大氣中顆粒物污染特性及源解析技術(shù)研究現(xiàn)狀

段金莉 齊燦燦 湯慶昌

摘? 要：隨著我國對大氣環(huán)境保護(hù)工作的日益重視，環(huán)保措施、監(jiān)察力度及投入力度不斷提高，部分地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量得到一定程度的改善，城市大氣環(huán)境嚴(yán)重惡化的趨勢逐步減緩，污染程度有所降低并處于受控狀態(tài)。大氣環(huán)境污染的改善離不開大氣環(huán)境監(jiān)測手段和源解析分析方法的提升。本文介紹了大氣中顆粒物的來源、不同區(qū)域污染特性及源解析方法。

關(guān)鍵詞：大氣顆粒物;污染特性;源解析

前言

大氣顆粒物是形成大氣污染的主要污染物之一，在我國許多城市尤其是工業(yè)城市和供暖區(qū)域已成為首要污染物。近二十年來，許多研究學(xué)者致力于大氣顆粒物的研究，結(jié)果表明大氣顆粒物中對人體健康危害最大的是PM2.5。主要原因是PM2.5的比表面積更大，過渡金屬及多環(huán)芳烴等有毒有害物質(zhì)容易吸附在小于lμm的細(xì)顆粒物上，該尺寸的顆粒物90%可以深入到肺泡區(qū)[1]。PM2.5與人體組織接觸的面積大，從而毒性也更大。環(huán)境中的PM2.5與心臟病、肺病、呼吸道感染和肺癌等心血管和呼吸系統(tǒng)疾病密切相關(guān)。

隨著人們對大氣顆粒物的危害認(rèn)識越來越深入，世界各國制定的相關(guān)環(huán)境空氣標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格。美國環(huán)保局在1997年首次提出了關(guān)于PM2.5的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了PM2.5的日均濃度和年均濃度限值分別為65μg/m3和15μg/m3[2]。我國PM2.5濃度限值采用世衛(wèi)組織設(shè)定的最寬限值，《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）中規(guī)定的PM2.5日均濃度和年均濃度限值分別為75μg/m3和35μg/m3，與世界衛(wèi)生組織（WHO）過渡期第1階段目標(biāo)值相同。

1 大氣中顆粒物的分類、組成及來源

根據(jù)顆粒物在重力作用下的沉降特征，將其分為降塵（dustfall）和總懸浮微粒（TSP）。根據(jù)空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑大小將其分為細(xì)顆粒物和粗顆粒物。細(xì)顆粒物主要來源于燃燒、高溫過程及空氣反應(yīng);粗顆粒物主要來源于機(jī)械破碎、揚(yáng)塵等過程。細(xì)顆粒物的主要成分是SO42-、NO3-、NH4+等離子、重金屬元素、有機(jī)物和元素碳，而粗顆粒物則包含浮塵、飛灰、常見氧化物、花粉及化石燃料等。大部分細(xì)顆粒物具有吸濕性，可溶性較高，而粗顆粒物不具有吸濕性而且也不具備可溶性。細(xì)顆粒物能夠在大氣環(huán)境中停留幾天甚至幾十天，并且可以隨氣流傳輸幾百公里甚至幾千公里，而粗顆粒物在大氣環(huán)境中停留時(shí)間較短，傳輸距離一般不超過幾十公里[3]，但無論是細(xì)顆粒物還是粗顆粒物，其中都含有致癌、致畸、致突變的化合物和有毒有害化學(xué)物質(zhì)。

