PM2.5的研究進(jìn)展

任金苗 張仙平 段煥林 陳愛東 王迎輝 李 輝

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PM2.5的研究進(jìn)展

任金苗1張仙平1段煥林1陳愛東1王迎輝1李 輝2

（1.河南工程學(xué)院土木工程學(xué)院 鄭州 451191； 2.科宇智能環(huán)境技術(shù)服務(wù)有限公司 鄭州 450000）

隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展，能源消耗量大，隨之帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。城市氣候要素改變，導(dǎo)致空氣嚴(yán)重惡化，PM2.5的污染更為嚴(yán)重，霧霾天氣頻發(fā)，對大氣環(huán)境及人體健康造成嚴(yán)重不良影響。主要從PM2.5的檢測方法、化學(xué)成分分析、來源解析、防治方法與治理措施等方面進(jìn)行綜述，并針對研究現(xiàn)狀，分析了目前PM2.5研究存在的主要問題，指出了未來的研究方向。

PM2.5監(jiān)測；源解析；成分分析；治理措施

0 引言

霧霾天氣的惡化給人們的生產(chǎn)生活帶來了諸多負(fù)面影響，PM2.5帶來的環(huán)境問題日益凸顯，人們對空氣顆粒物的關(guān)注越來越多，在這樣的背景下，學(xué)者們對PM2.5的相關(guān)研究日益深入。PM2.5是指空氣中動力直徑≤2.5μm的顆粒物，能夠進(jìn)入人體的肺泡，也可稱之為可吸入肺顆粒物，嚴(yán)重影響人體及其他生物體的健康；PM2.5的粒徑比PM10小，相對表面積卻比它大，更容易吸附結(jié)合空氣中有毒有害的重金屬元素、酸性氧化物和細(xì)菌病毒等。

PM2.5的形成過程和形成機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，且我國關(guān)于PM2.5的研究工作起步較晚，因此監(jiān)測資料尚不夠完善，目前多呈現(xiàn)區(qū)域性和局部性的特點(diǎn)，且大多為探索性研究，與歐美等發(fā)達(dá)國家的差距較大。近年來，PM2.5的監(jiān)測手段持續(xù)取得進(jìn)展，觀測PM2.5污染特征的手段和方法也越來越多，研究PM2.5的檢測方法、化學(xué)成分和來源解析等方面內(nèi)容，為更好地探究PM2.5的產(chǎn)生機(jī)理和采取防范其產(chǎn)生的措施及其沉降和消解的治理措施提供了理論依據(jù)，對促進(jìn)和改善大氣環(huán)境污染的現(xiàn)狀具有深遠(yuǎn)意義。

1 PM2.5監(jiān)測方法研究進(jìn)展

獲取精準(zhǔn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)對PM2.5的相關(guān)研究非常重要，所以研究中采用的監(jiān)測設(shè)備和方法的精準(zhǔn)性就顯得尤為重要。我國最初的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)為手工監(jiān)測，起始于20世紀(jì)80年代，直到2000年開始被自動檢測逐步取代[1]。PM2.5監(jiān)測首先需進(jìn)行微粒分級，陳梅芹等[2]對微粒分級技術(shù)做了研究，基于微粒分級，目前國內(nèi)外M2.5監(jiān)測采用的方法主要有重量法、微量振蕩天平法（TEOM）、β射線法（BAM）。胥全敏等[3]通過長期對環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站運(yùn)行和維護(hù)進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)在用β射線法原理監(jiān)測PM2.5質(zhì)量濃度時，影響PM2.5監(jiān)測精度準(zhǔn)確性的主要因素有采樣流量、采樣管道、紙帶走紙精確度和相對濕度等。PM2.5在線監(jiān)測儀器都是長期全天運(yùn)行，很容易污損、老化等，從而影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，出現(xiàn)誤差甚至“倒掛”現(xiàn)象。因此，有必要定期通過權(quán)威機(jī)構(gòu)對PM2.5和其他顆粒物監(jiān)測儀器的采樣流量進(jìn)行校準(zhǔn)和測量。而針對測量中發(fā)生的的倒掛現(xiàn)象，潘本鋒等[4]研究了PM2.5與PM10監(jiān)測中經(jīng)常出現(xiàn)的“倒掛”現(xiàn)象，通過對常見監(jiān)測方法β射線法（采樣管恒溫加熱）和振蕩天平法組合下“倒掛”現(xiàn)象和其他監(jiān)測方法組合下“倒掛”現(xiàn)象的分析以及不同季節(jié)、不同顆粒物濃度下的“倒掛”現(xiàn)象分析，發(fā)現(xiàn)測量誤差、監(jiān)測儀器和PM10與PM2.5監(jiān)測方法不同都會導(dǎo)致“倒掛”，并且發(fā)現(xiàn)不同樣品中的溫度和濕度的不同監(jiān)測方法的修正原理的修正程度，和不同的揮發(fā)性化合物的補(bǔ)償度都會形成監(jiān)測結(jié)果的差異。所以研究者建議在監(jiān)測時盡量選擇同樣原理的設(shè)備，根據(jù)具體情況選擇監(jiān)測方法的組合從而避免“倒掛”現(xiàn)象的發(fā)生。

