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天津市典型区域PM2.5中水溶性离子污染特征.pdf

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天津市典型区域PM2.5中水溶性离子污染特征.pdf

第 3 2 卷 第 8 期 2 0 1 9 年 8 月 环 境 科 学 研 究 R e s e a r c h o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s V o l . 3 2 ꎬ N o . 8 A u g . ꎬ 2 0 1 9 收 稿 日 期 2 0 1 8  ̄ 0 7  ̄ 2 0 修 订 日 期 2 0 1 8  ̄ 1 1  ̄ 0 4 作 者 简 介 肖 致 美 1 9 7 2  ̄ ꎬ 女 ꎬ 河 南 扶 沟 人 ꎬ 高 级 工 程 师 ꎬ 博 士 ꎬ 主 要 从 事 大 气 污 染 防 控 研 究 ꎬ x i a o z h i m e i 0 1 @ 1 6 3 . c o m . ∗ 责 任 作 者 ꎬ 陈 魁 1 9 7 5  ̄ ꎬ 男 ꎬ 江 苏 宿 迁 人 ꎬ 正 高 级 工 程 师 ꎬ 硕 士 ꎬ 主 要 从 事 大 气 污 染 防 控 研 究 ꎬ k u i c h e n @ 1 2 6 . c o m 基 金 项 目 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 N o . 2 0 1 6 Y F C 0 2 0 8 5 0 0 ꎻ 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 N o . 2 0 1 4 B A C 2 3 B 0 0 S u p p o r t e d b y N a t i o n a l K e y R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t P r o g r a m o f C h i n a N o . 2 0 1 6 Y F C 0 2 0 8 5 0 0 ꎻ N a t i o n a l K e y T e c h n o l o g y R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t P r o g r a m o f C h i n a N o . 2 0 1 4 B A C 2 3 B 0 0 天 津 市 典 型 区 域 P M 2􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 污 染 特 征 肖 致 美 1 ꎬ 徐 虹 1 ꎬ 李 鹏 1 ꎬ 杨 宁 1 ꎬ 邓 小 文 1 ꎬ 陈 魁 1 ∗ ꎬ 杨 文 2 1 . 天 津 市 生 态 环 境 监 测 中 心 ꎬ 天 津 3 0 0 1 9 1 2 . 中 国 环 境 科 学 研 究 院 ꎬ 北 京 1 0 0 0 1 2 摘 要 为 了 解 天 津 市 不 同 区 域 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 污 染 特 征 ꎬ 于 2 0 1 5 年 7 月 、 1 0 月 及 2 0 1 6 年 1 月 、 4 月 ꎬ 在 天 津 市 南 开 区 简 称 “ 市 区 ” 及 武 清 区 采 集 P M 2 􀆰 5 样 品 ꎬ 结 合 气 象 因 素 、 气 态 污 染 物 研 究 ꎬ 分 析 了 样 品 中 水 溶 性 离 子 污 染 特 征 及 来 源 . 结 果 表 明 ① 天 津 市 市 区 及 武 清 区 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 组 分 主 要 为 二 次 离 子 S O 4 2 - 、 N O 3 - 、 N H 4 + ꎻ 不 同 区 域 P M 2 􀆰 5 中 二 次 离 子 各 季 节 占 比 略 有 不 同 ꎬ 市 区 为 夏 季 5 4 􀆰 0 % 秋 季 4 2 􀆰 5 % 春 季 4 1 􀆰 3 % 冬 季 4 0 􀆰 7 % ꎬ 武 清 区 为 夏 季 5 3 􀆰 0 % 春 季 4 4 􀆰 6 % 秋 季 4 3 􀆰 4 % 冬 