2 大氣顆粒物污染特征

不同區(qū)域的大氣顆粒物發(fā)生量及污染特征與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能源結(jié)構(gòu)、工藝方法以及管理水平有關(guān)，污染特征不盡相同，因此有必要進(jìn)行不同區(qū)域的大氣顆粒物污染特征研究。黃麗坤[4]對哈爾濱市連續(xù)兩年TSP、PM10、PM2.5的質(zhì)量濃度、離子成分、無機(jī)元素進(jìn)行了監(jiān)測和分析，探討了各顆粒物中化學(xué)成分的組成特征、季節(jié)性分布以及空間分布特征。研究結(jié)果表明，全年顆粒物主要由PM2.5和PM2.5-10組成，PM10-100含量相對較少，污染來源比較穩(wěn)定。離子成分分析結(jié)果表明，SO42+、NO3-和NH4+主要由二次反應(yīng)產(chǎn)生，占總離子質(zhì)量的70%以上，且冬季含量最高。K+和F-在供暖期間濃度較高。Ca2+在PM10中的季節(jié)變化較為明顯。元素分析結(jié)果表明，S含量在供暖期間較高;Ni、Pb濃度在冬季大于其它季節(jié);Ca、Na、Mg含量在夏季最高、冬季最低。甘小鳳[5]等對西安市秋季大氣PM2.5中的化學(xué)元素濃度特征及來源開展了研究。通過采樣分析得知，西安市秋季PM2.5質(zhì)量濃度的平均值為168.44μg/m3，最小值為53.29μg/m3，最大值為358.16μg/m3，PM2.5污染程度高于北京、珠江三角地區(qū)。PM2.5中S、Zn、K、Cl、Ca、Fe的含量處于較高污染水平;K與有機(jī)碳（OC）、元素碳（EC）的相關(guān)性較高，說明OC、EC與K的來源相同。生物質(zhì)燃燒對OC、EC有一定的貢獻(xiàn);元素的富集因子分析表明，K、Ca、Fe、Ti、Mn和Cr主要來源于自然源，而S、Zn、Cl、Pb、Br，Mo、Cd和As主要為人為污染，其中Cd的富集因子最大，主要來源于金屬冶煉等活動。于云江[6]等采用綜合評分法對蘭州市大氣顆粒物中的化學(xué)污染物進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明，苯并[a]芘、Pb、Cr、Ni、Cd、Cu、苯并[a]蒽、二苯并[a，h]蒽、Zn、苯并[b]熒蒽10種化學(xué)污染物得分較高，是蘭州市大氣顆粒物中的主要化學(xué)污染物。

3 源解析技術(shù)

要對大氣污染進(jìn)行有效控制，提高空氣質(zhì)量水平，首先要了解大氣中顆粒物的來源。不僅要對大氣中顆粒物的來源進(jìn)行定性識別，還要定量計(jì)算各個(gè)污染源對大氣環(huán)境污染的貢獻(xiàn)值，源解析（SourceApportionment）技術(shù)能夠滿足以上需求。目前，源解析的結(jié)果是制定大氣污染防治規(guī)劃和方案的依據(jù)，對確定污染治理重點(diǎn)，環(huán)境管理和科學(xué)決策具有重要的指導(dǎo)意義。

目前，源解析方法主要分為顯微法和化學(xué)-統(tǒng)計(jì)學(xué)方法兩大類。源解析的研究方法比較多，例如空氣污染玫瑰圖、氣象軌跡模型、光學(xué)顯微鏡法、多元受體模型、主要成分分析和化學(xué)質(zhì)量平衡受體模型（CMB）等，同時(shí)也要運(yùn)用一些分析儀器，如掃描電鏡、熱光反射碳分析儀、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀、離子色譜儀、波長色散X-射線熒光分析儀等。在眾多的源解析方法中，受體模型是一種常用的重要研究手段，已具有成熟的方法體系，并廣泛應(yīng)用于大氣環(huán)境研究中。但受體模型存在一些不足，例如一些排放源的源成分譜比較相近、源的化學(xué)成分在傳輸過程中可能發(fā)生變化等。因此，在源解析研究中應(yīng)當(dāng)將受體模型與擴(kuò)散模型等其他方法相結(jié)合，各自發(fā)揮優(yōu)勢，彌補(bǔ)不足[7]。

參考文獻(xiàn)

[1]唐孝炎，張遠(yuǎn)航，邵敏.大氣環(huán)境化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006.274.

[2]杜剛，王宏志.遼寧省五個(gè)典型城市PM10/PM2.5污染狀況及防治對策[J].遼寧省環(huán)境科學(xué)學(xué)會2007年學(xué)術(shù)年會論文集，2007，114-119.

[3]尹洧.大氣顆粒物及其組成研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代儀器，2012，18（2）：1-5.

[4]黃麗坤.典型寒地城市大氣顆粒物污染特性與源解析研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[5]甘小鳳，曹軍驥，王啟元等.西安市秋季大氣細(xì)粒子（PM2.5）中化學(xué)元素的濃度特征和來源[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（19）：11692-11694，11697.

[6]于云江，李良忠，楊林等.蘭州市大氣顆粒物中化學(xué)特征污染物的篩選[J].環(huán)境科學(xué)研究，2014，27（4）：382-389.

[7]高佳琦.深圳市大學(xué)城大氣顆粒物（PM2.5）污染特征分析及源解析[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

作者簡介：段金莉（1985-），女，山東省鄆城縣人，碩士，注冊環(huán)境影響評價(jià)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評價(jià)。