霧霾天氣PM2.5中元素特征分析

安樂

（營(yíng)口市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 遼寧營(yíng)口 115000）

霧霾天氣PM2.5中元素特征分析

安樂

（營(yíng)口市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 遼寧營(yíng)口 115000）

隨著近年來城市污染的嚴(yán)重，霧霾天氣在城市中越來越常見。霧霾帶給我們的不僅僅是大氣的可見度大幅度降低，而且也會(huì)對(duì)我們的呼吸道健康造成很嚴(yán)重的損傷。實(shí)際上霧霾天氣的起因除了空氣污染還有部分氣象因素，霧霾天氣發(fā)生時(shí)，大氣中的顆粒物特別是細(xì)顆粒物的濃度大幅度增加，這就是我們見不到太陽的原因。本文從PM2.5的霧霾天氣中的元素特征入手，簡(jiǎn)單分析一下可能造成城區(qū)的霧霾天氣的原因，為未來能夠有效解決城市霧霾問題鋪路。

PM2.5；霧霾天氣；元素特征

PM2.5指的是空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于等于2.5μm的大氣細(xì)顆粒物。近年來因?yàn)榉N種原因，大陸的很多城市霧霾天氣嚴(yán)重，其中以國(guó)都北京較為嚴(yán)重?？傮w來說，城市霧霾天氣已經(jīng)成為了城市中的一大隱形殺手，一方面霧霾天氣的能見度急劇降低，大大增加了發(fā)生交通事故的幾率，另一方面，空氣中大量的細(xì)顆粒物導(dǎo)致了人體的呼吸道非常脆弱，嚴(yán)重影響了人體的健康。

實(shí)際上國(guó)家很早就已經(jīng)開始重視對(duì)城市霧霾天氣的成因和解決辦法的研究了，近幾年來已經(jīng)明確了通常情況下城市霧霾天氣的元素特征，并對(duì)一些對(duì)霧霾天氣影響較大的工廠等采取了一定措施，取得了一定的結(jié)果。

1 PM2.5元素分析

1.1 PM2.5中金屬元素

根據(jù)有效研究表明，大部分城市的PM2.5天氣相對(duì)于正常天氣有不少于27中元素濃度有明顯升高。這27種元素中包括As、Cr、Pb、Ti、V等重金屬元素，這些重金屬元素是城市霧霾天氣中主要的無機(jī)污染物。

具體來說，霧霾天氣中的無機(jī)污染物大概可以劃分成三個(gè)等級(jí)，第一個(gè)等級(jí)的元素有As、Cr、Cu、Pb，這些金屬元素通常在霧霾天氣中的富集因子大于10，也就是高度富集。第二個(gè)等級(jí)的金屬元素包括Sb和Sn，這兩個(gè)元素在霧霾中的富集因子介于1～10之間，富集級(jí)別在中級(jí)。最后一級(jí)屬于輕度富集，在大氣中富集因子不到1或者接近于1，主要有Ti和V等。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果，霧霾天氣中高度富集的重金屬元素的來源主要是汽車尾氣、化石燃料的燃燒導(dǎo)致的空氣污染，人為因素非比較明顯，但是其他的來源還有待調(diào)查和確認(rèn)。

總體來講，PM2.5的霧霾天氣中最值得注意的當(dāng)屬As等高度富集的有毒重金屬元素，這些元素在城市霧霾天氣發(fā)生時(shí)的濃度接近或者已經(jīng)超出了參考限值，甚至出現(xiàn)了有As濃度超出參考限值5倍左右的記錄。相關(guān)的部門應(yīng)該重視對(duì)重金屬元素污染的治理工作，盡可能降低化石燃料的燃燒量，并倡導(dǎo)使用清潔能源作為人類日常生活中的主要能量來源。

1.2 PM2.5中的有機(jī)碳和元素碳

根據(jù)資料，城市霧霾天氣中有機(jī)碳和元素碳在霧霾天氣中的比重也相當(dāng)可觀，在某一些污染比較嚴(yán)重的城市的霧霾元素組成分析中，碳污染物后者含碳污染物在大氣細(xì)顆粒物中的比例能占到大概一半。細(xì)顆粒物中的含碳物質(zhì)包括污染源直接排放的一次有機(jī)碳和在經(jīng)過大氣光化學(xué)反應(yīng)之后的氣態(tài)有機(jī)前體物形成的二次有機(jī)碳，或者來源于人類的對(duì)化石能源的燃燒和排放。空氣中的含碳物質(zhì)濃度如今已經(jīng)成為了大氣污染的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

霧霾天氣也會(huì)出現(xiàn)超過日常濃度的碳?xì)馊苣z，碳?xì)馊苣z是一種對(duì)溫室效應(yīng)、人體健康、大氣能見度都有著重要影響的指標(biāo)。在北方，由于冬天城市中都依靠化石燃料的燃燒通過暖氣來取暖，所以含碳空氣污染在北方尤其嚴(yán)重，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，采暖期間PM2.5嚴(yán)重的城市大氣細(xì)顆粒物的濃度為90.69μg/m3左右，有機(jī)碳和元素碳的質(zhì)量濃度在每立方米21.91μg和5.03μg，質(zhì)量濃度的峰值有機(jī)碳和元素碳分別能達(dá)到接近50%和接近10%，是大部分北方霧霾天氣形成的重要原因。

1.3 元素特征的季節(jié)性變化

其實(shí)霧霾天氣的成因和季節(jié)和氣候也有非常直接的關(guān)系，根據(jù)有記載的資料顯示，很多城市在夏季的PM濃度會(huì)比冬季有較為明顯的變化，這是因?yàn)榇蟛糠值某鞘杏炅恐饕性谙募?，而雨水能具有比較明顯的對(duì)大氣細(xì)顆粒物的清除作用。相反，大部分城市的秋冬季節(jié)由于天氣比較干燥，細(xì)顆粒物也比較容易在大氣中懸浮，所以普遍霧霾天氣較多。春季的霧霾天氣頻率高于夏季，但是不如秋季和冬季。

而根據(jù)不同季節(jié)各種元素的詳細(xì)情況，我們發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)元素濃度排在前六位的并沒有特別明顯的變化，這六種元素只是前后順序有所變化，分別是Ca、Al、Fe、S、K、Mg。這六種元素中，Ca元素的濃度在多風(fēng)沙的城市中尤其高，有記錄顯示在北京春季的霧霾天氣中，Ca元素的濃度曾一度達(dá)到10個(gè)百分點(diǎn)。其次是S元素，這種元素的排放主要原因就是化石燃料尤其是煤的燃燒，所以在北方的秋冬時(shí)節(jié)硫污染更為明顯，全年的平均質(zhì)量濃度在4%左右。

整體來說，霧霾天氣中的元素主體都是源于化石燃料的燃燒和重金屬污染，而不同的地區(qū)的霧霾天氣元素特征根據(jù)不同的氣候特點(diǎn)而稍顯差異。但是可以確定的是，只要相關(guān)部門能有效控制對(duì)化石燃料排放的限制和對(duì)重金屬污染處理，那么城市的霧霾終有一天會(huì)徹底消散。

[1]楊東貞,徐敬,顏鵬,等.北京城區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)大氣氣溶膠的相似性研究[J]．第四紀(jì)研究,2014,25(1):54-62.

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[3]段鳳魁,賀克斌,劉咸德,等.含碳?xì)馊苣z研究進(jìn)展:有機(jī)碳和元素碳[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2012,1(8):1-8．