水環(huán)境中污染物的源解析方法及其應(yīng)用

沈晶

摘要：隨著研究的深入，近年來，不斷有人提出一些新的解析方法。由于污染物自身性質(zhì)和各地區(qū)環(huán)境條件差異的影響，使這些定量方法在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出不同程度的局限性。因此，水環(huán)境中污染物源解析是當(dāng)前污染源解析領(lǐng)域的難點之一。文章主要就水環(huán)境中污染物的源解析方法及其應(yīng)用作了具體的分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境；污染物；源解析方法；應(yīng)用

引言

目前，水環(huán)境中污染源解析的研究中，受體模型主要包括定性和定量兩類。定性方法直接利用污染物的化學(xué)性質(zhì)或某些化學(xué)參數(shù)來辨析污染源，如比值法等；定量方法則利用數(shù)學(xué)分析手段進(jìn)行源解析，如化學(xué)質(zhì)量平衡法，多元統(tǒng)計法、混合方法等，其中化學(xué)質(zhì)量平衡法、多元統(tǒng)計法的研究歷史較長，方法相對成熟。

1、 水環(huán)境污染物源解析方法及其應(yīng)用

1.1 化學(xué)質(zhì)量平衡法

化學(xué)質(zhì)量平衡法是應(yīng)用最為廣泛的受體模型，是Miller等和Winchester等獨立提出來 的。美國環(huán)保局（USEPA）推薦使用CMB模型，并開發(fā)出了相應(yīng)的應(yīng)用軟件包。

通過CMB模型的實際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)這種方法在具有很多優(yōu)點的同時也存在一些不足。優(yōu)點體現(xiàn)在：①對一個受體樣品的分析就可以得到結(jié)果，可以避免大量的樣品采集所帶來的時間和資金等方面的壓力；②能夠檢測出是否遺漏了某重要污染源，并可以對其他方法的適用性進(jìn)行檢驗。

當(dāng)然，CMB模型也有它的局限性，主要體現(xiàn)在：①同一類排放源排放成分是有差別的，同一排放源在不同時間排放物質(zhì)也不同，而CMB模型沒有加以區(qū)別；②CMB模型假設(shè)從排放源到受體之間，排放的物質(zhì)組成沒有發(fā)生變化，而實際上某些物質(zhì)并不滿足該條件；③不能得到每一個污染源對受體中每一種污染物的貢獻(xiàn)率，只能得到每一個污染源對受體中污染物總體的綜合貢獻(xiàn)率。

1.2 多元方法

多元方法的基本思路是利用觀測信息中物質(zhì)間的相互關(guān)系來產(chǎn)生源成分譜或產(chǎn)生暗示重要排放源類型的因子，主要包括因子分析法及其相關(guān)技術(shù)（主要包括主成分分析）、多元線性回歸法等。

多元方法具有以下優(yōu)點：①不用事先假設(shè)排放源的數(shù)目和類型，排放源的判定相對比較客觀；②能夠解決次生或易變化物質(zhì)的來源，能利用除濃度以外的一些參數(shù)；③研究者只需 對排放源組成有大致的了解，并不需要準(zhǔn)確的源成分譜數(shù)據(jù)。

這種方法也具有一定的局限性：①該法不是對具體數(shù)值進(jìn)行分析而是對偏差進(jìn)行處理，如果某重要排放源比較恒定，而其他非重要源具有較大的排放強(qiáng)度變異，可能會忽略恒定且排放強(qiáng)度較大的排放源；②氣象學(xué)因素的變化影響較大，為了得到準(zhǔn)確結(jié)果，需要采集足夠多數(shù)量的樣品；③在實際中一般可以鑒別出5～8個因子，如果重要排放源類型大于l0，這種方法不能提供較好的結(jié)果。