隨著近年來衛(wèi)星、遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，通過氣溶膠光學(xué)厚度等原理間接反演的遙感監(jiān)測也漸漸成為PM2.5監(jiān)測中比較先進(jìn)的監(jiān)測方法，研究者們針對此方法做了大量的研究工作。李倩[5]對北京大氣PM2.5的遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)化進(jìn)行了研究探討，通過對反演結(jié)果的地面驗(yàn)證、對比月均差異、區(qū)域分布和對個例的分析應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)氣溶膠干消光系數(shù)法（drya,0）、氣溶膠光學(xué)厚度法（AOD）和氣溶膠表觀反照率法（a）三種方法都具有較高的反演精度，說明衛(wèi)星數(shù)據(jù)和地面實(shí)時數(shù)據(jù)的結(jié)合可以更好地監(jiān)測PM2.5的濃度，對比其他兩種方法a法更加簡便易行，用a法反演則春、冬、秋的相關(guān)系數(shù)都大于0.7，因此研究者提出建議春、冬、秋使用a法，夏季使用其他兩種方法進(jìn)行PM2.5濃度的反演。利用PM2.5粒子的消光特性，借助衛(wèi)星遙感資料反演氣溶膠光學(xué)厚度間接獲得近地面PM2.5質(zhì)量濃度，是監(jiān)測區(qū)域PM2.5濃度和空氣質(zhì)量的一種行之有效的方法；郭陽潔[6]應(yīng)用AOD方法結(jié)合站點(diǎn)復(fù)合模型（CM）對中國陸地大氣PM2.5濃度估算進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)用CM模型進(jìn)行研究時，各季節(jié)的區(qū)域CM模型均能有效提高擬合精度，證明了該模型的較高精度水平和分區(qū)結(jié)果的合理性。馬品[7]對數(shù)值模擬技術(shù)（CFD）微環(huán)境中的PM2.5遙感監(jiān)測進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)低建筑群比高建筑群PM2.5濃度分布差異的變化隨風(fēng)速變化小，然而在建筑群內(nèi)，隨著風(fēng)速增加，PM2.5濃度卻減小，濃度分布差異性反而增大。陳輝等[8]研究了MODIS資料監(jiān)測的方法，對結(jié)果進(jìn)行了AOD驗(yàn)證分析、直接相關(guān)分析和濕度訂正分析，研究發(fā)現(xiàn)采用深藍(lán)算法產(chǎn)品反演的AOD效果比較理想，能更廣泛地反演氣溶膠光學(xué)厚度，可以作為京津冀等地冬季近地表細(xì)顆粒物濃度的有效參考數(shù)據(jù)。

綜上，PM2.5監(jiān)測最常用的方法有微量振蕩天平法、稱重法和β射線法，也是為國內(nèi)外研究者們所認(rèn)同的監(jiān)測方法，但存在監(jiān)測程序繁瑣、無法實(shí)時檢測、監(jiān)測精度較低等不足之處，現(xiàn)有文獻(xiàn)多有提到監(jiān)測中提高監(jiān)測精準(zhǔn)度以減少誤差的方法或措施。近年來不斷發(fā)展的遙感反演的估算監(jiān)測技術(shù)文獻(xiàn)較多，該方法應(yīng)用了先進(jìn)的技術(shù)和原理，減少了對氣象數(shù)據(jù)的依賴和間接測量方法中的誤差，但尚存在多地區(qū)綜合性分析研究欠缺和建模量小的缺點(diǎn)，有待后續(xù)研究者不斷檢驗(yàn)和完善。

2 PM2.5化學(xué)成分分析研究進(jìn)展

PM2.5的化學(xué)成分比較復(fù)雜，其復(fù)雜性也取決于其污染來源的復(fù)雜性，分析PM2.5的化學(xué)成分特征對研究PM2.5對大氣能見度的影響和PM2.5的來源起著至關(guān)重要的作用，也是其消解沉降等研究的理論前提。鄭玫等[9]對上海市的典型工業(yè)污染源進(jìn)行了PM2.5的源譜測定，樣品采集分析后對上海4種工業(yè)源的源譜特征進(jìn)行了研究，并與國內(nèi)外的一些其他工業(yè)源對比，發(fā)現(xiàn)電爐廠和燒結(jié)廠的源譜差距比較大，燃煤電廠和混合燃料電廠的PM2.5主要化學(xué)組分相似，Ca元素占8.0（±4.7）%，但在混合燃料電廠Ca、Al和Fe排放貢獻(xiàn)較大，在電爐廠Zn和Fe的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到10.4（±1.2）%、38.2（±0.6）%，而在燃煤電廠中SO42-的貢獻(xiàn)率達(dá)到23.3（±3.7）%，工業(yè)工藝的不同是造成其不同源化學(xué)成分差異的主要原因。徐亞等[10]對北京夏季PM2.5和PM10做了研究，發(fā)現(xiàn)PM2.5和PM10質(zhì)量濃度與采樣點(diǎn)的風(fēng)速、能見度呈負(fù)相關(guān)，而與其相對濕度正相關(guān)。研究者運(yùn)用了質(zhì)子熒光分析（PIXE）的分析方法，發(fā)現(xiàn)NO3-、SO42-、NH+三種可溶性離子質(zhì)量濃度總和占PM10質(zhì)量濃度的25.4%，占PM2.5質(zhì)量濃度的43.5%。陳靜[11]用MARGE離子在線分析儀ADI（高分辨率）研究了石家莊PM2.5的成分譜，發(fā)現(xiàn)8種氣溶膠水溶性離子的質(zhì)量濃度與石家莊市PM2.5濃度變化情況相同，SO42-質(zhì)量濃度在水溶性離子中所占比例最大，二次離子SO42-、NH+、NO3-是石家莊PM2.5的主要組分，占水溶性離子總和的88.4%。馬召輝等[12]對北京的典型性排放源PM2.5做了成分研究，得到了北京主要排放源的PM2.5成分譜，并與國內(nèi)外其他城市PM2.5的排放源成分譜進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)水泥窯污染源PM2.5中OC（7.12%）、Ca（4.81%）和Si（4.41%）這些成分含量較多，在生物質(zhì)燃燒源所產(chǎn)生的PM2.5中，OC（21.7%）、Ca（6.15%）和Si（6.75%）成分含量較多。玉散·吐拉甫[13]對極干旱地區(qū)沙塵與非沙塵天氣PM2.5中金屬元素進(jìn)行了研究分析，發(fā)現(xiàn)金屬元素在非沙塵期間主要來源為汽車排放、生物質(zhì)燃燒、化石燃料和揚(yáng)沙，4種排放源的貢獻(xiàn)率分別為23.63%、20.34%、18.39%和37.63%，在沙塵期間4種排放源的貢獻(xiàn)率分別為17.66%、10.58%、9.97%和61.78%。

