大氣顆粒物的源解析方法概述

摘 要：針對大氣顆粒物對空氣質量和人體健康的重要影響，文章探討了幾種目前國際國內比較流行的大氣顆粒物源解析方法，通過源解析可以有效的確定顆粒物的排放源，進而突出重點治理污染嚴重的污染源及排放源，有效的改善空氣質量。

關鍵詞：大氣；顆粒物；源解析

1 概述

大氣顆粒物對空氣質量、大氣輻射平衡、氣候變化和人體健康等有著重要影響。通常把粒徑在10微米以下的顆粒物稱為可吸入顆粒物（PM10），粒徑在2.5微米以下的顆粒物稱為細粒子（PM2.5）。顆粒物對人體健康的影響包括導致呼吸不適及呼吸系統癥狀（例如氣促、咳嗽等）、加重已有的呼吸系統疾病及損害肺部組織。顆粒物的直徑越小，進入呼吸道的部位越深。因此，大氣顆粒物尤其是PM10和PM2.5已經成為世界各國主要城市共同面臨的大氣環境問題，并成為很多城市主要的大氣污染物。通過使用大氣顆粒物源解析方法可以確定排放源的種類和排放源的貢獻，可以突出重點治理污染嚴重的污染源及排放源；有效控制大氣污染，提高空氣質量。

2 大氣顆粒物源解析方法

指通過化學、物理、數學等方法定性或者定量的識別大氣中顆粒物污染的來源的方法，包括源清單法、源模型法和受體模型法。接下來本文將對這幾種方法的原理和實施步驟進行概述。

2.1 源清單法

2.1.1 原理：根據排放因子及活動水平估算污染物排放量，根據此排放量識別對環境空氣中顆粒物有貢獻的主要排放源。

2.1.2 實施步驟。第一，顆粒物排放源分類。按照研究需求對顆粒物排放源進行分類。一般可將顆粒物排放源分為天然源、人為源、混合源和其它源，其中人為源是我們希望努力控制的源。人為源包括固定燃燒源、生物質開放燃燒源、工業工藝過程源、移動源；其中，固定燃燒源包括電力、工業和民用等，以及煤炭、柴油、煤油、燃料油、液化石油氣、煤氣、天然氣等燃料類型，工業工藝過程源包括冶金、建材、化工等行業。第二，顆粒物排放源清單的建立。調查各類顆粒物源的排放特征，根據排放因子和活動水平確定顆粒物排放源的排放量，建立顆粒物排放源清單。顆粒物排放因子應通過實測或文獻調研獲取。第三，定性或半定量識別主要顆粒物排放源。根據顆粒物源排放清單，統計顆粒物排放總量及各區域、各行業、各類顆粒物排放量，計算重點排放區域、重點排放源對當地顆粒物排放總量的分擔率。

2.2 源模型法（空氣質量模型法）

2.2.1 原理：以不同尺度數值模式方法定量描述大氣污染物從源到受體所經歷的物理化學過程，定量估算不同地區和不同類別污染源排放對環境空氣中顆粒物的貢獻。污染物在大氣中的濃度水平和時空分布是由污染物的排放、化學轉化以及氣象因素共同決定的，空氣質量模型就是人們基于大氣中的物理和化學規律建立起來的數學計算方法，用來模擬大氣污染物的特征。

2.2.2 實施步驟。第一，選擇空氣質量模型。根據研究對象和目的，可以選擇簡易模型和復雜模型。簡易模型僅可粗略模擬一次污染源排放的顆粒物的擴散和干濕沉降，模擬過程簡單，代表性的模型有AERMOD、ADMSF等。復雜模型為第三代空氣質量模型，在各污染源排放量（或排放強度）確定的前提下對顆粒物在大氣中的擴散、生成、轉化、清除等過程進行模擬，代表性模式有Models-3/CMAQ、ISCST-3、WRF-chem等。第二，建立高分辨率的排放源清單。簡易模型需要建立排放源清單；復雜模型應建立多化學組份（包括SO2、NOx、CO、PM10、PM2.5、VOCs等）、高時空分辨率的排放源清單。第三，運行空氣質量模型。根據選定的空氣質量模型要求，準備地形高程、下墊面特征及環境參數、氣象數據、初始條件等運作模型。采用復雜模型內置的敏感性評估模塊、源追蹤模塊、源開關法等，模擬建立顆粒物源排放與受體之間的對應關系，獲得各地區各類污染源排放對環境濃度的貢獻。