季 3 3 􀆰 2 % . ② 冬 季 市 区 、 武 清 区 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 组 成 差 异 较 大 ꎬ 其 他 季 节 水 溶 性 离 子 组 成 相 似 ꎻ 夏 季 市 区 及 武 清 区 颗 粒 物 呈 酸 性 ꎬ 其 他 季 节 均 呈 碱 性 ꎬ 冬 季 武 清 区 颗 粒 物 碱 性 强 于 市 区 . ③ 不 同 季 节 市 区 及 武 清 区 P M 2 􀆰 5 中 S O 4 2 - 均 以 N H 4 2 S O 4 形 式 存 在 ꎬ N O 3 - 冬 季 以 N H 4 N O 3 形 式 存 在 ꎬ 其 他 季 节 N O 3 - 主 要 以 N H 4 N O 3 和 H N O 3 形 式 共 存 ꎻ 市 区 C l - 主 要 以 N H 4 C l 、 K C l 和 N a C l 形 式 存 在 ꎬ 武 清 区 C l - 主 要 以 N H 4 C l 、 K C l 形 式 存 在 . ④ 对 市 区 及 武 清 区 来 说 ꎬ 均 相 反 应 和 非 均 相 反 应 是 S O 4 2 - 重 要 生 成 途 径 ꎬ 均 相 反 应 是 生 成 N O 3 - 的 主 要 途 径 . 研 究 显 示 ꎬ 代 表 一 次 排 放 的 机 动 车 源 、 燃 煤 源 和 二 次 无 机 粒 子 混 合 源 对 天 津 市 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 贡 献 率 最 高 ꎬ 工 业 源 和 扬 尘 源 对 市 区 的 影 响 较 大 ꎬ 农 业 源 对 武 清 区 的 影 响 较 大 . 关 键 词 P M 2 􀆰 5 ꎻ 水 溶 性 离 子 ꎻ 污 染 特 征 ꎻ 来 源 解 析 中 图 分 类 号 X 5 1 3 文 章 编 号 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 2 0 1 9 0 8  ̄ 1 3 2 4  ̄ 0 9 文 献 标 志 码 A D O I 1 0 􀆰 1 3 1 9 8 ∕ j 􀆰 i s s n 􀆰 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 􀆰 2 0 1 8 􀆰 1 2 􀆰 1 1 C h a r a c t e r i z a t i o n o f W a t e r  ̄ S o l u b l e I o n s i n T y p i c a l R e g i o n a l P M 2 􀆰 5 i n T i a n j i n C i t y X I A O Z h i m e i 1 ꎬ X U H o ng 1 ꎬ L I P e ng 1 ꎬ Y A N G N i ng 1 ꎬ D E N G X i a o w e n 1 ꎬ C H E N K ui 1 ∗ ꎬ Y A N G W e n 2 1 . T i a n j i n E c o  ̄ E n v i r o n m e n t a l M o n i t o r i n g C e n t e r ꎬ T i a n j i n 3 0 0 1 9 1 ꎬ C h i n a 2 . C h i n e s e R e s e a r c h A c a d e m y o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s ꎬ B e i j i n g 1 0 0 0 1 2 ꎬ C h i n a A b s t r a c t P M 2 􀆰 5 s a m p l e s w e r e c o l l e c t e d i n t h e T i a n j i n C i t y u r b a n a r e a a n d t h e W u q i n g D i s t r i c t i n J u l y a n d O c t o b e r o f 2 0 1 5 a n d J a n u a r y a n d A p r i l o f 2 0 1 6 . T h e w a t e r s o l u b l e i n o r g a n i c i o n s W S I I