PM2.5中含有大量含碳的烴類化合物，對大氣能見度起著重要的影響作用。王群[14]對鄭州市大氣中PM2.5中烴類有機(jī)物進(jìn)行了研究，運(yùn)用了主峰碳、植物蠟含量和碳優(yōu)指數(shù)等特征含量參數(shù)對PM2.5大氣顆粒物中正構(gòu)烷烴分布特征進(jìn)行了分析，研究發(fā)現(xiàn)，鄭州市大氣中PM2.5的濃度有明顯隨季節(jié)變化的特征，春季和夏季平均濃度分別為272±78、392±203、177±59和89±24μg/m3，表現(xiàn)出夏季＜春季＜秋季＜冬季的特征；PM2.5主要來源于化石燃料如煤炭燃燒和汽車尾氣排放。周盼等[15]研究了石家莊道路降塵PM2.5和PM10中的碳質(zhì)組分，用熱光碳分析儀測得總碳（TC）在PM2.5的成分中占19.2%，其含量在PM10中達(dá)13.9%，表明碳質(zhì)組分更大幾率被細(xì)粒徑的顆粒物所吸附。劉珊等[16]對太原市PM2.5中碳組分進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，太原的碳污染源中土壤屬于污染較輕的，冬小麥有機(jī)碳（OC）和元素碳（EC）呈現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)性，在夏季它與OC的相關(guān)性比較低。張偉等[17]對天津市道路降塵中PM2.5和PM10中的碳組分進(jìn)行了研究，對道路降塵PM2.5和PM10中進(jìn)行了對比，如圖1所示，發(fā)現(xiàn)不同道路類型OC/EC不同，可能由不同道路駕駛機(jī)動車類型不同所決定，但OC/EC在PM2.5和PM10中的大小關(guān)系基本一致；OC質(zhì)量濃度為10.27%（主路）至13.94%（快速路），EC質(zhì)量濃度為1.24%（支路）至1.77%（環(huán)路），PM10中OC質(zhì)量濃度為12.56%（快車道），EC質(zhì)量濃度為1.01%（二級公路）至1.59%（快速軌道）?？梢奝M2.5中含碳的成分與車流量大或路面保潔狀況有關(guān)，主要來源于有機(jī)生物質(zhì)燃燒、機(jī)動車尾氣、道路揚(yáng)塵以及燃煤源等混合源。

PM2.5中的金屬元素若隨顆粒物吸入人體則對人體健康危害極大，虎彩嬌等[18]通過富集因子法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法對黃石市大氣PM2.5做了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)黃石市大氣中PM2.5和PM10與工業(yè)源和生物質(zhì)燃燒等人為排放源有很大關(guān)系，其主要元素為K、Cd、Pb、Zn、As、Ca、Ni、Cu、Cr和Mn，其中元素K更容易在細(xì)顆粒物中富集，Ca和Fe更易富集在粗顆粒物中，Zn和Pb在微量元素中年均濃度最高；黃石市大氣細(xì)顆粒物PM2.5的金屬污染比粗顆粒物PM10更為嚴(yán)重，其中尤其Cd存在很強(qiáng)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。研究者們發(fā)現(xiàn)PM2.5中的水溶性離子跟當(dāng)?shù)匚廴練怏w中的酸性氣體有很大關(guān)系，從2015年1月到12月，丁夢萌[19]研究了北京市PM2.5的前體氣體和水溶性離子NH4+、NO3－和SO42-對PM2.5形成的影響，發(fā)現(xiàn)銨態(tài)氮對PM2.5的貢獻(xiàn)率基本維持不變，SO42-是造成光污染的罪魁禍?zhǔn)祝琋O3-是重污染累積效應(yīng)的元兇。

圖1 天津市道路降塵PM2.5和PM10中OC/EC對比（2015年）

如前所述，PM2.5的化學(xué)成分極其復(fù)雜，目前相關(guān)研究主要集中在含碳的烴類物質(zhì)、水溶性元素和金屬元素，研究者通過理論分析、實(shí)驗(yàn)研究等方法對PM2.5的化學(xué)成分進(jìn)行研究，但由于一定地域各有其污染特點(diǎn)以及污染來源的不同導(dǎo)致不同條件下PM2.5化學(xué)成分存在差異，各種化學(xué)組分的含量也會隨之變化。目前需要更大范圍的采集、更長期的監(jiān)測以開展更為全面深入的研究。

