太原市采暖季大氣顆粒物化學(xué)組成特征及來源解析和重污染成因分析.pdf

1、在2014年12月21日~30日采集了太原市采暖季大氣PM2.5和PM10樣品，進(jìn)行了18種無機(jī)元素組分、9種水溶性離子組分和2種碳質(zhì)組分的化學(xué)分析，深入分析了PM2.5和PM10的化學(xué)組成特征，并利用富集因子法（Enrichment Factor，EF）和因子分析法（Factor Analysis，F(xiàn)A）進(jìn)行了來源解析，最后結(jié)合氣流后向軌跡（HYSPLIT Trajectory Model）探討了觀測期間重污染天氣的可能成因。

2、　　太原市2014年全年重度污染和嚴(yán)重污染天氣全部分布在采暖季內(nèi)，采暖期內(nèi)大氣首要污染物主要為PM2.5和SO2。觀測期間PM2.5中主要化學(xué)組分為OC＞EC＞SO42-＞NH4+＞Cl-＞NO3-＞Si＞Ca；PM10中主要化學(xué)組分為OC＞EC＞SO42-＞Ca＞NH4+＞Cl-＞NO3-＞Si。碳質(zhì)組分、水溶性離子組分和元素組分分別占PM2.5總質(zhì)量濃度的43.6％、42.7%、13.7%，占PM10總質(zhì)量濃度的38.9%、38.7

3、%、22.4%。
　　SO42-、NH4+、Cl-、NO3-、Ca2+是離子組分中質(zhì)量濃度最高的五種離子，Cl-質(zhì)量濃度偏高是采樣期間太原市水溶性離子組分中較為突出的特征。離子平衡分析顯示觀測期間太原市大氣顆粒物整體偏堿性，NH4+過剩，是二次無機(jī)氣溶膠的形成的控制因子；PM2.5中ρ(NO3-)/ρ(SO42-)為0.47，說明固定燃燒源是影響太原市采暖季環(huán)境空氣質(zhì)量的主要因素，煤煙型污染仍是太原市大氣污染的顯著特征。OC和EC

4、主要富集在細(xì)顆粒物中，PM2.5中的OC和EC分別占到PM10中的87.9%和78.5%。通過OC/EC法、相關(guān)性分析和回歸分析，推測大量取暖燃煤的一次排放及不完全燃燒是造成采樣期間太原市采暖季大氣顆粒物中碳質(zhì)組分含量較高的主要原因。
　　富集因子法（EF）分析顯示As、Cu、Zn、Pb、Cd的EF值大于100，其中Pb和Cd的富集極為強(qiáng)烈，EF值分別為355.6和1494.8，說明大氣中的重金屬元素主要受到人為活動的影響，強(qiáng)烈地

5、改變了As、Cu、Zn、Pb、Cd等元素在自然界的分布規(guī)律。
　　因子分析法（FA）解析得到的太原市采樣期間大氣顆粒物PM2.5源解析結(jié)果是：①燃煤為主的燃燒源24%、②揚(yáng)塵（土壤風(fēng)沙及建筑施工）23%、③二次無機(jī)氣溶膠（SIA）17%、④工業(yè)生產(chǎn)13%、⑤機(jī)動車9%，⑥其他源14%；采樣期間太原市大氣顆粒物PM10源解析結(jié)果是：①揚(yáng)塵（土壤風(fēng)沙及建筑施工）及工業(yè)飛灰34%、②二次無機(jī)氣溶膠（SIA）及生物質(zhì)燃燒25%、③燃煤及機(jī)

6、動車16%，④其他25%。
　　重污染天氣發(fā)生時大氣顆粒物的化學(xué)組成會發(fā)生較大變化：水溶性離子組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著上升（PM2.5：24.6%→45.3%）以及地殼組分百分含量的大幅下降（PM2.5：24.9%→9.3%），而碳質(zhì)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)未出現(xiàn)較大波動，說明了地殼元素對重污染天氣的形成影響不大，二次無機(jī)氣溶膠（SIA）的大量生成是觀測期間重污染天氣形成的化學(xué)本質(zhì)。燃煤、工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)動車等人類生產(chǎn)生活過程排放的大量污染物是重污染

7、天氣發(fā)生的內(nèi)在原因；靜穩(wěn)無風(fēng)、高濕逆溫等不利氣象條件是重污染天氣的重要誘因，加劇了大氣二次反應(yīng)，表現(xiàn)為水溶性離子組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著上升；大風(fēng)是重污染去除的重要機(jī)制。氣流后向軌跡（HYSPLIT）分析表明，在重污染天氣形成前，出現(xiàn)了氣流傳輸方向轉(zhuǎn)折、速度瘀滯的現(xiàn)象，可能挾裹周邊地區(qū)的大氣污染物進(jìn)入太原地區(qū)，形成區(qū)域傳輸，加重太原本地大氣污染；而當(dāng)西伯利亞冷氣流長距離、快速經(jīng)過太原市上空時，污染物就被氣流稀釋、吹散，表現(xiàn)為氣溫下降、空氣濕度降