i n t h e s a m p l e s w e r e a n a l y z e d . B y c o m b i n i n g t h e m e t e o r o l o g i c a l f a c t o r s a n d g a s e o u s p o l l u t a n t s ꎬ t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d m a i n s o u r c e s o f W S I I w e r e r e s e a r c h e d . T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t 1 T h e S N A S O 4 2 - ꎬ N O 3 - a n d N H 4 + w e r e t h e d o m i n a n t i o n s i n t h e t o t a l W S I I . T h e p r o p o r t i o n o f S N A i n t o t a l W S I I s h o w e d d i f f e r e n t s e a s o n a l v a r i a t i o n s i n d i f f e r e n t r e g i o n s s u m m e r 5 4 􀆰 0 % a u t u m n 4 2 􀆰 5 % s p r i n g 4 1 􀆰 3 % w i n t e r 4 0 􀆰 7 % i n t h e u r b a n a r e a ꎬ a n d s u m m e r 5 3 􀆰 0 % s p r i n g 4 4 􀆰 6 % a u t u m n 4 3 􀆰 4 % w i n t e r 3 3 􀆰 2 % i n t h e W u q i n g D i s t r i c t . 2 F o r t w o s a m p l i n g s i t e s ꎬ t h e W S I I c o m p o s i t i o n s w e r e o b v i o u s l y d i f f e r e n t i n w i n t e r ꎬ a n d w e r e s i m i l a r i n t h e o t h e r s e a s o n s . T h e P M 2 􀆰 5 s a m p l e s w e r e a c i d i c i n s u m m e r a n d w e r e a l k a l i n e i n t h e o t h e r s e a s o n s i n t w o a r e a s . T h e P M 2 􀆰 5 s a m p l e s w e r e m o r e a l k a l i n e i n t h e W u q i n g D i s t r i c t t h a n i n t h e u r b a n a r e a . 3 S O 4 2 - e x i s t e d i n t h e f o r m o f N H 4 2 S O 4 i n f o u r s e a s o n s ꎬ N O 3 - e x i s t e d i n t h e f o r m o f N H 4 N O 3 i n w i n t e r ꎬ a n d i n t h e o t h e r s e a s o n s N O 3 - e x i s t e d i n t h e f o r m o f N H 4 N O 3 a n d H N O 3 . C l - e x i s t e d i n t h e f o r m o f N H 4 C l ꎬ K C l a n d N a C l i n t h e u r b a n a r e a ꎬ w h i l e i n t h e W u q i n g D i s t r i c t ꎬ C l - e x i s t e d i n t h e f o r m o f N H 4 C l a n d K C l . F o r t h e t w o s a m p l i n g a r e a s . 