3 PM2.5來源解析研究進(jìn)展

大氣污染顆粒物尤其是PM2.5這樣的可入肺顆粒物早已成為國家和研究者們重點(diǎn)關(guān)注的問題，國內(nèi)外的研究者對城市顆粒物做過很多工作，雖然我國PM2.5相關(guān)研究工作起步較晚，但國內(nèi)的學(xué)者們已經(jīng)對多地的PM2.5污染特征進(jìn)行了研究，探究其污染的源頭。王振波等[20]以全國為研究范圍針對PM2.5濃度的時空變化規(guī)律進(jìn)行了分析研究，以全國190個城市的945個監(jiān)測點(diǎn)為研究對象，用以微量震蕩天平法結(jié)合濾膜動態(tài)測量系統(tǒng)（FDMS）為原理的Thermo Fisher 1405F儀器監(jiān)測PM2.5的濃度，采用空間插值方法結(jié)合基于Moran'sI方法對PM2.5濃度空間集聚進(jìn)行研究，還在主要城市做了PM2.5濃度空間自相關(guān)驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)，整年的日平均PM2.5濃度呈現(xiàn)U型趨勢，夏秋高，春冬低。這些城市的細(xì)顆粒物PM2.5濃度在時間上呈現(xiàn)出分季節(jié)、逐月和日度的變化規(guī)律。空間上存在PM2.5濃度的季節(jié)空間、月度空間和周期性循環(huán)的規(guī)律。東南沿?？諝赓|(zhì)量水平穩(wěn)定，且比起其他地區(qū)更呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢。華北平原、長江三角洲等地卻不容樂觀，是PM2.5的全年主要聚集地，而北方城市則更是高濃度PM2.5聚集的核心地。

王新[21]對蘭州城區(qū)大氣PM2.5污染采用富集因子法和組分分析法進(jìn)行了源解析研究，發(fā)現(xiàn)蘭州城區(qū)大氣PM2.5濃度隨時空發(fā)生明顯變化。采暖期內(nèi)明顯高于非采暖期，蘭州市大氣的PM2.5主要污染源有工業(yè)排放源、交通排放/生物質(zhì)燃料混合源和土壤源特性燃煤煙塵等，其中固定污染源對蘭州市PM2.5中水溶性離子的貢獻(xiàn)率大于機(jī)動車尾氣等流動源。李曉[22]對鄭州市大氣PM2.5中烴類有機(jī)物物做了研究，比較了重污染事件中空氣溫度（氣溫）和相對濕度與PM2.5的相關(guān)性，分別如圖2、圖3所示，從圖中可以看出PM2.5濃度與氣溫相關(guān)性不大，與相對濕度卻有著較強(qiáng)的相關(guān)性；從整體上看，鄭州市大氣PM2.5中的正構(gòu)烷烴受機(jī)動車尾氣和化石燃料燃燒等人為源影響較大。盧慧劍[23]對典型沿海城市PM2.5污染特征及其來源進(jìn)行了解析研究，應(yīng)用了基于化學(xué)質(zhì)量平衡模型（CMB）的一次源解析，利用相似性組的診斷方法，將CMB模型與排放源清單數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行分析，把原來的一次源與二次源的貢獻(xiàn)率依次分配至各個行業(yè)，發(fā)現(xiàn)該市PM2.5具有酸性的特點(diǎn)，與大氣中酸性物質(zhì)有關(guān)，夏季的酸性污染較冬季嚴(yán)重，市區(qū)是酸性污染比較嚴(yán)重的區(qū)域。李璇等[24]對北京PM2.5的污染做了研究，采用源排放處理模式（SMOK）等方法，基于嵌套網(wǎng)格以北京為中心區(qū)域向周圍輻射進(jìn)行研究，建立大氣污染的模擬系統(tǒng)，并對目標(biāo)來源區(qū)域進(jìn)行了劃分，發(fā)現(xiàn)PM2.5主要來源為北京本地，貢獻(xiàn)率達(dá)34%，天津貢獻(xiàn)率為4%，河北的貢獻(xiàn)率為26%，模擬邊界外和京津冀周邊貢獻(xiàn)率分別為24%和12%；北京PM2.5中銨鹽等成分主要來自本地的排放，硝酸鹽、硫酸鹽等主要來自周邊省市。

圖2 鄭州市重污染期間PM2.5濃度與溫度的關(guān)系（2013年）

圖3 鄭州市重污染期間PM2.5濃度與相對濕度的關(guān)系（2013年）

相比于以上污染特征和污染來源有一定相似度的大城市，學(xué)者們做過的研究較多，也有學(xué)者對較容易忽視卻有其區(qū)域性自身?xiàng)l件的城市進(jìn)行了PM2.5的污染特征和來源解析研究。舒熳[25]對四川盆地的相對潔凈地區(qū)的代表雅安城區(qū)的PM2.5進(jìn)行了來源解析研究，作者選擇了對城區(qū)空氣質(zhì)量影響較大的餐飲源進(jìn)行研究，分析了其污染狀況、化學(xué)組成、季節(jié)變化規(guī)律及來源，研究發(fā)現(xiàn)烹飪過程中的食用油、高脂肪原材料、烹飪方式和烹飪溫度都能導(dǎo)致餐飲PM2.5的排放差異。通過氣團(tuán)后向軌跡模型、富集因子法、主成分分析法等進(jìn)行源解析發(fā)現(xiàn)雅安地區(qū)PM2.5同時受人為源和地殼源的影響，來自西南方向印度的遠(yuǎn)距離輸送污染也是雅安城區(qū)PM2.5偏高的主要原因。姜立乾[26]對南京市大學(xué)宿舍內(nèi)的水溶性離子進(jìn)行了污染特征的分析和來源解析的研究，運(yùn)用了單因子方差分析、兩個獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)和相關(guān)性分析的數(shù)據(jù)處理方法，研究發(fā)現(xiàn)冬季室內(nèi)外PM2.5的相關(guān)性強(qiáng)于夏季，驗(yàn)證了室內(nèi)PM2.5更多來源于室外的論斷；入伏后室內(nèi)外PM2.5污染程度都比梅雨季大，說明頻繁降雨對大氣起到了凈化作用；冬季室內(nèi)外PM2.5污染比夏季嚴(yán)重，一種原因是冬季的氣象特征不利于PM2.5的擴(kuò)散，更多則是因?yàn)槎静膳仁筆M2.5來源增多。昌晶亮等[27]發(fā)現(xiàn)城市群PM2.5污染存在春節(jié)效應(yīng)，凌晨2:00時PM2.5濃度比非春節(jié)期間高47.6%，從很大程度上說明了煙花炮竹對PM2.5濃度上升的貢獻(xiàn)。

