晋城市PM2.5快速来源解析案例

龚兴晓

（晋城市环境保护监测站 山西晋城 048000）

1 空气质量简况

2018年11月23日12时晋城市重污染天气应急指挥部批准启动重污染天气黄色预警，同时启动三级响应。晋城市2018年11月23日至27日监测期间PM2.5质量浓度均值71.8μg/m3，峰值（144μg/m3）出现在27日9时监测期间优、良天气占比为54.8%，轻度污染天气占比为41.3%，中度污染天气占比为3.8%，没有出现重度污染及以上的天气。

2 技术方法

监测地点：晋城市环境保护局

监测时间：2018年11月23日00时～27日9时

监测仪器：单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪（SPAMS0525）

采样方式：大气颗粒物经PM2.5切割头切割后引入单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪

源解析分析方法：将采集到的颗粒物利用SPAMS海量数据处理软件进行处理，利用示踪离子法和相似度法相结合，根据颗粒物的特征离子进行归类；使用离子搜索法（ion-search）对数据进行分析，获得含有主要离子（>1%）颗粒物的比例（丰度）数据，使用自适应神经共振网络算法（Adaptive Resonance Theory，ART）对所有PM2.5颗粒进行聚类分析。

3 污染过程分析

监测期间，PM2.5质量浓度呈波动上升，PM2.5小时均值为71.8μg/m3，监测时段部分时段空气质量良好，23日至25日每天的11时左右，出现PM2.5质量浓度出现一个小高峰（88、92和107μg/m3），达到轻度污染水平，三个峰值时燃煤源均为首要的污染源，燃煤源的数浓度增长明显。

25日17时至27日10时，PM2.5质量浓度波动性变化，并维持在100μg/m3左右，其中26日16时至27日9时燃煤源占比（35%-40%）较为突出，此时段风向以西北风为主，推测受西北方向燃煤源传输的影响。该时段虽然受沙尘天气的影响，但沙尘以粗颗粒物为主，细颗粒物中PM2.5的扬尘源占比没有出现明显的增加。

扬尘源占比稳定在9%左右，二次无机源占比较小，且变化相对稳定，对出现的污染过程影响不大。

生物质燃烧源占比相对较高，平均占比12%左右，结合卫星火点图和后向气团轨迹来看，晋城监测点位可能受到西北和北方向高空远距离生物质燃烧源传输的影响。

4 快速源解析结果分析

4.1 颗粒物成分分析

4.1.1 颗粒物平均质谱分析

4.1.2 颗粒物成分分类

自适应共振神经网络分类方法（Art-2a）是基于人工神经网络设计发展出来的一套理论方法，即模仿生物神经网络的人工信号处理系统，通过使用大量互联的结构简单的人工神经元的权值变化来模仿人类的神经信号处理过程，具有学习、分类、预测的能力。考虑到需要基本能够囊括大气颗粒物中的主要成分，且能够更好地辅助颗粒物的溯源，因此最终确定了10类颗粒物，此10类颗粒物分别为：矿物质(MD)、重金属(HM)、左旋葡聚糖(LEV)、富钠(Na)、富钾(K)、高分子有机物（HOC）、有机碳(OC)、元素碳(EC)、混合碳(ECOC)、其它(Others)。颗粒物的分类结果在一定程度上可反映点位受到污染源影响的情况，如元素碳（EC），与其他成分混合程度低）主要来自于含碳燃料的不完全燃烧；有机碳（OC）颗粒则多来自于燃煤及工业排放；矿物质（MD）大多作为扬尘颗粒的主要特征；左旋葡聚糖（LEV）则主要来自于生物质的燃烧等。

由晋城市环保局整体颗粒物成分分类可知，排前三的颗粒物成分分别是有机碳（20.9%），元素碳（18%），混合碳（15.2%）。此外，富钾（12.1%），左旋葡聚糖占比为11.4%，矿物质占比为8.6%，重金属占比为5.7%，其余成分占比较小。

4.2 颗粒物来源解析

将采集到的颗粒物利用SPAMS海量数据处理软件进行处理，利用示踪离子法和相似度法相结合，根据颗粒物的特征离子进行归类，最终分为扬尘、生物质燃烧、机动车尾气、燃煤、工业工艺源、二次无机源以及其它7大来源。总颗粒物贡献最排在前三的分别为燃煤、机动车尾气和工业工艺源，占比分别为27.3%、21.9%和21.4%；生物质燃烧源、扬尘源和二次无机源占比分别为12.2%、8.4%、4.9%；其他占比为3.9%。

5 结论及建议

5.1 结论

（1）晋城市2018年11月23日至27日监测期间，PM2.5质量浓度平均值71.8μg/m3，峰值为144μg/m3，出现在27日9时。小时级别的优良天气占比为54.8%，污染天气占比45.2%。

（2）监测期间，晋城市环保局点位PM2.5来源主要是燃煤（27.3%）和机动车尾气（21.9%），两者占之和接近50%。其次是生物质燃烧源、扬尘源和二次无机源占比分别为12.2%、8.4%、4.9%；其他占比为3.9%。

（3）23日至25日每天的11时左右，出现PM2.5质量浓度出现一个小高峰，三个峰值时燃煤源均为首要的污染源，燃煤源的数浓度增长明显。26日16时至27日9时燃煤源占比（35%-40%）较为突出，此时段风向以西北风为主，推测受西北方向燃煤源传输的影响。该时段虽然受沙尘天气的影响，但沙尘以粗颗粒物为主，细颗粒物中PM2.5的扬尘源占比没有出现明显的增加。

5.2 建议

（1）从不同污染等级时的污染源分布来看，当空气质量达到轻度污染前，应重点管控机动车尾气源和燃煤源，扬尘源和工业工艺源应该实行常态化管控。

（2）本人认为基于单颗粒质谱源解析技术在对特征离子进行污染源归类时，不确定因素或者说主观干扰因素占有很大比例。应该多种技术方法相互结合使用，例如自适应共振神经网络分类方法（Art-2a）与PMF模型的相互结合。

结语

本文综述了单颗粒质谱源解析技术的晋城市PM2.5快速来源解析案例，运用空气质量简况、技术方法、污染过程分析、快速源解析结果分析等进行数据检测验证，以供参考。