4 S O 4 2 - w e r e f o r m e d m a i n l y t h r o u g h h o m o g e n e o u s a n d h e t e r o g e n e o u s r e a c t i o n s a n d N O 3 - w e r e f o r m e d t h r o u g h h o m o g e n e o u s r e a c t i o n s . T h e r e s e a r c h i d e n t i f i e d t h a t t h e m a j o r s o u r c e s o f W S I I w e r e v e h i c l e s ꎬ c o a l c o m b u s t i o n a n d s e c o n d a r y i n o r g a n i c p a r t i c l e s ꎬ i n a d d i t i o n ꎬ i n d u s t r i a l s o u r c e a n d d u s t s o u r c e w e r e a l s o c o n t r i b u t o r s i n u r b a n a r e a ꎬ a n d a g r i c u l t u r a l s o u r c e w a s a c o n t r i b u t o r i n W u q i n g D i s t r i c t . K e y w o r d s P M 2 􀆰 5 ꎻ w a t e r s o l u b l e i n o r g a n i c i o n s ꎻ p o l l u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ꎻ s o u r c e a p p o r t i o n m e n t第 8 期 肖 致 美 等 天 津 市 典 型 区 域 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 污 染 特 征 P M 2 􀆰 5 是 影 响 我 国 城 市 环 境 空 气 质 量 的 首 要 污 染 物 [ 1 ] ꎬ 因 其 能 影 响 能 见 度 、 气 候 系 统 的 辐 射 平 衡 及 人 体 健 康 而 受 到 关 注 [ 2  ̄ 3 ] . P M 2 􀆰 5 由 多 种 化 学 成 分 组 成 ꎬ 主 要 包 括 水 溶 性 离 子 、 各 种 矿 物 元 素 和 有 机 物 等 成 分 ꎬ 其 中 水 溶 性 离 子 是 P M 2 􀆰 5 的 重 要 化 学 成 分 [ 4  ̄ 5 ] ꎬ 其 能 反 映 颗 粒 物 的 形 成 和 表 面 性 质 [ 6 ] ꎬ 改 变 颗 粒 物 的 酸 碱 性 [ 7 ] ꎬ 影 响 大 气 能 见 度 [ 8  ̄ 9 ] . 研 究 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 的 特 征 对 分 析 颗 粒 物 的 理 化 特 征 、 来 源 、 形 成 机 制 从 而 制 定 科 学 的 防 控 措 施 具 有 重 要 意 义 . 目 前 ꎬ 国 内 许 多 城 市 对 颗 粒 物 中 水 溶 性 离 子 污 染 特 征 进 行 了 系 统 性 的 研 究 ꎬ 主 要 集 中 在 北 京 市 [ 6 ꎬ 1 0  ̄ 1 1 ] 、 上 海 市 [ 1 2  ̄ 1 3 ] 、 广 州 市 [ 1 4 ] 、 济 南 市 [ 1 5 ] 、 南 京 市 [ 1 6 ] 、 邯 郸 市 [ 5 ] 、 厦 门 市 [ 1 7  ̄ 1 8 ] 、 太 原 市 [ 7 ] 、 长 沙 市 [ 1 9 ] 等 . 天 津 市 作 为 京 津 冀 区 域 P M 2 􀆰 5 污 染 较 重 的 城 市 之 一 [ 1 ꎬ 2 0 ] ꎬ 有 关 天 津 市 市 区 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 特 征 的 研 究 主 要 集 中 于 2 0 06 年 、 2 008 年 及 20 11 年 的 情 况 [ 2 1  ̄ 2 3 ] . 