陳剛等[28]對合肥的PM2.5污染進(jìn)行了研究，用正定矩陣因子分解模型（PMF）解析得到如圖4所示的結(jié)論，解析出的5個因子的貢獻(xiàn)率分別為高等植物排放源22%，秸稈燃燒源10%，燃煤源31%，汽油燃燒源17%和柴油燃燒源20%；利用激光雷達(dá)監(jiān)測結(jié)果和向后軌跡信息的區(qū)域傳輸影響方法進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)PM2.5中含碳組分、水溶性離子和金屬元素分別占總濃度的24.07%、59.14%和16.79%。鄭曉伍等[29]對石河子市PM2.5中有機(jī)碳和元素碳進(jìn)行了源解析等研究，通過對霾和沙塵天氣下OC/EC相關(guān)性的分析比較，發(fā)現(xiàn)碳質(zhì)氣溶膠受不同地區(qū)氣象條件、產(chǎn)業(yè)與能源結(jié)構(gòu)等因素的影響很大。石河子市OC/EC濃度與其它亞洲地區(qū)接近，OC/EC濃度受霾和沙塵天氣加重的影響。二次有機(jī)碳與元素碳之比（SOC/OC）在非霾非沙塵天氣下約為64%，霾和沙塵天氣下達(dá)到67%，霾和沙塵天氣具有較為復(fù)雜的污染源，表明石河子市碳質(zhì)氣溶膠主要屬于二次有機(jī)氣溶膠污染。余文洋[30]對武漢市的典型地區(qū)PM2.5中含氧有機(jī)物的分布特征進(jìn)行了分析和來源解析，發(fā)現(xiàn)不同生物質(zhì)燃燒、土壤顆粒物再懸浮、植物釋放以及肉類烹飪是三個采樣點(diǎn)中含氧有機(jī)物的4個重要來源。工業(yè)區(qū)的來源解析有7種源，其中3個主要來源是生物質(zhì)燃燒（22.971%）、植物再懸?。?4.187%）和土壤再懸?。?3.385%）。交通區(qū)有6個來源，其中3個主要來源是土壤懸?。?6.888%）、生物質(zhì)燃燒（20.421%）和高等植物釋放（14.131%）。植物區(qū)只有4種來源，分別是土壤再懸?。?0.339%）、生物質(zhì)燃燒（19.796%）、植物釋放（16.425%）及肉類烹飪（9.887%）。溫維[31]對唐山大氣PM2.5污染進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)PM2.5存在濃度空間變化，并且顆粒物的長距離傳輸造成外來源與本地源的疊加污染，外來源也是PM2.5污染的重要產(chǎn)生源之一。

圖4 合肥市PM2.5的PMF模型解析結(jié)果（2014年）

表1列出了PM2.5源解析的研究概況，可以看出PM2.5的源解析呈現(xiàn)區(qū)域性和季節(jié)性的特點(diǎn)，整改防治時應(yīng)根據(jù)地區(qū)污染特點(diǎn)采取適宜的措施；總體來說，各類燃燒源在PM2.5來源中貢獻(xiàn)率最大。PM2.5的產(chǎn)生形成機(jī)理復(fù)雜，研究過程中也需要大量的相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，導(dǎo)致其源解析的研究工作也相當(dāng)繁瑣，但PM2.5的源解析研究對PM2.5的防治工作的開展至關(guān)重要。目前相關(guān)文獻(xiàn)多集中在京津冀和長江三角洲、珠江三角洲等地區(qū)的大城市，不同區(qū)域的城市結(jié)構(gòu)和工業(yè)化程度等因素會造成PM2.5源解析結(jié)果不同，不同研究者采用的分析方法也不同。PM2.5的源解析方法不斷取得進(jìn)步，這對PM2.5源解析的研究起到了極大的促進(jìn)作用。

4 PM2.5的防治方法與治理措研究進(jìn)展

大氣污染問題日趨嚴(yán)重，給人們的生產(chǎn)和生活活動造成了很大的困擾，PM2..5的防控和治理工作迫在眉睫。薛文博等[32]對PM2.5大氣環(huán)境容量進(jìn)行了研究，利用全國大氣污染物排放清單和第3代空氣質(zhì)量模型WRF-CAMx結(jié)合應(yīng)運(yùn)而生的迭代法，對全國31個省、市的二氧化硫、氮氧化物、PM2.5和NH3的允許排放量進(jìn)行了模擬計(jì)算，得到333個地級城市PM2.5年均濃度分布頻率，如圖5所示。從圖中可以看出，所研究的333個城市年均PM2.5濃度有兩個峰值，達(dá)標(biāo)城市年均PM2.5濃度約30μg/m3，超標(biāo)城市年均PM2.5濃度約100μg/m3；超標(biāo)率約70%，環(huán)境污染問題嚴(yán)重，因此PM2.5防治區(qū)域合理劃分，區(qū)域大氣綜合管理顯得尤為重要。朱梅等[33]對我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中室內(nèi)PM2.5的濃度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究討論，分析了我國PM2.5的發(fā)展進(jìn)程和現(xiàn)狀，為PM2.5濃度在室內(nèi)的控制提出了方向和目標(biāo)。王成云等[34]對保定市常見城市綠化樹種對PM2.5滯納能力進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)闊葉樹單位葉面積PM2.5截留率、葉面積指數(shù)、和單位綠地面積PM2.5滯納量均低于針葉樹，針葉樹滯納能力更高。因此因地制宜地選擇高滯納能力的樹種將PM2.5的治理中起到至關(guān)重要的作用。成國慶等[35]對石家莊PM2.5的污染現(xiàn)狀進(jìn)行了研究分析并提出了防控對策，結(jié)合石家莊的氣象條件、地理?xiàng)l件、機(jī)動車保有量及其工業(yè)結(jié)構(gòu)等因素綜合分析提出了加強(qiáng)公路及運(yùn)輸和建筑工地圍擋以減少這些地方產(chǎn)生揚(yáng)塵的擴(kuò)散、提高燃油品質(zhì)、開發(fā)高效低排放能源等措施。

