一次重污染過程細(xì)顆粒物中的碳質(zhì)氣溶膠來源追蹤及特征研究

關(guān)鍵詞：重污染過程；細(xì)顆粒物；碳質(zhì)氣溶膠；來源追蹤；特征分析

中圖分類號：X511 文獻標(biāo)志碼：B

前言

工業(yè)化和城市化加速大氣污染，特別是PM_2.5中的碳質(zhì)氣溶膠，它影響光化學(xué)煙霧和空氣質(zhì)量。研究碳質(zhì)氣溶膠的來源和特征至關(guān)重要，目前面臨兩大挑戰(zhàn)，其化學(xué)成分復(fù)雜，來源廣泛，且轉(zhuǎn)化反應(yīng)復(fù)雜，導(dǎo)致追蹤難度大?，F(xiàn)有研究方法和技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、處理和分析上存在不足，在此背景下，學(xué)者對氣溶膠進行深入研究并提出見解。

文獻[1]以四川盆地為研究對象，運用衛(wèi)星遙感、GIS技術(shù)及氣象模式分析氣溶膠特征并識別其來源。但對氣溶膠與氣象條件的關(guān)聯(lián)分析不足。文獻[2]以成都地區(qū)為例確定采樣目標(biāo)，根據(jù)實際情況選擇采樣點和時間，對采集的氣溶膠數(shù)據(jù)進行分析和處理。該研究但未考慮到影響氣溶膠特征的多種因素，導(dǎo)致特征分析結(jié)果可能存在偶然性。文獻[3]先確定研究區(qū)域，并搭建合適的測量平臺，選擇合適的測量設(shè)置，對采集到的數(shù)據(jù)記性預(yù)處理，再對氣溶膠進行特征分析。該研究雖然能分析氣溶膠的生成，其分析過程成本高。

因此，文章研究重污染過程細(xì)顆粒物中碳質(zhì)氣溶膠的來源及特征，旨在深入理解其演變規(guī)律和影響因素，為大氣污染治理提供科學(xué)依據(jù)。同時，對比不同排放源貢獻，為制定更有效的大氣污染控制策略提供參考。

1實驗準(zhǔn)備

1.1實驗區(qū)域概況

此次實驗區(qū)域位于某市的郊外，占地面積約為400平方公里，該地區(qū)位于平原，地勢由東北向西南傾斜，平均海拔約為251米，周圍多山、水環(huán)繞，形成了較為封閉的盆地地形。

該實驗區(qū)域地勢復(fù)雜，屬溫帶季風(fēng)氣候，冬季盛行西北風(fēng)，夏季多為東南風(fēng)。年平均氣溫為20℃，最高氣溫可達(dá)36℃，最低氣溫可達(dá)2℃，降水量為200毫米，主要集中在夏季，占全年降水量的78%。主要排放源有工業(yè)（55%）、交通（24%）和生活（15%）排放等。在重污染時，細(xì)顆粒物濃度超標(biāo)。

1.2實驗試劑

實驗中，為實現(xiàn)對實驗區(qū)域的碳質(zhì)氣溶膠的來源追蹤和特征分析，需準(zhǔn)備多種化學(xué)分析試劑，用于后續(xù)實驗測試。具體實驗試劑見表1。

如表1所示，實驗中，丙酮溶液用于提取樣本中的有機碳成分，使用前做好脫水處理，保證提取效果。硝酸和氫氟酸能夠消解樣本中的碳成分，不過這兩種試劑存在一定的腐蝕性和毒性，在使用時需要做好相關(guān)防護。

1.3實驗儀器與設(shè)備

實驗中，為實現(xiàn)對碳質(zhì)氣溶膠的來源追蹤和特征分析，需準(zhǔn)備相關(guān)實驗儀器和設(shè)備，保證實驗的順利進行。

不同的實驗儀器與設(shè)備將會發(fā)揮不同的作用，從而保證實驗的順利進行和實驗結(jié)果的可靠性。

實驗儀器在此次實驗中均能發(fā)揮較大的作用，能提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。其中，元素碳分析儀能將樣本中顆粒物的元素碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳，再利用氣相色譜儀進行分析和處理，提高實驗結(jié)果的可靠性。將上述準(zhǔn)備實驗儀器和實驗試劑作為基礎(chǔ)，進行實驗測試。此次的實驗方法如下。

