太原市2022年1月份PM2.5变化特征

张国斌

（山西省太原生态环境监测中心，山西 太原 030002）

PM2.5是空气污染物的主要成分，是指空气动力学当量直径≤2.5 μm 的细颗粒物[1]，由于其比表面积大，可以载带有毒物质进入人体肺泡内，对人体健康产生严重影响[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，其能反映颗粒物的形成和表面性质，改变颗粒物的酸碱性[4-5]。通过对PM2.5及其组分的大小、变化特征及来源情况的研究，对制定科学合理的PM2.5防治措施具有重要意义。本文利用PM2.5在线监测仪、在线气体/气溶胶监测仪、单颗粒气溶胶质谱仪对太原市2022 年1 月份PM2.5的质量浓度、组分及污染物来源进行了分析，以期为太原市环境空气治理提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 采样地点和时间

本研究采样点位于山西省太原生态环境监测中心楼顶（纬度和经度分别为37°52′09"N，112°32′13"E），点位和地面相距约15 m，由于其地处交通、商业和居民混合区，四周空旷，没有高大建筑物，并且人流、车流量较大，采样点能够代表典型的太原市城市环境，采样时间为2022 年1 月1 日至31 日。

1.2 仪器

本研究使用仪器均处于山西省太原生态环境监测中心楼顶，包括PM2.5 在线监测仪（美国热电）、在线气体/气溶胶监测仪（瑞士万通）、单颗粒气溶胶质谱仪（广州禾信），除国控点位PM2.5 在线监测仪按国家要求运维外，另外2 台仪器由工作人员按相关要求进行定期维护，确保数据连续性和准确性。

2 结果与讨论

2.1 太原市1 月份PM2.5 质量浓度概况

2022 年1 月份太原市优良天为16 d，3 级及以上污染天共15 d，优良率为51.6%，PM2.5平均质量浓度为86 μg/m3，同比上升53.6%，环境空气质量恶化明显。1 月份PM2.5小时质量浓度变化情况见图1。如图1所示，在监测时间，大部分时间段PM2.5小时质量浓度值均超过了75 μg/m3（二级标准线），个别时间段PM2.5质量浓度值达到中至重度污染水平，PM2.5质量浓度最高值出现在28 日17 时，其质量浓度值为244 μg/m3，达到了较高的5 级重度污染。将监测期间太原市不同国控点位PM2.5质量浓度进行比较（见下页图2），从图2 中可以看出，北部点位PM2.5质量浓度值较低，南部点位PM2.5质量浓度值较高，其中，上兰点位PM2.5质量浓度值最低，小店最高，这符合太原市地形特点和产业结构分布。

图1 太原市1 月份PM2.5 小时质量浓度变化

图2 太原市各国控点位PM2.5 质量浓度对比

2.2 PM2.5 组分分析

在PM2.5组分中，无机水溶性离子占比最高，尤其是通过化学反应生成的SO42-、NO3-、NH4+三种离子含量最高，它们一般能占到PM2.5的30%～50%，本研究中它们三者质量浓度之和为PM2.5的39.0%（见下页表1）。如表1 所示，1 月份二次生成离子质量浓度同比均有明显上升，上升幅度在105.2%～158.2%之间；镁离子、钙离子质量浓度下降，降幅分别为48.6%和41.7%，钾离子质量浓度上升，钠离子质量浓度下降。同比2021 年1 月，SO42-、NO3-、NH4+三者在PM2.5中的占比均有上升，升幅在3.4%～4.4%，颗粒物的二次转化增强。

表1 在线离子色谱离子浓度统计

2.3 PM2.5 在线源解析情况

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，然后再根据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]。太原市1 月份PM2.5在线源解析结果见图3。如图3 所示，在各污染源中，工业工艺源、燃煤源及二次无机源为最主要的污染源类，它们三者占比之和为68.2%，冬季燃煤源贡献有较为明显增加，同时也应重视二次无机源对PM2.5浓度的贡献。

图3 太原市1 月份在线源解析结果

将1 月份PM2.5源解析结果按照不同污染等级作图，对比结果见图4。如图4 所示，从优级天至重度污染天变化过程中，PM2.5质量浓度从21 μg/m3上升至244 μg/m3，增加了11.6 倍，在此期间，燃煤源贡献持续上升，占比增加了8.2%，颗粒数质量浓度从625 个/h 上升至13 206 个/h，升幅约20 倍。从优至中度污染，二次无机源占比上升了7.6%，颗粒数浓度从403 个/h 上升至3875 个/h，升幅约8.6 倍。各PM2.5浓度等级时段内工业工艺源维持较高，占比在24%以上。

图4 不同PM2.5 污染等级下在线源解析结果

2.4 污染源分析

将PM2.5主要污染源贡献及风向来源进行作图，得出主要污染物及污染源的时空分布情况，结果见下页图5、图6。如图所示，PM2.5质量浓度高值主要来自于西南方向，机动车尾气源高值区零散出现在监测点位周边，主要集中在北面，受早高峰影响占比在6 h～10 h 逐渐上升。燃煤源高值区与SO2基本一致，均主要集中在西南方向，高值时段为午后至傍晚，应关注太原市南部及邻近县市污染物排放情况。工业工艺源高值主要来源于太原市北部和东北部，结合图6，工业工艺源占比在3 h～11 h 较高，注意关注该方向企业污染物排放对监测点的影响。

图5 桃园点位主要污染源与PM2.5、SO2、NO2 风向来源热点图

图6 桃园点位主要污染源贡献占比日变化规律

3 结论

1）2022 年1 月份太原市环境空气优良率为51.6%，与去年同期相比，PM2.5质量浓度上升53.6%，上升幅度较为明显；从空间分布看，PM2.5质量浓度变化呈现北部较低、南部较高的特征；

2）在PM2.5水溶性离子组分中，通过化学反应生成的SO42-、NO3-、NH4+三种二次离子占比最高，它们浓度之和占PM2.5的39.0%。在PM2.5占比中，二次离子浓度同比均有所增加；

3）太原市1 月份工业工艺源、燃煤源和二次无机源为最主要的PM2.5来源，三者占比之和为68.2%；从污染源时空分布结果看，1 月份太原市PM2.5主要来自于西南风向。