圖5 全國333個地級市PM2.5年均濃度分布規(guī)律（2010年）

邢奕等[36]對多孔介質(zhì)對空氣細(xì)顆粒物的過濾作用進(jìn)行了研究，將活性炭和不銹鋼珠對細(xì)顆粒的過濾結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)活性炭對細(xì)顆粒物的過濾效率是不銹鋼珠的1.85倍，而且它的過濾效率的增加會隨活性炭粒徑的減小和表觀過濾風(fēng)速的減小而變動。段振亞等[37]用數(shù)值模擬的手段研究了防風(fēng)網(wǎng)對露天煤堆PM2.5的減排作用，發(fā)現(xiàn)防風(fēng)網(wǎng)有很強(qiáng)的PM2.5減排效果，減排率高達(dá)99.33%，可見防風(fēng)網(wǎng)不僅對大顆粒粉塵抑制作用，對PM2.5的減排也有很明顯的效果。馬歡[38]對低阻高效的濾料凈化PM2.5模型進(jìn)行了研究，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究的方法提出了選取8袋450mm袋長作為過濾器結(jié)構(gòu)形式，M5過濾器（袋式過濾器）濾料+150g/m2駐極體濾料作為過濾材料的對建筑環(huán)境凈化PM2.5具有高效低阻和較大容塵量的空氣過濾器設(shè)計(jì)，此過濾器對PM2.5計(jì)重凈化效率達(dá)97.70%。孫鵬[39]對PM2.5中金屬元素進(jìn)行了研究，做了消解實(shí)驗(yàn)及其對比實(shí)驗(yàn)，對HNO3、HCL、HF、HCLO4和H2O2五種常用消解酸以六種方式重新組合，發(fā)現(xiàn)HNO3＋HF＋HCLO4是這些消解方法中的最好組合方法?？茖W(xué)的進(jìn)步，使得更多的實(shí)用改善措施不斷涌現(xiàn)。陳超等[40]針對基于大氣PM2.5污染的建筑外窗通風(fēng)換氣進(jìn)行了研究，利用質(zhì)量平衡方程結(jié)合對PM2.5濃度水平和氣象參數(shù)的動態(tài)測量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)外PM2.5質(zhì)量濃度比（I/O）主要受室外風(fēng)速和室外空氣相對濕度變化的影響，并測出了三種不同風(fēng)力條件下I/O的值，為室內(nèi)人群健康及建筑的通風(fēng)凈化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要的參考。對于一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的PM2.5濃度，呂曉慧等[41]基于濃度守恒原理進(jìn)行了研究，提出了控制策略，當(dāng)過濾器分別裝在新風(fēng)、回風(fēng)、送風(fēng)段時，若室外PM2.5濃度高于室內(nèi)，則應(yīng)減小新風(fēng)量更有利于控制室內(nèi)PM2.5濃度，室外PM2.5濃度低于室內(nèi)應(yīng)增大新風(fēng)量更有利于控制室內(nèi)PM2.5濃度。徐秀等[42]對室內(nèi)PM2.5濃度控制進(jìn)行了模擬分析，結(jié)合質(zhì)量平衡方程原理，建立PM2.5的濃度模型；并針對各種因素對室內(nèi)PM2.5濃度的影響進(jìn)行了探究，對安裝在各個位置的過濾器及其在不同新風(fēng)比條件下研究對比，發(fā)現(xiàn)過濾器安裝在送風(fēng)段對室內(nèi)PM2.5的過濾效果最好。楊洋等[43]運(yùn)用對比論證對空調(diào)超聲波噴水室對PM2.5的凈化作用進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)該方法能夠顯著提高熱濕交換律并達(dá)到除塵的效果。

PM2.5的防治工作具有多元化的特點(diǎn)，可以從多個角度入手，研究者也多從植被防護(hù)、圍擋措施防護(hù)、PM2.5有毒有害化學(xué)成分的消解，新型凈化材料以及室內(nèi)PM2.5的凈化等各個方面入手進(jìn)行研究，但現(xiàn)有文獻(xiàn)對PM2.5的相關(guān)防護(hù)治理具體可行措施的綜合性研究尚有空白。

表1 PM2.5源解析研究概況

5 結(jié)論及展望

雖然目前我國對PM2.5的研究逐漸深入，但由于PM2.5相關(guān)研究的復(fù)雜性和多樣性，仍缺乏較為系統(tǒng)和完善的研究。本文通過對PM2.5的監(jiān)測方法、成分分析、來源解析和防治方法與治理措施的相關(guān)綜述，得出以下主要結(jié)論：

