以上的锅炉平均除尘效率在80％以上，但2007年以后杭州市的工业能源消耗总量有明显的上升趋势，相应的烟尘排放总量也有所增加。由于以煤炭为主的能源消费格局不会很快改变，再加上经济发展的需求，煤炭的消耗在一段时间内很难有显著减少。因此，煤烟尘进一步削减空间相对较小。城市扬尘以及二次粒子（SO2－4、NO－3等）是杭州市PM10的主要来源，两者所占比例相对较高。机动车尾气尘作为另一重要源类对PM10的贡献率在近几年也有所上升，从2002年的17．7％、2006年的16．9％上升到2008年的18．1％。这与杭州市机动车保有量的迅速增长有关。因此，应逐步改善公共交通系统、加强公共交通管理［23，24］，有效地缓解日益增多的私家车对城市空气环境带来的压力。

4．2不同粒径的空气颗粒物来源特征

根据2006年杭州市空气颗粒物源解析结果，分析不同粒径颗粒物的来源特征，结果如表3所示。2012年7月由表3可见，不同粒径颗粒物的来源存在共性与差异，PM10和PM2．5的主要来源类似，以城市扬尘、机动车尾气尘为主。其中城市扬尘对PM10、PM2．5的贡献分别为23．7％、20．3％；机动车尾气尘对PM10、PM2．5的贡献率分别为16．9％、21．6％。二次粒子、煤烟尘等细颗粒物排放源对PM2．5的贡献率均高于PM10。在PM10中，占有较大比例的土壤尘（贡献率为13．0％）对PM2．5的贡献率仅为8．2％。

5结论与建议

杭州市空气颗粒物污染特征及演变趋势显示为：（1）空气中PM10浓度有所下降，但一类功能区PM10污染依然严重；（2）2006—2010年杭州市PM2．5质量浓度年均值为0．061～0．083mg／m3，PM2．5／PM10平均稳定在0．6以上，杭州空气颗粒物污染以PM2．5为主；（3）各种粒径空气颗粒物的来源有所不同，其化学组成也存在明显差异。与南京、无锡市相比，杭州市由空气颗粒物的二次转化、机动车尾气尘等产生的二次粒子污染相对严重；（4）煤烟尘对杭州PM10的贡献率下降明显，但煤烟尘继续削减的空间相对较小，城市扬尘、二次粒子和机动车尾气尘对PM10的贡献率有所增加，是杭州市PM10的主要来源。

根据杭州市空气颗粒物污染特征及来源分析，城市扬尘和机动车尾气尘是未来杭州市空气颗粒物污染防治的重点源类。针对颗粒物污染特征的演变趋势，建议加强PM2．5以及针对挥发性有机物（VOCs）、SO2、NOX等二次粒子前体物的控制；进一步加强汽车及交通管理，减少机动车尾气污染，施行精细化环境空气质量管理。