太原市2021 年10 月份PM2.5 变化特征

2022-05-11李永麒

山西化工 2022年2期

李永麒

（山西省太原生态环境监测中心，山西太原 030002）

引言

大气细颗粒物（PM2.5，环境空气中空气动力学当量直径≤2.5 μm 的悬浮颗粒去）在全球气候变化中发挥着重要的作用[1]，它能够降低大气能见度，影响气候系统的辐射平衡，并且危害人类身体健康[2-3]。PM2.5由多种化学成分组成，主要包括水溶性离子、各种矿物元素和有机物等，其中，水溶性离子是PM2.5的重要化学成分[4-5]，其能反映颗粒物的形成和表面性质，改变颗粒物的酸碱性。研究PM2.5及其组分的大小、变化特征及来源情况对科学合理制定防控措施具有重要意义。本文利用PM2.5在线监测仪（美国热电）、Marga（瑞士万通）及SPAMS（广州禾信）对2021 年10 月份太原市PM2.5的浓度变化、主要组成及在线来源进行了分析，以期为太原市环境空气治理提供科学依据。

1 仪器与方法

1.1 采样地点和采样时间

采样点设在山西省太原生态环境监测中心楼顶（37°52'09"N，112°32'13"E），距地面约15 m，采样点地处商业、交通和居民混合区，周围无高大建筑物，临近街道，附近人流密集、车流量较大，可以代表太原市典型的城市环境。采样时间为2021 年10 月份。

1.2 所用仪器

本研究所用仪器包括PM2.5在线监测仪，美国热电；在线气体/气溶胶监测，Marga，瑞士万通；单颗粒气溶胶质谱仪，SPAMS，广州禾信。所有仪器均位于山西省太原生态环境监测中心楼顶，除国控点位仪器外，其余2 台仪器均按照要求定期进行维护，确保数据连续性和准确性。

2 结果与讨论

2.1 10 月份太原市PM2.5 质量浓度概况

2021 年10 月份太原市环境空气质量相对较好，优良天数达标率为93.5%，PM2.5质量浓度为38 μg/m3，与去年同期相比，PM2.5质量浓度下降35.6%，下降幅度较为明显。图1 为10 月份PM2.5小时质量浓度变化情况，从图1 中可知，绝大部分PM2.5小时质量浓度值都处于二级标准线（75 μg/m3）以下，个别时段PM2.5浓度值较高，最高值出现在10 月20 日14 时，PM2.5小时质量浓度值为136 μg/m3，达到中级污染水平。第301 页图2 为10 月份不同国控点位PM2.5质量浓度均值比较情况，从图2 中可知，总体上看，PM2.5质量浓度呈现北低南高的变化情况，这与太原市地形、产业结构及气象变化的情况基本一致。

图1 10 月份PM2.5 小时浓度变化情况

图2 各国控点位PM2.5 质量浓度均值

2.2 PM2.5 主要组分分析

无机水溶性离子为PM2.5中最主要的组分，特别是经二次反应生成的三种离子占比最高，它们三者之和占PM2.5的44.6%（见第301 页表1）。从表1 中也可看出，2021 年10 月份二次离子离子质量浓度同比均明显下降，降幅在22%～32%；镁离子、钙离子等矿物质离子降幅在35%～43%，钾离子与钠离子降幅在19%～47%。三者在PM2.5中的占比同比出现小幅升高，升幅在0.4%～2.5%，颗粒物的二次转化有所加强。

表1 在线离子色谱离子浓度月度统计

2.3 PM2.5 源解析监测结果

单颗粒质谱仪采用自适应共振理论神经网络（ART-2a）对颗粒物进行分析，然后再跟进化学成分特征人为将这些颗粒物类型合并，能够快速对PM2.5进行在线来源解析[6-7]。图3 为10 月份PM2.5在线源解析结果，从图3 中可知，10 月份主要污染源为机动车尾气源（23.2%）和工业工艺源（21.8%），两者占比之和为45%。本月二次无机源占比（22.5%）同样也较大，颗粒物二次转化生成对PM2.5浓度升高的影响不容忽视。此外进入秋冬季后，燃煤源贡献有小幅升高，应引起关注。

图3 太原市10 月份源解析结果

将10 月份不同污染等级下PM2.5在线源解析结果进行对比分析，结果见图4，从图4 中可知，从优至中度污染等级，桃园点位PM2.5质量浓度从19 μg/m3升高至128 μg/m3，升幅约6 倍。优至中度污染等级期间机动车尾气源占比上升了13.1%，颗粒数浓度从478 个/h 上升至4 953 个/h，升幅为9.4 倍；燃煤源占比上升了3.8%，颗粒数浓度从347 个/h 上升至2 660 个/h，升幅为6.7 倍；工业工艺源占比上升了2.4%，颗粒数浓度从593 个/h 上升至3 870 个/h，升幅为5.5 倍。此外从优至中度污染等级时段内，二次无机源占比较高，均维持在20%左右。

图4 不同PM2.5 污染等级下源解析结果对比

2.4 重点污染源问题分析

结合主要污染源的风向来源分析（第302 页图5）与主要污染源的贡献占比日变化规律分析（第302页图6），得到重点污染源的时空分布规律。PM2.5高值区主要出现在西南方向，SO2和NO2北部和西南方向都有分布。机动车尾气源高值区在各个方向均有分布，在西南方向较为密集，日间时段占比相对出现下降，推测可能与日间时段的限行政策有关。燃煤源与SO2重合高值区出现在西南面，需关注该方向下电厂与企业锅炉排放的影响。工业工艺源高值区在偏西面较为集中，高值时段为3 时至8 时。