（1）PM2.5的監(jiān)測方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，存在各自的局限性和適用范圍，應(yīng)針對不同的監(jiān)測目標(biāo)選擇合適的監(jiān)測儀器。監(jiān)測方法雖比以前有了很大進(jìn)步，但仍需繼續(xù)開展大量基礎(chǔ)性研究工作。尤其遙感監(jiān)測技術(shù)仍需從研究數(shù)據(jù)、研究方法和研究結(jié)果分析等方面進(jìn)行探索和完善，后續(xù)研究可結(jié)合下墊面、污染源等因素，綜合分析其與PM2.5濃度和PM2.5特征之間的定量關(guān)系，進(jìn)一步完善動態(tài)模擬，深入研究去霧算法。

（2）PM2.5成分分析多側(cè)重于含碳烴類化合物的研究，金屬元素和水溶性離子的研究相對較少；隨著PM2.5研究技術(shù)的進(jìn)步，逐漸采用了先進(jìn)的成分分析儀器和方法，其中各種元素的占比隨地域和產(chǎn)生源的不同而不同，研究其成分可為其消解等提供強(qiáng)有力的理論支持。目前，尚沒有學(xué)者運(yùn)用同位素追蹤法進(jìn)行研究，這將是成分分析和來源研究的一個方向。在金屬成分的研究中，其標(biāo)準(zhǔn)值限和其在氣溶膠表面的非均勻反應(yīng)等方面需繼續(xù)跟進(jìn)與加強(qiáng)。

（3）PM2.5的來源解析呈現(xiàn)出極強(qiáng)的地域性差異，已發(fā)表文獻(xiàn)多以地區(qū)為主體進(jìn)行研究，集中在京津冀和長江三角州、珠江三角洲等區(qū)域的大城市。今后針對全國乃至全球的對比性研究、區(qū)域性的對比分析等方向的研究仍需加強(qiáng)和完善。在PM2.5的貢獻(xiàn)率中，未知源仍占有相當(dāng)比重，需對研究方法和數(shù)據(jù)模型進(jìn)一步改進(jìn)以更好地對PM2.5來源進(jìn)行解析。

（4）近年來，由于國家和社會對環(huán)境問題的日益重視，PM2.5防治方法與治理措施的研究工作得到支持，PM2.5的防治研究也取得了極大的成果，但仍缺乏比較可行、系統(tǒng)且完善的防治措施和方法；國內(nèi)除塵設(shè)備的研發(fā)和改進(jìn)仍存在較多欠缺，有待后續(xù)研究者繼續(xù)努力。

[1] 潘本鋒,汪巍,王瑞斌,等.我國PM2.5監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布局與監(jiān)測方法體系構(gòu)建策略分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2013,38(3):9-13.

[2] 陳梅芹,吳景雄.PM2.5監(jiān)測的微粒分級技術(shù)及測定方法的介紹[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2013,39(10):7-9.

[3] 胥全敏,鐘志京,李群嶺,等.β射線法監(jiān)測PM2.5的主要影響因素和控制方法分析[J].四川環(huán)境,2016,35(1): 79-82.

[4] 潘本鋒,鄭皓皓,李莉娜,等.空氣自動監(jiān)測中PM2.5與PM10“倒掛”現(xiàn)象特征及原因[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2014, 30(5):90-95.

[5] 李倩,李令軍,張大偉,等.北京大氣PM2.5遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)化方法探討[J].環(huán)境科學(xué)研究,2016,29(10):1417- 1425.

[6] 郭陽潔.基于氣溶膠遙感的中國陸地大氣PM2.5濃度估算[D].武漢:武漢大學(xué),2014.

[7] 馬品.基于遙感和CFD的微環(huán)境中PM2.5濃度分布的監(jiān)測與模擬研究[D].上海:華東師范大學(xué),2017.

[8] 陳輝,厲青,王中挺,等.利用MODIS資料監(jiān)測京津冀地區(qū)近地面PM2.5方法研究[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2014, 30(5):27-37.

[9] 鄭玫,張延君,閆才青,等.上海PM2.5工業(yè)源譜的建立[J].中國環(huán)境科學(xué),2013,33(8):1354-1359.

[10] 徐亞,仇猛淋,鄭晨龍,等.北京市夏季大氣氣溶膠PM2.5和PM10成分特征[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015,51(4):362-367.

[11] 陳靜,楊鵬,韓軍彩,等.基于高分辨率MARGA數(shù)據(jù)分析石家莊PM2.5成分譜特征[J].中國環(huán)境科學(xué),2015, 35(9):2594-2604.

[12] 馬召輝,梁云平,張健,等.北京市典型排放源PM2.5成分譜研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(12):4043-4052.

[13] 玉散·吐拉甫,迪麗努爾·塔力甫,王新明,等.極干旱地區(qū)沙塵與非沙塵天氣PM2.5及所含金屬元素的濃度特征分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2017,26(9):1529-1538.

[14] 王群.鄭州市大氣PM2.5中正構(gòu)烷烴污染特征及來源解析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版),2017,49(3):104-110.

[15] 周盼,秦偉,郭碩,等.石家莊冬季道路積塵PM2.5與PM10碳組分污染特征分析[J].環(huán)境化學(xué),2018,37(1): 123-129.

[16] 劉珊,彭林,溫彥平,等.太原市PM2.5中有機(jī)碳和元素碳的污染特征[J].環(huán)境科學(xué),2015,36(2):396-401.

[17] 張偉,姬亞芹,李樹立,等.天津市春季道路降塵PM2.5和PM10中碳組分特征[J].環(huán)境科學(xué)研究,2018,31(2): 239-244.

[18] 虎彩嬌,成海容,李錦倫,等.黃石市大氣PM10和PM2.5中元素特征及重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價[J].環(huán)境化學(xué),2018, 37(1):138-145.