研 究 表 明 ꎬ 天 津 市 大 气 颗 粒 物 污 染 特 征 随 经 济 发 展 及 污 染 源 的 变 化 发 生 一 定 的 演 变 [ 2 4 ] ꎬ P M 2 􀆰 5 的 来 源 中 区 域 传 输 年 均 贡 献 率 高 达 41􀆰 5 % ꎬ 并 且 随 P M 2 􀆰 5 浓 度 的 增 加 ꎬ 区 域 传 输 贡 献 率 也 随 之 增 加 [ 2 5 ] . 因 此 ꎬ 有 必 要 全 面 、 系 统 地 分 析 天 津 市 及 其 传 输 通 道 上 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 的 污 染 特 征 ꎬ 以 期 为 天 津 市 P M 2 􀆰 5 污 染 防 控 及 区 域 P M 2 􀆰 5 联 防 联 控 提 供 科 学 依 据 . 1 材 料 与 方 法 1􀆰 1 研 究 区 域 天 津 市 位 于 38 34 ′ N 4 0 1 5 ′ N 、 11 6 43 ′ E 11 8 0 4 ′ E ꎬ 地 处 华 北 平 原 东 北 部 ꎬ 是 环 渤 海 地 区 的 经 济 、 金 融 中 心 . 天 津 市 工 业 发 达 ꎬ 主 要 包 括 石 油 化 工 、 电 子 、 机 械 制 造 、 冶 金 等 . 天 津 市 武 清 区 位 于 天 津 市 西 北 偏 中 区 域 ꎬ 与 北 京 市 通 州 区 及 河 北 省 廊 坊 市 相 邻 ꎬ是 连 接 天 津 市 、 北 京 市 和 河 北 省 的 枢 纽 . 该 研 究 采 样 点 分 别 位 于 天 津 市 环 境 监 测 中 心 超 级 观 测 站 楼 顶 天 津 市 南 开 区 ꎬ 简 称 “ 市 区 ” 及 天 津 市 武 清 区 环 境 空 气 自 动 监 测 点 站 房 楼 顶 天 津 市 武 清 区 ꎬ 简 称 “ 武 清 区 ” ꎬ 2 个 采 样 点 均 距 地 面 约 15 m ꎬ 并 且 周 围 没 有 明 显 局 地 污 染 源 ꎬ 采 样 点 分 布 见 图 1 . 1􀆰 2 样 品 的 采 集 与 分 析 采 用 美 国 T he r m o s c i e nt i f i c p a r t i s o l 2 0 0 0 i 小 流 量 采 样 器 采 集 P M 2 􀆰 5 样 品 ꎬ 采 样 流 量 为 16 􀆰 7 L ∕ m i n ꎬ 采 样 前 统 一 使 用 皂 膜 流 量 计 对 采 样 流 量 进 行 校 准 ꎬ 定 期 清 洗 各 采 样 仪 器 的 切 割 头 、 采 样 管 路 和 膜 夹 . 采 样 季 节 分 别 为 2 0 15 年 7 月 夏 季 、 10 月 秋 季 及 2 0 16 年 1 月 冬 季 、 4 月 春 季 ꎬ 采 样 时 间 为 每 日 10 0 0 翌 日 09 0 0 ꎬ 共 2 3 h . 滤 膜 采 用 直 径 为 4 7 m m 的 石 英 滤 注 1 天 津 市 市 区 采 样 点 ꎻ 2 武 清 区 采 样 点 . 图 1 天 津 市 采 样 点 分 布 F i g . 1 L o c a t i o n o f t h e s a m p l i n g s t a t i o n i n T i a n j i n C i t y 膜 美 国 ꎬ P a l l f l e x L i f e S c i e n c e ꎬ 采 样 前 将 石 英 滤 膜 置 于 马 弗 炉 中 4 5 0 ℃ 灼 烧 2 h 以 消 除 本 底 值 的 影 响 ꎬ 采 样 前 、 后 滤 膜 均 在 恒 温 恒 湿 〔 温 度 为 2 0 1 ℃ ꎬ 相 对 湿 度 为 5 0% 5% 〕 下 平 衡 2 4 h ꎬ 使 用 百 万 分 之 一 自 动 平 衡 称 重 系 统 德 国 康 姆 德 润 达 公 司 ꎬ A W S  ̄ 1 对 石 英 滤 膜 进 行 称 量 . 使 用 美 国 戴 安 公 司 I C S  ̄ 1 0 00 型 离 子 色 谱 仪 分 析 SO 4 2 - 、 N O 3 - 、 C l - 、 N H 4 + 、 N a + 、 K + 、 M g 2 + 、 C a 2 + . 采 样 点 环 境 空 气 自 动 监 测 站 在 线 监 测 仪 器 型 号 分 别 为 美 国 T h e r m o T E O M 140 5 F 系 列 监 测 颗 粒 物 、 美 国 T h e r m o 4 2 i 监 测 N O x 、 美 国 T h e r m o 4 3 i 监 测 S O 2 . 