2.3 受體模型法

2.3.1 原理：通過采集環境大氣顆粒物受體樣品和源樣品，分析其物理特征和化學組分，用統計學方法來確定對受體有主要貢獻的源類及其貢獻值。目前，國內外最廣泛使用的方法是正定矩陣因子分解法（PMF）和化學性質平衡法（CMB）等。CMB法的原理是質量守恒，而PMF法的原理是利用權重計算出顆粒物化學組分中的不確定度，用最小二乘法來確定顆粒物的主要污染源并計算源貢獻率。CMB法需要同時采集源類樣品和受體樣品，而PMF法則只需要采集受體樣品；另外，PMF法中受體樣品應在同一點位進行采集，有效受體樣品量不少于80個。對復合污染特征較為明顯的城市或區域，可使用源模型和受體模型聯用法來對顆粒物來源進行詳細解析。

2.3.2 實施步驟：第一，顆粒物源類調查、識別及主要排放源類的確定。調查排放源，建立顆粒物污染源類排放基礎數據庫，識別顆粒物污染的主要排放源類，確定需要采集和分析的源類樣品種類、點位和數量。第二，樣品的采集及化學分析。樣品采集的數量要符合受體模型的要求。具體的采樣點位數量、采樣位置、采樣頻率、采樣時間等需要根據當地實際情況，研究者的研究目的進行合理的調整。樣品量越大解析的結果會越準確[1]。樣品采集后要對樣品的化學成分進行分析，通常包括無機元素、碳組分，水溶性離子，各地也可根據顆粒物排放源的實際情況，增加多環芳烴、烷烴等化學成分。第三，運行受體模型。將樣品的化學成分分析結果帶入PMF或者CMB模型進行計算得出各排放源的貢獻率。

2.3.3 運用實例：朱先磊等人（2005）利用CMB模型對北京市大氣PM2.5進行了源解析，表明北京市PM2.5的最大來源是燃煤、揚塵等[2]。Schaver等人（1996）根據12種污染源的成分譜，將45種有機物和硅、鋁、無機碳的測定結果，運用到CMB中，得到了各種污染源對洛杉磯大氣顆粒物的貢獻[3]。陳分定（2011）用CMB模型和PMF模型對福建省龍巖市的顆粒物進行了源解析，對于全年樣品，PMF模型結果表明，龍巖市大氣顆粒物PM10的主要來源是：燃煤塵、建筑水泥塵、機動車尾氣塵和鋼鐵廠除塵器集塵；CMB模型的結果表明，龍巖市全年大氣顆粒物PM10的主要來源是：燃煤塵、土壤風沙塵、城市綜合揚塵和道路塵[4]。

3 結束語

大氣顆粒物源解析方法是用于解析大氣顆粒物主要來源的方法，通過源解析方法可以有效的識別顆粒物的來源，從而為控制顆粒物的排放提供科學依據。在實際運用中，需要根據研究目的、研究當地的實際情況選擇合適的方法，甚至可以將兩種方法聯合起來用，比如，源模型和受體模型聯用法。

參考文獻

[1]張蓓，葉新，井鵬.城市大氣顆粒物源解析技術的研究進展[J].能源與環境，2008（3）.

[2]朱先磊，張遠航，曾立民，等.北京市大氣細顆粒物（PM2.5）的來源研究[J].環境科學研究，2005（5）.

[3]Schaver J. J.Rogge W. f. Hidmanm L. M. et al. Source apportionment of airborne particulate matter using organic compounds as traces. Atmospheric Enviroment，1996（30）.

[4]陳分定.PMF、CBM、FA等大氣顆粒物源解析模型對比研究[D].吉林大學，2011.

作者簡介：崔鳳（1985，8-），女，重慶市，現職稱：工程師，學歷：博士，研究方向：環境監測。