大气中颗粒物污染特性及源解析技术研究现状

段金莉 齐灿灿 汤庆昌

摘  要：随着我国对大气环境保护工作的日益重视，环保措施、监察力度及投入力度不断提高，部分地区大气环境质量得到一定程度的改善，城市大气环境严重恶化的趋势逐步减缓，污染程度有所降低并处于受控状态。大气环境污染的改善离不开大气环境监测手段和源解析分析方法的提升。本文介绍了大气中颗粒物的来源、不同区域污染特性及源解析方法。

关键词：大气颗粒物;污染特性;源解析

前言

大气颗粒物是形成大气污染的主要污染物之一，在我国许多城市尤其是工业城市和供暖区域已成为首要污染物。近二十年来，许多研究学者致力于大气颗粒物的研究，结果表明大气颗粒物中对人体健康危害最大的是PM2.5。主要原因是PM2.5的比表面积更大，过渡金属及多环芳烃等有毒有害物质容易吸附在小于lμm的细颗粒物上，该尺寸的颗粒物90%可以深入到肺泡区[1]。PM2.5与人体组织接触的面积大，从而毒性也更大。环境中的PM2.5与心脏病、肺病、呼吸道感染和肺癌等心血管和呼吸系统疾病密切相关。

随着人们对大气颗粒物的危害认识越来越深入，世界各国制定的相关环境空气标准也越来越严格。美国环保局在1997年首次提出了关于PM2.5的质量标准，规定了PM2.5的日均浓度和年均浓度限值分别为65μg/m3和15μg/m3[2]。我国PM2.5浓度限值采用世卫组织设定的最宽限值，《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中规定的PM2.5日均浓度和年均浓度限值分别为75μg/m3和35μg/m3，与世界卫生组织（WHO）过渡期第1阶段目标值相同。

1 大气中颗粒物的分类、组成及来源

根据颗粒物在重力作用下的沉降特征，将其分为降尘（dustfall）和总悬浮微粒（TSP）。根据空气动力学当量直径大小将其分为细颗粒物和粗颗粒物。细颗粒物主要来源于燃烧、高温过程及空气反应;粗颗粒物主要来源于机械破碎、扬尘等过程。细颗粒物的主要成分是SO42-、NO3-、NH4+等离子、重金属元素、有机物和元素碳，而粗颗粒物则包含浮尘、飞灰、常见氧化物、花粉及化石燃料等。大部分细颗粒物具有吸湿性，可溶性较高，而粗颗粒物不具有吸湿性而且也不具备可溶性。细颗粒物能够在大气环境中停留几天甚至几十天，并且可以随气流传输几百公里甚至几千公里，而粗颗粒物在大气环境中停留时间较短，传输距离一般不超过几十公里[3]，但无论是细颗粒物还是粗颗粒物，其中都含有致癌、致畸、致突变的化合物和有毒有害化学物质。

2 大气颗粒物污染特征

不同区域的大气颗粒物发生量及污染特征与经济发展水平、能源结构、工艺方法以及管理水平有关，污染特征不尽相同，因此有必要进行不同区域的大气颗粒物污染特征研究。黄丽坤[4]对哈尔滨市连续两年TSP、PM10、PM2.5的质量浓度、离子成分、无机元素进行了监测和分析，探讨了各颗粒物中化学成分的组成特征、季节性分布以及空间分布特征。研究结果表明，全年颗粒物主要由PM2.5和PM2.5-10组成，PM10-100含量相对较少，污染来源比较稳定。离子成分分析结果表明，SO42+、NO3-和NH4+主要由二次反应产生，占总离子质量的70%以上，且冬季含量最高。K+和F-在供暖期间浓度较高。Ca2+在PM10中的季节变化较为明显。元素分析结果表明，S含量在供暖期间较高;Ni、Pb浓度在冬季大于其它季节;Ca、Na、Mg含量在夏季最高、冬季最低。甘小凤[5]等对西安市秋季大气PM2.5中的化学元素浓度特征及来源开展了研究。通过采样分析得知，西安市秋季PM2.5质量浓度的平均值为168.44μg/m3，最小值为53.29μg/m3，最大值为358.16μg/m3，PM2.5污染程度高于北京、珠江三角地区。PM2.5中S、Zn、K、Cl、Ca、Fe的含量处于较高污染水平;K与有机碳（OC）、元素碳（EC）的相关性较高，说明OC、EC与K的来源相同。生物质燃烧对OC、EC有一定的贡献;元素的富集因子分析表明，K、Ca、Fe、Ti、Mn和Cr主要来源于自然源，而S、Zn、Cl、Pb、Br，Mo、Cd和As主要为人为污染，其中Cd的富集因子最大，主要来源于金属冶炼等活动。于云江[6]等采用综合评分法对兰州市大气颗粒物中的化学污染物进行分析研究，结果表明，苯并[a]芘、Pb、Cr、Ni、Cd、Cu、苯并[a]蒽、二苯并[a，h]蒽、Zn、苯并[b]荧蒽10种化学污染物得分较高，是兰州市大气颗粒物中的主要化学污染物。

3 源解析技术

要对大气污染进行有效控制，提高空氣质量水平，首先要了解大气中颗粒物的来源。不仅要对大气中颗粒物的来源进行定性识别，还要定量计算各个污染源对大气环境污染的贡献值，源解析（SourceApportionment）技术能够满足以上需求。目前，源解析的结果是制定大气污染防治规划和方案的依据，对确定污染治理重点，环境管理和科学决策具有重要的指导意义。

目前，源解析方法主要分为显微法和化学-统计学方法两大类。源解析的研究方法比较多，例如空气污染玫瑰图、气象轨迹模型、光学显微镜法、多元受体模型、主要成分分析和化学质量平衡受体模型（CMB）等，同时也要运用一些分析仪器，如扫描电镜、热光反射碳分析仪、电感耦合等离子体原子发射光谱仪、离子色谱仪、波长色散X-射线荧光分析仪等。在众多的源解析方法中，受体模型是一种常用的重要研究手段，已具有成熟的方法体系，并广泛应用于大气环境研究中。但受体模型存在一些不足，例如一些排放源的源成分谱比较相近、源的化学成分在传输过程中可能发生变化等。因此，在源解析研究中应当将受体模型与扩散模型等其他方法相结合，各自发挥优势，弥补不足[7]。

参考文献

[1]唐孝炎，张远航，邵敏.大气环境化学[M].北京：高等教育出版社，2006.274.

[2]杜刚，王宏志.辽宁省五个典型城市PM10/PM2.5污染状况及防治对策[J].辽宁省环境科学学会2007年学术年会论文集，2007，114-119.

[3]尹洧.大气颗粒物及其组成研究进展[J].现代仪器，2012，18（2）：1-5.

[4]黄丽坤.典型寒地城市大气颗粒物污染特性与源解析研究[D].哈尔滨工业大学，2011.

[5]甘小凤，曹军骥，王启元等.西安市秋季大气细粒子（PM2.5）中化学元素的浓度特征和来源[J].安徽农业科学，2011，39（19）：11692-11694，11697.

[6]于云江，李良忠，杨林等.兰州市大气颗粒物中化学特征污染物的筛选[J].环境科学研究，2014，27（4）：382-389.

[7]高佳琦.深圳市大学城大气颗粒物（PM2.5）污染特征分析及源解析[D].哈尔滨工业大学，2010.

作者简介：段金莉（1985-），女，山东省郓城县人，硕士，注册环境影响评价工程师，研究方向为环境影响评价。