晉城市PM2.5快速來源解析案例

龔興曉

（晉城市環境保護監測站 山西晉城 048000）

1 空氣質量簡況

2018年11月23日12時晉城市重污染天氣應急指揮部批準啟動重污染天氣黃色預警，同時啟動三級響應。晉城市2018年11月23日至27日監測期間PM2.5質量濃度均值71.8μg/m3，峰值（144μg/m3）出現在27日9時監測期間優、良天氣占比為54.8%，輕度污染天氣占比為41.3%，中度污染天氣占比為3.8%，沒有出現重度污染及以上的天氣。

2 技術方法

監測地點：晉城市環境保護局

監測時間：2018年11月23日00時～27日9時

監測儀器：單顆粒氣溶膠飛行時間質譜儀（SPAMS0525）

采樣方式：大氣顆粒物經PM2.5切割頭切割后引入單顆粒氣溶膠飛行時間質譜儀

源解析分析方法：將采集到的顆粒物利用SPAMS海量數據處理軟件進行處理，利用示蹤離子法和相似度法相結合，根據顆粒物的特征離子進行歸類；使用離子搜索法（ion-search）對數據進行分析，獲得含有主要離子（>1%）顆粒物的比例（豐度）數據，使用自適應神經共振網絡算法（Adaptive Resonance Theory，ART）對所有PM2.5顆粒進行聚類分析。

3 污染過程分析

監測期間，PM2.5質量濃度呈波動上升，PM2.5小時均值為71.8μg/m3，監測時段部分時段空氣質量良好，23日至25日每天的11時左右，出現PM2.5質量濃度出現一個小高峰（88、92和107μg/m3），達到輕度污染水平，三個峰值時燃煤源均為首要的污染源，燃煤源的數濃度增長明顯。

25日17時至27日10時，PM2.5質量濃度波動性變化，并維持在100μg/m3左右，其中26日16時至27日9時燃煤源占比（35%-40%）較為突出，此時段風向以西北風為主，推測受西北方向燃煤源傳輸的影響。該時段雖然受沙塵天氣的影響，但沙塵以粗顆粒物為主，細顆粒物中PM2.5的揚塵源占比沒有出現明顯的增加。

揚塵源占比穩定在9%左右，二次無機源占比較小，且變化相對穩定，對出現的污染過程影響不大。

生物質燃燒源占比相對較高，平均占比12%左右，結合衛星火點圖和后向氣團軌跡來看，晉城監測點位可能受到西北和北方向高空遠距離生物質燃燒源傳輸的影響。

4 快速源解析結果分析

4.1 顆粒物成分分析

4.1.1 顆粒物平均質譜分析

4.1.2 顆粒物成分分類

自適應共振神經網絡分類方法（Art-2a）是基于人工神經網絡設計發展出來的一套理論方法，即模仿生物神經網絡的人工信號處理系統，通過使用大量互聯的結構簡單的人工神經元的權值變化來模仿人類的神經信號處理過程，具有學習、分類、預測的能力。考慮到需要基本能夠囊括大氣顆粒物中的主要成分，且能夠更好地輔助顆粒物的溯源，因此最終確定了10類顆粒物，此10類顆粒物分別為：礦物質(MD)、重金屬(HM)、左旋葡聚糖(LEV)、富鈉(Na)、富鉀(K)、高分子有機物（HOC）、有機碳(OC)、元素碳(EC)、混合碳(ECOC)、其它(Others)。顆粒物的分類結果在一定程度上可反映點位受到污染源影響的情況，如元素碳（EC），與其他成分混合程度低）主要來自于含碳燃料的不完全燃燒；有機碳（OC）顆粒則多來自于燃煤及工業排放；礦物質（MD）大多作為揚塵顆粒的主要特征；左旋葡聚糖（LEV）則主要來自于生物質的燃燒等。

由晉城市環保局整體顆粒物成分分類可知，排前三的顆粒物成分分別是有機碳（20.9%），元素碳（18%），混合碳（15.2%）。此外，富鉀（12.1%），左旋葡聚糖占比為11.4%，礦物質占比為8.6%，重金屬占比為5.7%，其余成分占比較小。

4.2 顆粒物來源解析

將采集到的顆粒物利用SPAMS海量數據處理軟件進行處理，利用示蹤離子法和相似度法相結合，根據顆粒物的特征離子進行歸類，最終分為揚塵、生物質燃燒、機動車尾氣、燃煤、工業工藝源、二次無機源以及其它7大來源。總顆粒物貢獻最排在前三的分別為燃煤、機動車尾氣和工業工藝源，占比分別為27.3%、21.9%和21.4%；生物質燃燒源、揚塵源和二次無機源占比分別為12.2%、8.4%、4.9%；其他占比為3.9%。

5 結論及建議

5.1 結論

（1）晉城市2018年11月23日至27日監測期間，PM2.5質量濃度平均值71.8μg/m3，峰值為144μg/m3，出現在27日9時。小時級別的優良天氣占比為54.8%，污染天氣占比45.2%。

（2）監測期間，晉城市環保局點位PM2.5來源主要是燃煤（27.3%）和機動車尾氣（21.9%），兩者占之和接近50%。其次是生物質燃燒源、揚塵源和二次無機源占比分別為12.2%、8.4%、4.9%；其他占比為3.9%。

（3）23日至25日每天的11時左右，出現PM2.5質量濃度出現一個小高峰，三個峰值時燃煤源均為首要的污染源，燃煤源的數濃度增長明顯。26日16時至27日9時燃煤源占比（35%-40%）較為突出，此時段風向以西北風為主，推測受西北方向燃煤源傳輸的影響。該時段雖然受沙塵天氣的影響，但沙塵以粗顆粒物為主，細顆粒物中PM2.5的揚塵源占比沒有出現明顯的增加。

5.2 建議

（1）從不同污染等級時的污染源分布來看，當空氣質量達到輕度污染前，應重點管控機動車尾氣源和燃煤源，揚塵源和工業工藝源應該實行常態化管控。

（2）本人認為基于單顆粒質譜源解析技術在對特征離子進行污染源歸類時，不確定因素或者說主觀干擾因素占有很大比例。應該多種技術方法相互結合使用，例如自適應共振神經網絡分類方法（Art-2a）與PMF模型的相互結合。

結語

本文綜述了單顆粒質譜源解析技術的晉城市PM2.5快速來源解析案例，運用空氣質量簡況、技術方法、污染過程分析、快速源解析結果分析等進行數據檢測驗證，以供參考。