水环境中污染物的源解析方法及其应用

沈晶

摘要：随着研究的深入，近年来，不断有人提出一些新的解析方法。由于污染物自身性质和各地区环境条件差异的影响，使这些定量方法在实际应用中表现出不同程度的局限性。因此，水环境中污染物源解析是当前污染源解析领域的难点之一。文章主要就水环境中污染物的源解析方法及其应用作了具体的分析，以供参考。

关键词：水环境；污染物；源解析方法；应用

引言

目前，水环境中污染源解析的研究中，受体模型主要包括定性和定量两类。定性方法直接利用污染物的化学性质或某些化学参数来辨析污染源，如比值法等；定量方法则利用数学分析手段进行源解析，如化学质量平衡法，多元统计法、混合方法等，其中化学质量平衡法、多元统计法的研究历史较长，方法相对成熟。

1、 水环境污染物源解析方法及其应用

1.1 化学质量平衡法

化学质量平衡法是应用最为广泛的受体模型，是Miller等和Winchester等独立提出来 的。美国环保局（USEPA）推荐使用CMB模型，并开发出了相应的应用软件包。

通过CMB模型的实际应用，发现这种方法在具有很多优点的同时也存在一些不足。优点体现在：①对一个受体样品的分析就可以得到结果，可以避免大量的样品采集所带来的时间和资金等方面的压力；②能够检测出是否遗漏了某重要污染源，并可以对其他方法的适用性进行检验。

当然，CMB模型也有它的局限性，主要体现在：①同一类排放源排放成分是有差别的，同一排放源在不同时间排放物质也不同，而CMB模型没有加以区别；②CMB模型假设从排放源到受体之间，排放的物质组成没有发生变化，而实际上某些物质并不满足该条件；③不能得到每一个污染源对受体中每一种污染物的贡献率，只能得到每一个污染源对受体中污染物总体的综合贡献率。

1.2 多元方法

多元方法的基本思路是利用观测信息中物质间的相互关系来产生源成分谱或产生暗示重要排放源类型的因子，主要包括因子分析法及其相关技术（主要包括主成分分析）、多元线性回归法等。

多元方法具有以下优点：①不用事先假设排放源的数目和类型，排放源的判定相对比较客观；②能够解决次生或易变化物质的来源，能利用除浓度以外的一些参数；③研究者只需 对排放源组成有大致的了解，并不需要准确的源成分谱数据。

这种方法也具有一定的局限性：①该法不是对具体数值进行分析而是对偏差进行处理，如果某重要排放源比较恒定，而其他非重要源具有较大的排放强度变异，可能会忽略恒定且排放强度较大的排放源；②气象学因素的变化影响较大，为了得到准确结果，需要采集足够多数量的样品；③在实际中一般可以鉴别出5～8个因子，如果重要排放源类型大于l0，这种方法不能提供较好的结果。

1.3 混合方法

随着各种单一方法的逐步成熟，混合方法已经成为必然趋势，混合方式也趋于多元化。 1982年，USEPA设计了一组数据提供给不同的研究人员，并通过结果对各种受体模型的优劣进行比较。结果表明，对于排放源数目少的體系，FA、MLR很成功，而对于排放源数目较 多的体系，CMB具有明显优势。多元分析适宜于鉴别排放源的类型和数目，而CMB适用于检验多元分析的结果，将这两种技术共同使用能够取长补短，发挥更好的作用。多元统计方法与CMB的结合主要体现在FA/CMB方法的应用上。FA充当定性分析的角色，客观地鉴别出排放源的数量和类型；CMB模型进行定量计算，多元统计可以对CMB模型进行补充，以检验是否存在未知源或数据是否存在错误。FA/CMB 已经用于大气、沉积物等环境介质的研究。

FA法作为一种多元统计方法，特点是通过减少变量数目，使问题得以简化，但不能得到各类排放源的绝对贡献值，还需要再进行回归分析，所以该方法需要与其他方法结合使用。 用 FA/PCA选择P个相互独立的变量分别代表P个源，以 FA/PCA 得分为变量进行回归，求出这几个排放源对受体的贡献值。Kleinman等首先把 FA/MLR用于大氣颗粒物的研究，后经过Morandi等的发展逐渐趋于成熟。APCS/MLR是由Thurston等 PCA/MLR发展而来， 根据主成分得分求得APCS （absolutepr incipalcom ponent scores），继而进行多元线性回归。FA/，M LR（PCA/MLR、APCS/MLR ）是应用最多的混合方法，在水环境和沉积物研究上使用已经相当广泛，涉及的污染物包括重金属元素和有机污染物。用FA/MLR对土耳其DilDeresi河水体中重金属源解析的结果表明，涂料工业、污水、地质和交通道路径流等4种污染源的贡献率达到 83%。PFA和多元线性回归分析对北京市通州区河流中的PAHs源解析，结果表 明，燃煤源、焦炉源、柴油源和汽油燃烧源PAHs贡献率均较高。综合运用PFA和多元回归分析方法，发现珠江三角洲水体沉积物中的PAHs主要来源于石油排放、煤和木柴等低温燃烧排放、机动车尾气排放和生物成因，其相对贡献率分别为36%、27%、25%和12%。用FA/MLR对塞纳河河口湾的居民和工业区水体来自大气沉降的PAHs的来源进行定量化的研究，得出冬天在居民区家庭取暖占85%，夏天工业区工业排放25%。混合方法是比单一方法更有效的方式，Walker等采用复合源识别技术对美国高度工业化伊丽莎白河河口区沉积物中的PAH的来源进行了研究，认为旧的木材处理设备大规模杂酚油释放是河口湾PAH的主要来源。

2、结束语

总之，虽然我国在水环境污染物源解析方面作了一些工作，但与外国相比研究还比较薄弱。尤其是水环境介质污染物源解析的研究起步较晚，许多方面需要借鉴大气颗粒物的研究经验，这给水环境工作研究者带来了困难，同时也带来了机遇和挑战。

参考文献：

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[2]郭芬，张远.水环境中PAHs源解析研究方法比较[J].环境监测管理与技术. 2014（05）.

[3]方璇，耿长君，徐友海，吕继萍.污染物的源解析技术研究进展[J].化工科技. 2015（03）.