大氣顆粒物到底是哪來的 解密顆粒物源解析技術

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來源: 天津環保發布 作者: 編輯:常青 2018-10-07 09:00:55

  大氣顆粒物到底是哪來的?顆粒物源解析技術

  大氣顆粒物是大氣成分中的重要組成部分,給環境、氣候以及人體健康帶來很大威脅:顆粒物對太陽光有吸收和散射效應,導致大氣能見度下降;顆粒物中凝結核的成雲作用和降水對顆粒物的衝刷作用均可以使顆粒物進入降水或雲水中,影響終降水的酸鹼性;顆粒物還是全球變暖、灰霾產生等大氣污染現象的主要誘導因素之一;顆粒物尤其是空氣動力學粒徑在2.5μm以下的顆粒物(PM2.5等)可以通過呼吸進入人體肺部及血液,增加呼吸系統的發病率,甚至影響心肺功能。

  大氣顆粒物來源怎麼分類?

  大氣顆粒物來源復雜,城市空氣顆粒物排放源種類很復雜,根據不同的需要,通常有下面幾種分類方法。按顆粒物的生成機理,可分為一次顆粒物(一次粒子)排放源和二次顆粒物(二次粒子)排放源。按顆粒物的來源,可將一次顆粒物排放源分為自然源(天然源)、人為源和混合源等。按顆粒物的排放特性,可分為點源、面源、線源。按顆粒物排放時間分類可分為連續源、間斷源、瞬時源。為了方便環境管理,常將顆粒物排放源分為固定源、流動源和開放源,或者是有組織排放源類和無組織排放源類。根據很多研究分析,城市顆粒物的主要來源有城市揚塵源、燃煤源、工藝過程直接排放、交通源、二次源等幾大源類,以及生物質燃燒、餐飲油煙、海鹽粒子等其他源類。此外,上述的源類還可以再細分,如揚塵源還可以細分為城市揚塵、道路揚塵、建築揚塵等;燃煤源可以分為工業鍋爐燃煤、電廠燃煤、民用燃煤等;交通源還可以細分為汽油機車、柴油機車源等。而二次源可以細分為二次硫酸鹽、二次硝酸鹽、二次有機物等。二次源類不是通過排放源直接排放,而是由工廠、機動車等排放源排放出的SO2、NOx、揮發性有機物等氣態污染物通過光化學反應、液相反應等生產二次氣溶膠,因此稱為二次源。一個污染源可以通過不同途徑對空氣造成污染。例如,對於一個工廠企業而言,工藝過程的直接排放會對顆粒物造成污染;同時,工業燃煤排放的顆粒物也會直接對環境帶來影響;除此之外,工業過程排放的SO2、NOx、揮發性會通過二次轉化形成二次粒子。因此,評估一個污染源對大氣顆粒物的貢獻,需要綜合分析其不同途徑造成的影響。

  顆粒物源解析技術

  為了能更好地采取有效措施控制顆粒物各種排放源類,研究學者和管理者們迫切需要對環境顆粒物的各類來源進行識別和量化研究,顆粒物源解析技術應運而生並得到越來越多的應用和逐步發展完善。顆粒物源解析技術是對環境空氣顆粒物的來源進行定性或定量研究的技術,是顆粒物污染防治的重要技術手段,可以建立顆粒物排放源與環境空氣質量(受體)的之間的關系,識別顆粒物的主要來源,並定量解析各源類對顆粒物的貢獻。用源解析的結果指導顆粒物污染防治工作,可以提高顆粒物污染防治的針對性、科學性和合理性。隨著源解析工作的發展,大氣顆粒物來源解析技術先後出現了三種方法:排放源清單方法、源模型(擴散模型)法和受體模型法。排放源清單法排放源清單法是早應用的大氣顆粒物來源解析方法。排放源清單法是根據排放因子,估算區域內各種排放源的排放量,根據排放量,識別對受體有貢獻的主要排放源。這種方法對於顆粒物來說,主要存在兩方面的缺陷:一是顆粒物開放源眾多,其排放量難以准確得到;二是排放源的排放量與其對受體的貢獻通常不是線性關系。因此,隨著污染源類型越來越多,環境管理的要求越來越高,排放源清單法已經無法滿足大氣顆粒物源解析技術的要求。源模型(擴散模型)法擴散模型從污染源出發,根據各種污染源源強資料和氣象資料,估算污染源對受體的貢獻。但是,對於量大面廣的顆粒物開放源來說,由於無法得到可靠的的源強資料,難以估算該污染源類對受體的貢獻值。受體模型法受體模型從環境受體出發,根據環境空氣顆粒物的化學、物理特征等信息估算各類污染源對受體的貢獻。受體模型是目前在世界上應用為廣泛的源解析技術,目前使用多的是化學質量平衡模型(CMB)和正定矩陣因子分解模型(PMF),這兩種模型也是我國生態環保部和美國環保署推薦使用的源解析模型。

  今年來,隨著大氣顆粒物污染特征的變化,天津南開大學的國家環境保護城市空氣顆粒物污染防治重點實驗室根據污染源及污染特征的變化,研發了一系列的源解析新型受體模型,如CMB-Iteration、PMF-CMB復合受體模型、三維受體模型等,其中一些新模型被生態環境部的《大氣顆粒物來源解析技術指南(試行)》列為推薦方法,相關論文被美國環保署的源解析指南作為關鍵論文引用。

  作者:南開大學環境科學與工程學院教授/博導  史國良

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