1.3 混合方法

隨著各種單一方法的逐步成熟，混合方法已經(jīng)成為必然趨勢，混合方式也趨于多元化。 1982年，USEPA設(shè)計了一組數(shù)據(jù)提供給不同的研究人員，并通過結(jié)果對各種受體模型的優(yōu)劣進(jìn)行比較。結(jié)果表明，對于排放源數(shù)目少的體系，F(xiàn)A、MLR很成功，而對于排放源數(shù)目較 多的體系，CMB具有明顯優(yōu)勢。多元分析適宜于鑒別排放源的類型和數(shù)目，而CMB適用于檢驗多元分析的結(jié)果，將這兩種技術(shù)共同使用能夠取長補(bǔ)短，發(fā)揮更好的作用。多元統(tǒng)計方法與CMB的結(jié)合主要體現(xiàn)在FA/CMB方法的應(yīng)用上。FA充當(dāng)定性分析的角色，客觀地鑒別出排放源的數(shù)量和類型；CMB模型進(jìn)行定量計算，多元統(tǒng)計可以對CMB模型進(jìn)行補(bǔ)充，以檢驗是否存在未知源或數(shù)據(jù)是否存在錯誤。FA/CMB 已經(jīng)用于大氣、沉積物等環(huán)境介質(zhì)的研究。

FA法作為一種多元統(tǒng)計方法，特點是通過減少變量數(shù)目，使問題得以簡化，但不能得到各類排放源的絕對貢獻(xiàn)值，還需要再進(jìn)行回歸分析，所以該方法需要與其他方法結(jié)合使用。 用 FA/PCA選擇P個相互獨立的變量分別代表P個源，以 FA/PCA 得分為變量進(jìn)行回歸，求出這幾個排放源對受體的貢獻(xiàn)值。Kleinman等首先把 FA/MLR用于大氣顆粒物的研究，后經(jīng)過Morandi等的發(fā)展逐漸趨于成熟。APCS/MLR是由Thurston等 PCA/MLR發(fā)展而來， 根據(jù)主成分得分求得APCS （absolutepr incipalcom ponent scores），繼而進(jìn)行多元線性回歸。FA/，M LR（PCA/MLR、APCS/MLR ）是應(yīng)用最多的混合方法，在水環(huán)境和沉積物研究上使用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，涉及的污染物包括重金屬元素和有機(jī)污染物。用FA/MLR對土耳其DilDeresi河水體中重金屬源解析的結(jié)果表明，涂料工業(yè)、污水、地質(zhì)和交通道路徑流等4種污染源的貢獻(xiàn)率達(dá)到 83%。PFA和多元線性回歸分析對北京市通州區(qū)河流中的PAHs源解析，結(jié)果表 明，燃煤源、焦?fàn)t源、柴油源和汽油燃燒源PAHs貢獻(xiàn)率均較高。綜合運用PFA和多元回歸分析方法，發(fā)現(xiàn)珠江三角洲水體沉積物中的PAHs主要來源于石油排放、煤和木柴等低溫燃燒排放、機(jī)動車尾氣排放和生物成因，其相對貢獻(xiàn)率分別為36%、27%、25%和12%。用FA/MLR對塞納河河口灣的居民和工業(yè)區(qū)水體來自大氣沉降的PAHs的來源進(jìn)行定量化的研究，得出冬天在居民區(qū)家庭取暖占85%，夏天工業(yè)區(qū)工業(yè)排放25%?；旌戏椒ㄊ潜葐我环椒ǜ行У姆绞?，Walker等采用復(fù)合源識別技術(shù)對美國高度工業(yè)化伊麗莎白河河口區(qū)沉積物中的PAH的來源進(jìn)行了研究，認(rèn)為舊的木材處理設(shè)備大規(guī)模雜酚油釋放是河口灣PAH的主要來源。

2、結(jié)束語

總之，雖然我國在水環(huán)境污染物源解析方面作了一些工作，但與外國相比研究還比較薄弱。尤其是水環(huán)境介質(zhì)污染物源解析的研究起步較晚，許多方面需要借鑒大氣顆粒物的研究經(jīng)驗，這給水環(huán)境工作研究者帶來了困難，同時也帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

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