2實驗方法

2.1氣溶膠樣品采集及分析

實驗中，利用顆粒物采樣器采集實驗區(qū)域的樣品數(shù)據(jù)。在采樣過程中，為保證采樣結(jié)果的真實可靠性，采樣時間為每日10點到次日9點，采樣時間為23個小時，持續(xù)時間為一周，一年共采樣四次，采樣時段分別為每年的1月、4月、7月、10月不同的月份對應(yīng)著實驗區(qū)域不同的季節(jié)，由此保證樣品采集的全面性。同時，為保證采樣數(shù)據(jù)的可靠性，需設(shè)置不同采樣點。

實驗根據(jù)實驗區(qū)域的位置和具體情況，共設(shè)置15個采樣點。在上述采樣點中采集大量的樣品，每個采樣點采集樣品5組。將采集的樣品進行匯總，再將采集的樣品保存起來。同時，為保證采集樣品的質(zhì)量，需要利用熱／光解氧化器、碳元素分析儀等多種實驗儀器對樣品進行分析。分析過程見圖1。

如圖1所示，在樣品分析的過程中，根據(jù)分析過程中的不同溫度，根據(jù)有機碳和元素碳的氧化順序，將兩者進行分離。其中，在溫度較低，且非氧化環(huán)境中對樣品進行加熱，能夠分離出有機碳，在高溫氧化環(huán)境中對樣品進行加熱，能夠分離出元素碳。在上述原理的基礎(chǔ)上，先在純氦環(huán)境下，對樣品進行加熱，通過不斷提升溫度，分離出有機碳。這個過程中，存在部分有機碳被碳化的可能性，之后繼續(xù)提高溫度，分離出對應(yīng)的元素碳，從而完成對樣品的分析和處理，為后續(xù)估算SOC質(zhì)量濃度奠定基礎(chǔ)。至此，碳質(zhì)氣溶膠樣品采集及處理的設(shè)計完成。

如圖2所示，碳質(zhì)氣溶膠的來源存在多種，化石燃料燃燒和生物質(zhì)燃燒是碳質(zhì)氣溶膠的主要來源，占總排放量的65%。森林火災(zāi)、火山噴發(fā)、交通運輸及其他占比較小。因此，想要減小碳質(zhì)氣溶膠的形成，需從上述幾方面入手。

3.2碳質(zhì)氣溶膠季節(jié)污染特征分析

根據(jù)上述實驗，對碳質(zhì)氣溶膠季節(jié)污染特征展開分析，得到相應(yīng)的分析結(jié)果。分析結(jié)果見表2。

如表2所示，某市碳質(zhì)氣溶膠質(zhì)量濃度在冬季最高，因低溫高濕環(huán)境促進氣溶膠生成，且供暖增加也加速其形成。春秋季濃度高于夏季，因夏季降水多、空氣對流強，利于污染物擴散但不利于碳質(zhì)氣溶膠形成。因此，冬季是碳質(zhì)氣溶膠更易形成的季節(jié)。

4結(jié)束語

經(jīng)過對此次重污染過程中細(xì)顆粒物中的碳質(zhì)氣溶膠進行來源追蹤及特征分析，獲得了深入的認(rèn)識和重要的發(fā)現(xiàn)。通過多種手段的綜合運用，不僅揭示了碳質(zhì)氣溶膠的主要來源，還詳細(xì)刻畫了在重污染過程中的季節(jié)變化特征。實驗結(jié)果表明，在春秋季節(jié)，碳質(zhì)氣溶膠的濃度往往高于夏季。這一現(xiàn)象是由于夏季降水量較多，空氣對流較強，這些自然條件有利于污染物的擴散，但相對而言并不利于碳質(zhì)氣溶膠的形成和累積。相比之下，冬季則成為碳質(zhì)氣溶膠更易形成的季節(jié)。通過此次研究，對碳質(zhì)氣溶膠的來源和特征有了更為全面和深入的理解。這為今后制定更為精準(zhǔn)和有效的大氣污染治理策略提供有力支持。