[19] 丁萌萌,周健楠,劉保獻(xiàn),等.2015年北京城區(qū)大氣PM2.5中NH4+、NO3-、SO42-及前體氣體的污染特征[J].環(huán)境科學(xué),2017,38(4):1307-1316.

[20] 王振波,方創(chuàng)琳,許光,等.2014年中國城市PM2.5濃度的時空變化規(guī)律[J].地理學(xué)報(bào), 2015,70(11):1720-1734.

[21] 王新.蘭州城區(qū)大氣PM2.5污染特征及來源解析[J].環(huán)境科學(xué)2016,37(5):1619-1628.

[22] 李曉.鄭州市環(huán)境大氣PM2.5中烴類有機(jī)物污染特征及來源解析[D].鄭州:鄭州大學(xué),2015.

[23] 盧慧劍.典型沿海城市PM2.5污染特征及其來源解析研究[D].杭州:浙江大學(xué),2016.

[24] 李璇,聶滕,齊珺,等.2013年1月北京市PM2.5區(qū)域來源解析[J].環(huán)境科學(xué),2015,36(4):1148-1153.

[25] 舒熳.雅安城區(qū)PM2.5的污染特征和來源解析[D]成都:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[26] 姜立乾.大學(xué)宿舍室內(nèi)PM2.5水溶性離子污染特征及來源解析[D].南京:南京理工大學(xué),2017.

[27] 昌晶亮,余洪,羅偉偉,等.長株潭城市群PM2.5污染的春節(jié)假日效應(yīng)[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2016,32(5): 724-728.

[28] 陳剛,劉佳媛,皇甫延琦,等.合肥城區(qū)PM10及PM2.5季節(jié)污染特征及來源解析[J].中國環(huán)境科學(xué),2016,36(7): 1938-1946.

[29] 鄭曉伍,陳家燈,劉子龍,等.石河子市PM2.5中有機(jī)碳和元素碳的變化特征與來源解析[J].環(huán)境化學(xué),2018,37(1):115-122.

[30] 余文洋.武漢市典型地區(qū)PM2.5中含氧有機(jī)物的分布特征及來源解析[D].武漢:武漢理工大學(xué),2015.

[31] 溫維.唐山夏季大氣PM2.5污染特征及來源解析[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,40(5):751-758.

[32] 薛文博,付飛,王金南,等.基于全國城市PM2.5達(dá)標(biāo)約束的大氣環(huán)境容量模擬[J].中國環(huán)境科學(xué),2014,34(10): 2490-2496.

[33] 朱梅,文遠(yuǎn)高.室內(nèi)PM2.5濃度標(biāo)準(zhǔn)的探討[J].制冷與空調(diào),2014,28(6):726-730.

[34] 王成云,李帥英,谷建才,等.保定市常見城市綠化樹種對PM2.5滯納能力的研究[J].河北林果研究,2016, 31(3):275-279.

[35] 成國慶,周保華,段二紅,等石家莊市PM2.5的污染現(xiàn)狀及防控對策[J].中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2014, 24(5):39-41,58.

[36] 邢奕,趙曉明,劉應(yīng)書,等.多孔介質(zhì)過濾細(xì)顆粒[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2016,10(11):6571-6576.

[37] 段振亞,劉永陣,周馳,等.防風(fēng)網(wǎng)對露天煤堆PM2.5的減排效果評估方法[J].煤炭學(xué)報(bào),2016,41(S2):576-582.

[38] 馬歡.建筑環(huán)境低阻高效濾料凈化PM2.5特性模型及應(yīng)用研究[D].上海:東華大學(xué),2016.

[39] 孫鵬,范麗慧,張保生,等.PM2.5中金屬元素消解方法的優(yōu)化[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào),2015,31(6):815-819.

[40] 陳超,萬亞麗,陳紫光,等.基于大氣PM2.5污染的建筑外窗縫隙通風(fēng)換氣次數(shù)動態(tài)變化特性[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,43(2):285-293.

[41] 呂曉慧,張泠,劉忠兵,等.一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)PM2.5污染控制策略[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2016,10(12):7141-7146.

[42] 徐秀,張泠,劉忠兵,等.室內(nèi)PM2.5濃度控制模擬分析[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2017,11(3):1755-1760.

[43] 楊洋,黃翔顏,蘇芊,張偉峰.空調(diào)超聲波噴水室凈化PM2.5的研究[J].制冷與空調(diào),2007,(1):28-32.

Review of PM2.5 in China

Ren Jinmiao1Zhang Xianping1Duan Huanlin1Chen Aidong1Wang Yinghui1Li Hui2

(1.College of Civil Engineering, Henan University of Engineering, Zhengzhou, 451191; 2.Keyu Intelligent Environment Technology Service Co., Ltd, Zhengzhou,450000)

With the rapid development of industrialization and urbanization in China, the energy consumption is large, and it brings serious environmental pollution problems. The change of urban climate factors leads to severe air deterioration, more serious pollution of PM2.5, frequent fog and haze, and serious adverse effects upon the atmosphere and human health.In this paper, the detection methods of PM2.5, chemical composition analysis, source analysis, prevention and control methods and management measures were mainly reviewed, and the main problems existing in PM2.5 research at present were analyzed, and then the future research directions were pointed out.

PM2.5 monitoring; source resolution; component analysis; controlling measures

X-1/X513

A

1671-6612（2019）02-211-09

河南工程學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目（No. 508608）

任金苗（1996.06-），女，在讀本科生，E-mail：1429033490@qq.com

張仙平（1973.05-），女，博士研究生，教授，E-mail：zh2000ao@sohu.com

2018-05-10