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1、大氣污染源解析北京大鋼環(huán)境治理技術研究院大氣氣溶膠及其粒徑分布大氣氣溶膠,是指在大氣環(huán)境中,液體或固體顆粒均勻分散在氣體中形成相對穩(wěn)定的懸浮體系。雖然大氣氣溶膠只是地球大氣成分中含量很少的組分,但它對空氣質(zhì)量、能見度、干濕沉降、云和降水的形成、大氣的輻射平衡、平流層和對流層的化學反應等均有重要影響。由各種源排放進入大氣中的顆粒物,大部分集在對流層,距地面l~2km范圍內(nèi)(即大氣邊晃層)。在此區(qū)域內(nèi)的顆粒物的尺寸最大,種類最多;而在距地面4~5km以上的范圍內(nèi),顆粒物的濃度基本上不受地球上直接排放的影響,其尺寸分布與本底氣溶膠的分布相近。一般認為,氣溶膠顆粒物的本底質(zhì)量濃度約為1
2、0ug/m3,顆粒濃度為300個/m3。但污染嚴重的城市中,有時氣溶膠顆粒物的質(zhì)量濃度最高可達2000ug/m3。污染嚴重的水泥廠,其年均質(zhì)量濃度通常大于350ug/m3。大氣氣溶膠的粒徑是其最重要的性質(zhì)之一。大氣氣溶膠所有的特征都與其粒徑有關。由于大氣氣溶膠的形狀非常復雜,極不規(guī)則,有球狀體、粒狀體、片狀體等,因此在度量大氣氣溶膠粒子大小時經(jīng)常使用等效球體的直徑來表示。其中,最常用的是空氣動力學當量直徑。它是按照粒徑的大小,大氣氣溶膠粒子可分為粗粒子(coarseparticulate)和細粒子(fineparticulate)。對氣溶膠粒子進行粗細劃分和研究的原因在于粒徑的
3、差異使得粗粒子和細粒子在化學組成、來源和形成方式、傳輸和去除機制等均存在一些根本的區(qū)別。目前粗粒子和細粒子的粒徑分界線還沒有統(tǒng)一的規(guī)定,但根據(jù)研究的需要,一般可分為:總懸浮顆粒物(TotalSuspendedParticulates,TSP)、PM10和PM2.5。TSP是指可漂浮在空氣中的、粒徑一般小于100um固態(tài)和液態(tài)微粒的總稱。TSP曾是中國唯一的環(huán)境大氣氣溶膠污染監(jiān)測指標,現(xiàn)仍沿用,但主要用于作業(yè)場所粉塵的監(jiān)測指標;PM10是指空氣動力學直徑在10lam以下的大氣氣溶膠粒子。大部分的PM10能夠沉降在喉嚨以下的呼吸道部位,因而PM10也稱可吸入性顆粒物(respira
4、bleparticulatematter,RSP);PM2.5是指空氣動力學直徑在2.5um以下的大氣氣溶膠粒子。PM2.5粒徑小,更容易沉降于呼吸道中,同時由于許多致癌和有毒物質(zhì)如苯并[a]芘等多富集在PM2.5上,因此PM2.5對人體健康的危害更大,也越來越受到人們的重視。另外,不同粒徑的顆粒物在大氣中的濃度有很大的區(qū)別,PM2.5占PM10超過二分之一。研究結(jié)果表明,不同地區(qū)和不同時間,大氣氣溶膠粒子粒度分布各異,但都基本遵循以上規(guī)律大氣污染的源解析相對于粗顆粒物,PM2.5細顆粒物對人體危害更大,輸送距離更長,所以對PM2.5的研究顯得日益重要。PM2.5并非單一成分的
5、空氣污染物,它是由來自各種不同的人為或自然污染源、具有大量不同化學組分所組成的一種復雜、可變的大氣污染物。大氣氣溶膠的主要化學成分有水溶性無機鹽、不溶性礦物質(zhì)和含碳物質(zhì)等,其中含碳物質(zhì)包括水溶性和非水溶性有機化合物及元素碳。研究不同地區(qū)或不同天氣條件下的大氣氣溶膠的化學組成,可以反映一個地區(qū)氣溶膠化學組成的一般特征,為大氣氣溶膠的源識別或源解析工作提供有力的支持。污染源解析方法主要有三類:污染源排放清單法、擴散法和受體模型法。其中,受體模型被認為是現(xiàn)階段最有價值的分析工具。該模型是通過測量源和大氣環(huán)境(受體)樣品的物理化學性質(zhì),定性識別對受體有貢獻的污染源并定量計算各污染源的分
6、擔率。它包括化學質(zhì)量平衡法(CMB)、因子分析法(FA)、目標變換因子分析法(TrFA)、顯微鏡法和化學.統(tǒng)計學方法等。其中的CMB是U.S.EPA推薦的用于研究PM10/PM25和VOCs等污染物的來源及其貢獻的一種重要方法。目前其系統(tǒng)軟件已發(fā)展到第八個版本CMB8。以上模型又大致上可以分為3類:化學法、物理法和顯微鏡法。物理法主要是X射線衍射線(XRD)和軌跡分析法(trajectoryanalysis)。相對來說,化學法最為成熟。這主要歸功于電子探針和掃描電鏡等分析手段的發(fā)展。顯微鏡法適用于分析形態(tài)特征比較明顯的顆粒物,如單顆粒分析手段獲得的單個大氣顆粒物的類型、大小、數(shù)
7、量、形態(tài)、顏色、光學性質(zhì)、化學成分等特征,可以用來直觀地鑒別顆粒物來源,所得出的源解析結(jié)果比化學分析更具說服力。PM2.5的來源PM2.5的來源大致有三種:第一是直接以固態(tài)形式排出的一次顆粒物,它們在源與受體之間經(jīng)歷的變化很小,其環(huán)境濃度在總體上與其排放量成正比。PM2.5中的一次粒子主要產(chǎn)生于化石燃料(主要是石油和煤炭)和生物質(zhì)燃料的燃燒,但在一些地區(qū)的工業(yè)過程也能產(chǎn)生大量的一次PM2.5,除此之外,一次粒子的源還包括道路揚塵、礦物質(zhì)的加工和精煉過程。相對而言,建筑、農(nóng)田耕作、風蝕等的地表