在 线 仪 器 的 维 护 严 格 参 照 H J ∕ T 1 9 3 2 0 0 5 环 境 空 气 质 量 自 动 监 测 技 术 规 范 [ 2 6 ] 要 求 进 行 . 1 􀆰 3 采 样 期 间 气 象 数 据 采 样 期 间 温 度 、 相 对 湿 度 数 据 来 自 中 国 气 象 局 天 津 大 气 边 界 层 观 测 站 台 站 编 号 为 5 4517 及 天 津 市 武 清 区 观 测 站 台 站 编 号 为 545 23 . 采 样 期 间 天 津 市 市 区 和 武 清 区 不 同 季 节 温 度 、 相 对 湿 度 分 布 情 况 如 图 2 所 示 . 1 􀆰 4 分 析 及 评 估 方 法 1 􀆰 4􀆰 1 C D 分 歧 系 数 法 采 用 C D [ 2 7 ] 表 征 采 样 点 中 P M 2 􀆰 5 化 学 组 分 的 相 似 程 度 ꎬ 通 常 0 􀆰 2 可 作 为 C D 的 阈 值 [ 2 8 ] ꎬ C D 0 􀆰 2 表 示 2 个 点 位 化 学 成 分 差 异 显 著 . C D 计 算 公 式 C D j k = 1 p ∑ p i = 1 x i j - x i k x i j + x i k 2 1 5 2 3 1 环 境 科 学 研 究 第 3 2 卷 图 2 采 样 期 间 天 津 市 市 区 和 武 清 区 不 同 季 节 温 度 和 相 对 湿 度 分 布 情 况 F i g . 2 D i s t r i b u t i o n s o f t e m p e r a t u r e a n d r e l a t i v e h u m i d i t y i n d i f f e r e n t s e a s o n s o f u r b a n a n d W u q i n g D i s t r i c t i n T i a n j i n C i t y 式 中 C D j k 为 j 、 k 采 样 点 的 分 散 系 数 ꎬ 该 研 究 中 j 、 k 分 别 代 表 天 津 市 市 区 和 武 清 区 ꎻ p 为 所 测 量 化 学 组 分 的 个 数 ꎻ x i j 、 x i k 分 别 为 采 样 时 段 内 j 、 k 采 样 点 i 组 分 的 平 均 质 量 浓 度 ꎬ μ g ∕ m 3 . 1􀆰 4􀆰 2 A E ∕ C E 法 采 用 A E ∕ C E 法 评 估 P M 2 􀆰 5 中 阴 、 阳 离 子 的 电 荷 平 衡 ꎬ A E a n i o n e q ui v a l e n t 为 样 品 中 阴 离 子 当 量 浓 度 μ m o l ∕ m 3 ꎬ C E c a t i o n e qu i v a l e n t 为 样 品 中 阳 离 子 当 量 浓 度 μ m o l ∕ m 3 ꎬ A E 、 C E 计 算 公 式 A E = [ S O 4 2 - ] 4 8 + [ N O 3 - ] 62 + [ C l -] 35 􀆰 5 + [ F -] 19 2 C E = [ N H 4 + ] 1 8 + [ N a +] 2 3 + [ M g 2 +] 1 2 + [ C a 2 +] 2 0 + [ K +] 3 9 3 式 中 ꎬ [ SO 4 2 - ] 、 [ N O 3 - ] 、 [ C l - ] 、 [ F - ] 、 [ N H 4 + ] 、 [ N a + ] 、 [ M g 2 + ] 、 [ C a 2 + ] 、 [ K + ] 分 别 为 P M 2 􀆰 5 中 ρ SO 4 2 - 、 ρ N O 3 - ꎬ ρ C l - 、 ρ F - 、 ρ N H 4 + 、 ρ N a + 、 ρ M g 2 + 、 ρ C a 2 + 、 ρ K + ꎬ μ g ∕ m 3 . 采 用 SO R 硫 氧 化 率 和 N O R 氮 氧 化 率 评 估 气 态 前 体 物 的 转 化 S O R = [ S O 4 2 - ] [ S O 4 2 - ] + [ S O 2 ] 4 N O R = [ N O 3 - ] [ N O 3 - ] + [ N O 2 ] 5 式 中 ꎬ [ SO 2 ] 、 [ N O 2 ] 分 别 为 大 气 中 ρ SO 2 、 ρ N O 2 ꎬ μ g ∕ m 3 . 