天气因素对空气中PM2.5去除效应分析

2021-12-30蒋宗江王平顾芙蓉王帆大连大学环境与化学工程学院辽宁大连116622

化工管理 2021年35期

蒋宗江，王平，顾芙蓉，王帆(大连大学环境与化学工程学院，辽宁大连 116622)

0 引言

PM2.5被称作细颗粒物，又称可入肺细颗粒物，指的是空气动力学当量直径在2.5 μm以下的所有细颗粒物。由于其自身存在着比表面积较大，粒径较小等特点，所以极为容易将当前大气环境中所存在的有毒以及有害人体健康的物质进行富集和携带[1]。由于目前国内经济发展的不断进步和城市化和工业化的不断伸展，空气质量环境污染也变得更加严峻[2]。而PM2.5相关颗粒物作为比较重要的一项空气污染物的评价指标，不仅其颗粒物的形态与组成成分非常的复杂，而且由于其细微颗粒物的存在严重影响到了大众的生存条件和身体健康。因此，近些年对于PM2.5的研究得到了空前的重视。近几年，中国的研究人员对于城市中PM2.5颗粒物的研究方向和研究主题主要是集中在PM2.5颗粒物的内源部分[3-4]，例如在自身的化学组成上、相关特征上以及产生和来源方向上进行分析与研究，但是对于PM2.5相关颗粒物在大气环境中的质量浓度特征及其颗粒物和日常大气因素相关的联系等这方面的相关分析研究比较少。PM2.5相关颗粒物的浓度在平均一年的变化周期中，冬季的时候其浓度是到达一个顶点；而且空气环境中的细颗粒物已经成为了占比最大的污染物[5]。从关于PM2.5文献可以看出，大气环境中的气象要素与相关细微颗粒污染物的释放、传递、垂直或水平扩散、光化学反应等沉降方面还有非常大的相关性[6-8]。基于此，文章以大连为研究对象，监测该城市PM2.5的浓度和气象因子，研究气象要素与PM2.5的浓度相关性及去除效应，通过此项研究可以为以后改善这座城市的大气环境质量有着至关重要的意义和指导作用。

1 实验内容及研究方法

1.1 采样点设置

采样点：大连开发区黄海中路、港兴大街、东北大街和松岚街的交界处。

1.2 研究方法

PM2.5采样器：JCH-120F型号的智能TSP-PM2.5中流量采样器。

采样时段：2020年9月到12月，每天持续采样10小时(每天时段：8:00～20:00)，对研究区PM2.5和气象因素进行持续采样和观测。本次研究所参考的GB 3095—2012《环境空气质量标准》，标准指出24 h PM2.5的平均浓度值不大于75 μg/m3(如表1所示)。

表1 我国环境空气质量标准

1.3 采样器的采样原理

大气污染物中粒子半径大小不同的大气污染颗粒物是由于其直径的不同，采用相对应设计出的依靠惯性的碰撞从而收集到膜上。从喷嘴进来装载不同粒径颗粒的气流，将会直接的喷向仪器的撞击板，从而迫使气流折转改变流向。如果气流中颗粒的密度相似，但是因为颗粒的大小(粒径)存在着大小区别，那么其在运动时后的惯性轨迹也会有一定的区别。然而当气流的方向发生改变时，粒子直径较大的颗粒因为自身的惯性较大，所以没有跟随气流的轨迹而是撞击到了撞击板上。相对来说粒径较小的颗粒因为自身惯性不够，依然随着气流的运动方向而进入到下一层的冲击器中。第二级的冲击器在设计上比第一级的冲击器有着更小的进口直径，从而去进一步增加气流的整体的流动速度，也就意味着增加了气流中颗粒物的加速度。这样就导致了，又有一部分粒径小的颗粒，在第二级被撞击在撞击板上，重复这样地分离下来，最后那些最小的颗粒将会滞留在最后面的膜上。

2 气象因素对PM2.5浓度去除效应分析

2.1 实验结果分析

通过对图1的直观分析(如图1所示)，可知监测时段内的PM2.5的质量浓度趋势是逐渐提升的，然而在数据统计表中可以看到有几日的PM2.5的浓度出现格外的低的情况，我们将气象要素数据整理分析发现，其中9月24日、9月28日、10月6日、10月12日和10月27日的天气状况是有降雨发生。而有大风即风力超过5级的情况有9月26日、9月29日、10月04日、10月08日、10月09日、10月22日和11月7日。通过对比图2可以看出，当风力超过5级的大风情况下，当日的PM2.5的质量浓度也会有明显的降低，但是相对于降雨因素来对比相对去除效应较小。当我们排除了当日的气象因素有降雨和大风的情况下，剩下的数据就是温度变化对PM2.5质量浓度的影响，总体来说是一种逐渐增大的情况。