福州市大气PM2.5中水溶性无机离子污染特征研究

陈小霞 杨 芳 卢登峰 金致凡

(福建省福州环境监测中心站，福建 福州 350011)

近年来，国内对PM2.5中水溶性无机离子组成与污染特征的研究既有针对北京、上海、天津、广州、西安、杭州、厦门、泉州等单个城市，也有针对京津冀地区[3]和海峡西岸城市群[4]等多区域。但对福州市PM2.5中水溶性无机离子组分特征的系统研究鲜有报道。本文以福州市大气PM2.5为研究对象，分别在春、夏、秋、冬四季代表月份对8个点位进行同步采样，研究其水溶性无机离子组成特征与时空变化规律，以期为福州市大气细颗粒物来源解析和大气污染控制策略制订提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

在福州市区及周边县城共设置8个点位，分别为市站、罗源、闽清、长乐、福清、鼓山、快安和师大。其中鼓山点位为对照点，海拔高，植被丰富。本研究于2015年3月至2016年1月分春、夏、秋、冬四个季节采样，每个季度选一个月连续采样，共采集812个有效PM2.5样品。使用美国热电2300四通道采样仪器采集颗粒物样品，设置流量16.7L/min，每天采集23h。采样前，石英滤膜在500℃下烘4h，消除滤膜上可能的有机物。滤膜在采样前后均恒温恒湿24h，再进行称重。采集的颗粒物样品置于-20℃冰柜中保存，待检测。实验时剪取1/2滤膜进行阴阳离子的测试。

1.2 分析方法

1.3 质量保证/质量控制

采样过程中，每个点位每批样品采集2个现场空白。实验时保证标准曲线相关系数达到0.999以上。样品、实验室空白、现场空白同时测定。分析结果扣除空白。样品测定过程中，每20个样品间加入1个质控样进行测定，以检测仪器的稳定性。样品中各组分的加标回收率保证在80%～120%。

2 结果与讨论

2.1 PM2.5的质量浓度

采样期间，福州市8个点位PM2.5的日平均浓度为35.1μg/m3，市站、罗源、闽清、长乐、福清、鼓山、快安、师大8个点位日均PM2.5浓度分别为：39.1μg/m3、35.0μg/m3、41.7μg/m3、30.5μg/m3、32.2μg/m3、27.0μg/m3、38.7μg/m3、36.9μg/m3。对照《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)PM2.524小时平均浓度限值(二级标准为75μg/m3，一级标准为35μg/m3)，罗源、长乐、福清和鼓山的PM2.5浓度小于一级标准，市站、闽清、快安和师大的PM2.5浓度小于二级标准，福州的空气质量处于优良状态。2015年福州市各季节PM2.5的质量浓度见图1。

福州市整个区域PM2.5质量浓度均表现为春、冬季节高，夏、秋季节低的特点。这主要与不同季节的气象差异带来污染扩散能力的不同有关，还可能与福州市地处沿海地区，夏、秋季节常有台风登陆，有利于污染物扩散有关。同时，福州市大气PM2.5浓度的空间分布既呈现区域性特征，又存在局部性差异。鼓山点位作为对照点，远离市区、植被丰富，受人类活动的污染和干扰小，全年PM2.5的浓度值最低。罗源、长乐、福清位于沿海县城，扩散条件较好，PM2.5质量浓度相对较低。市站点位位于市区，闽清点位位于内陆河谷盆地，扩散条件略差，PM2.5质量浓度相对较高。

图1 福州2015年各季节PM2.5的质量浓度

2.2 水溶性无机离子的质量浓度

2.3 水溶性无机离子的季节变化

表1 福州PM2.5中水溶性无机离子浓度 单位：μg/m3

图2 福州PM2.5中水溶性无机离子的季节变化特征

2.4 水溶性无机离子的空间分布

图3 福州PM2.5中水溶性无机离子的空间分布

2.5 水溶性无机离子的离子平衡

对福州市各点位各季节PM2.5中水溶性无机离子进行统计，参考文献[5]给出了阴阳离子平衡的计算公式(1)和(2)：

(1)

(2)

图4 不同季节PM2.5离子平衡关系

2.6 水溶性无机离子来源与相关性分析

(3)

(4)

表2 水溶性无机离子间相关系数矩阵

注：*表示在0.01水平(双侧)上显著相关。

图5 两种方法实测浓度与计算所得浓度的对比

2.7 水溶性无机离子的污染特征

表3 福州市各点位PM2.5中比值

2.7.2 非海盐离子的贡献

PM2.5水溶性无机离子中海盐离子之外的成份一般认为是人为源贡献的。福州为沿海城市，为考察海盐离子对福州8个点位全年PM2.5中水溶性无机离子的贡献，依据相关研究经验，假设海盐离子的化学组成与海水的相同，大气PM2.5样品中的水溶性Na离子完全来源于海盐。各点位PM2.5中非海盐贡献的和Ca浓度的计算公式为：

(5)

nss-Ca=[Ca]-0.00373[Na]

(6)

nss-K=[K]-0.0355[Na]

(7)

表4 福州各点位全年PM2.5中非海盐离子的浓度

3 结论

福州市8个点位PM2.5的日平均浓度为35.1μg/m3。整个区域PM2.5质量浓度均表现为春、冬季高，夏、秋季低的特点。