1 􀆰 4􀆰 3 离 子 来 源 解 析 采 用 P M F p o s i t i v e m a t r i x f a c t o r i z a t i o n ꎬ 正 定 因 子 分 解 模 型 对 颗 粒 物 中 水 溶 性 离 子 的 来 源 进 行 解 析 . P M F 模 型 基 本 思 路 是 利 用 权 重 计 算 出 颗 粒 物 中 各 化 学 组 分 的 误 差 ꎬ 然 后 通 过 最 小 二 乘 法 来 确 定 水 溶 性 离 子 的 主 要 污 染 源 及 其 贡 献 [ 2 9  ̄ 3 0 ] . P M F 模 型 为 X = G F + E 6 式 中 ꎬ X 为 受 体 点 位 样 品 的 各 组 分 质 量 浓 度 矩 阵 ꎬ G 为 源 贡 献 矩 阵 ꎬ F 为 源 成 分 谱 矩 阵 ꎬ E 为 残 差 矩 阵 . 将 受 体 点 位 颗 粒 物 中 水 溶 性 离 子 组 分 数 据 作 为 模 型 输 入 文 件 ꎬ 经 数 学 算 法 分 解 得 出 F 、 G 和 E . 根 据 F 对 各 类 因 子 进 行 识 别 ꎬ 判 别 各 类 因 子 分 别 属 于 哪 些 排 放 源 ꎻ 而 G 可 以 估 算 各 排 放 源 对 大 气 颗 粒 物 水 溶 性 离 子 组 分 的 贡 献 情 况 ꎻ E 可 表 示 模 型 计 算 过 程 中 的 一 些 不 确 定 性 . 6 2 3 1第 8 期 肖 致 美 等 天 津 市 典 型 区 域 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 污 染 特 征 P M F 模 型 在 式 6 的 基 础 上 ꎬ 添 加 了 目 标 函 数 Q Q = ∑ m a = 1 ∑ n b = 1 e a b ∕ σ a b 2 7 式 中 m 和 n 分 别 为 样 本 数 量 和 组 分 数 量 ꎻ e a b 为 第 a 个 样 本 中 第 b 个 组 分 的 残 差 ꎻ σ a b 为 第 a 个 样 本 中 第 b 个 组 分 的 不 确 定 度 ꎬ 其 是 由 采 样 及 分 析 过 程 中 的 采 样 误 差 、 测 量 的 检 出 限 、 缺 失 数 据 和 异 常 值 等 因 素 决 定 的 . P M F 模 型 在 解 析 过 程 中 的 目 的 是 使 目 标 函 数 Q 最 小 . 2 结 果 与 讨 论 2􀆰 1 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 组 分 时 空 分 布 特 征 采 样 期 间 天 津 市 市 区 及 武 清 区 P M 2 􀆰 5 及 其 水 溶 性 离 子 组 分 季 节 分 布 情 况 如 表 1 所 示 . 由 表 1 可 见 20 15 年 市 区 、 武 清 区 ρ P M 2 􀆰 5 夏 季 分 别 为 60 、 6 9 μ g ∕ m 3 ꎬ 秋 季 均 为 67 μ g ∕ m 3 ꎻ 2 016 年 市 区 、 武 清 区 ρ P M 2 􀆰 5 冬 季 分 别 为 72 、 6 4 μ g ∕ m 3 ꎬ 春 季 分 别 为 75 、 69 μ g ∕ m 3 ꎬ 均 超 过 G B 30 95 2 01 2 环 境 空 气 质 量 标 准 二 级 标 准 限 值 . 从 空 间 分 布 上 看 ꎬ 除 秋 季 外 ꎬ 其 他 季 节 ρ P M 2 􀆰 5 水 平 分 布 略 有 差 异 ꎬ 其 中 ꎬ 夏 季 武 清 区 ρ P M 2 􀆰 5 高 于 市 区 ꎬ 冬 季 、 春 季 武 清 区 ρ P M 2 􀆰 5 略 低 于 市 区 . 从 季 节 分 布 上 看 ꎬ 2 0 15 年 夏 季 、 秋 季 和 20 1 6 年 冬 季 、 春 季 ρ P M 2 􀆰 5 差 别 不 大 ꎬ 这 主 要 是 20 15 年 天 津 市 扎 实 推 进 大 气 污 染 防 治 ꎬ 在 全 市 划 定 高 污 染 燃 料 禁 燃 区 、 关 停 中 心 城 区 最 后 煤 电 机 组 3 套 、 改 燃 关 停 燃 煤 锅 炉 6 34 台 、 关 停 淘 汰 落 后 污 染 企 业 22 2 家 ꎬ 全 年 削 减 燃 煤 50 0 10 4 t ꎬ 加 之 201 6 年 冬 季 、 春 季 扩 散 条 件 较 好 ꎬ 导 致 201 5 2 016 年 ρ P M 2 􀆰 5 季 节 性 差 异 较 小 . 由 表 1 可 见 ꎬ P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 组 分 主 要 为 二 次 离 子 SO 4 2 - 、 N O 3 - 、 N H 4 + ꎬ 不 同 区 域 P M 2 􀆰 5 中 二 次 离 子 各 季 节 占 比 略 有 不 同 . 市 区 P M 2 􀆰 5 中 二 次 离 子 各 季 节 占 比 大 小 顺 序 依 次 为 夏 季 5 4􀆰 0 % 秋 季 42􀆰 5 % 春 季 4 1􀆰 3 % 冬 季 4 0􀆰 7 % ꎬ 武 清 区 为 夏 季 5 3􀆰 0 % 春 季 4 4􀆰 6 % 秋 季 4 3􀆰 4 % 冬 季 33􀆰 2 % . 市 区 四 季 ρ C l - 在 ρ P M 2 􀆰 5 中 的 占 比 大 小 顺 序 依 次 为 秋 季 7􀆰 2 % 冬 季 6􀆰 3 % 夏 季 0􀆰 9 % 春 季 0 􀆰 1 % ꎬ 在 武 清 区 占 比 大 小 顺 序 依 次 为 秋 季 5􀆰 4 % 冬 季 4 􀆰 5 % 夏 季 1􀆰 0 % 春 季 0􀆰 1 % ꎬ 其 余 离 子 在 ρ P M 2 􀆰 5 中 占 比 均 较 低 . 二 次 离 子 在 夏 季 占 比 较 高 ꎬ 冬 季 占 比 较 低 ꎬ 可 能 与 夏 季 二 次 反 应 较 强 有 关 ꎻ ρ C l - 在 秋 季 、 冬 季 占 比 较 高 ꎬ 夏 季 、 春 季 占 比 较 低 ꎬ 可 能 与 秋 季 、 冬 季 燃 煤 有 关 . 天 津 市 市 区 、 武 清 区 不 同 季 节 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 SO 4 2 - 、 N O 3 - 、 C l - 、 N H 4 + 、 N a + 、 K + 、 M g 2 + 、 C a 2 + 的 C D 均 呈 冬 季 0􀆰 2 0 秋 季 0􀆰 14 夏 季 0 􀆰 08 春 季 0 的 趋 势 ꎬ 表 明 冬 季 市 区 、 武 清 区 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 组 成 差 异 较 大 ꎬ 其 他 季 节 P M 2 􀆰 5 的 水 溶 性 离 子 组 成 相 似 . 2 􀆰 2 P M 2 􀆰 5 中 水 溶 性 离 子 酸 碱 性 及 存 在 状 态 采 样 期 间 ꎬ 通 过 P M 2 􀆰 5 中 阴 、 阳 离 子 平 衡 分 析 不 同 季 节 天 津 市 市 区 及 武 清 区 颗 粒 物 的 酸 碱 性 ꎬ 利 用 式 表 1 天 津 市 市 区 及 武 清 区 P M 2 􀆰 5 及 其 水 溶 性 离 子 组 分 季 节 分 布 情 况 T a b l e 1 M a s s c o n c e n t r a t i o n s o f w a t e r s o l u b l e i n o r g a n i c i o n s o f P M 2 􀆰 5 i n d i f f e r e n t s e a s o n s o f u r b a n a n d W u q i n g D i s t r i c t i n T i a n j i n C i t y ρ ∕ μ g ∕ m 3 2 0 1 5 年 2 0 1 6 年 市 区 武 清 区 市 区 武 清 区 夏 季 秋 季 夏 季 秋 季 冬 季 春 季 冬 季 春 季 P M 2 􀆰 5 6 0 6 7 6 9 6 7 7 2 7 5 6 4 6 9 S O 4 2 - 1 4 􀆰 4 4 7 􀆰 4 6 1 4 􀆰 6 7 6 􀆰 9 1 8 􀆰 3 1 9 􀆰 4 1 6 􀆰 0 6 9 􀆰 3 5 N O 3 - 9 􀆰 2 3 1 2 􀆰 4 6 1 1 􀆰 9 2 1 3 􀆰 5 9 1 1 􀆰 6 3 1 2 􀆰 5 8 8 􀆰 0 9 1 2 􀆰 4 9 N H 4 + 8 􀆰 7 3 8 􀆰 5 8 9 􀆰 9 5 8 􀆰 5 5 9 􀆰 3 3 8 􀆰 9 8 7 􀆰 0 8 8 �

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