大氣細顆粒物PM2.5的源解析技術探討

楊峰曉

摘? ? 要：近年來，大量研究也發現 PM2.5因其粒徑較小、比表面積較大，所以它更容易富集吸附空氣中的有機污染物、酸性氧化物、有毒重金屬、細菌和病毒。當PM2.5被人吸入到體內時，就可以產生并導致人體呼吸、內分泌、心血管、神經及免疫等各系統疾病的發生。此外，PM2.5還會對大氣能見度的降低有重要影響，它是霧霾或陰霾的主要構成，可以吸收和反射太陽輻射，這不僅影響城市大氣的光學性質，而且影響熱平衡，導致農作物產量降低。因此，PM2.5的源解析對于有效控制PM2.5顯得尤其重要。文章主要分析了大氣細顆粒物PM2.5的源解析技術，以供廣大同仁研究探討。

關鍵詞：大氣細顆粒物;PM2.5;源解析技術

1? 引言

源解析技術，是指對大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。源解析技術在當今已經取得了快速的發展。

2? 大氣顆粒物污染現狀

隨著城市化和工業化進程的加速，我國大氣污染開始由煤煙型轉向復合型污染。可吸入顆粒物（PM10）污染雖有所控制，但未從污染源頭得到完全解決。與此同時，汽車尾氣和工業燃燒排放增加，一些城市群細顆粒物（PM2.5）的濃度在持續增加，區域性大氣污染愈發嚴重，并且呈現擴張趨勢。

3? 大氣顆粒物的危害

3.1? 大氣顆粒物對人體健康影響

隨著我國城市化、工業化進程加快，人們越來越重視城市建設，工業生產過程中產生的大氣顆粒物對人體健康影響。人體如果吸收空氣中大量顆粒物會對心肺功能造成損害，進而引發各種肺部呼吸疾病，嚴重的話會導致肺癌。特別是PM2.5中的細微顆粒可以被人體吸入體內并長期存在。研究表明，生活在顆粒物污染水平較高地區人群的死亡率顯著增加，且顆粒物濃度和暴露時間決定了吸入劑量，濃度越高，暴露時間越長，則損害越大。

3.2? 大氣顆粒物對生態環境影響

生態環境方面，大氣顆粒物對光具有散射和吸收作用，其中吸收效應是由碳黑顆粒物引起，不同程度地削弱光強度，使得視野受限，能見度的下降容易使人的心理健康受到影響，嚴重時可能造成交通阻塞。當大量細顆粒物PM2.5長時間停留在空中則會造成空氣混濁，嚴重時則會產生霧霾天氣，對人體健康產生危害。雨水凝結核中同樣含有大氣細顆粒物PM2.5，不同條件下，PM2.5會吸附空氣中水分而引發干旱天氣，或使雨水凝結核的數量異常增加，最終會導致暴雨天氣。

4? PM2.5源解析技術及應用分析

4.1? 化學質量平衡模型

CMB 是目前實際應用于PM2.5源解析領域研究最廣泛的受體模型。其原理是質量守恒，在源類、受體成分譜確定前提下，通過建立一組線性方程，計算出不同源類貢獻值濃度大小。但 CMB技術缺乏源類成分譜，污染物性質不穩定時，CMB模型源解析結果準確性不高。例如，通過有機碳與元素碳最小比值法確定二次有機碳對 PM2.5的貢獻率，采用CMB技術研究了不同環境受體點各個季節 PM2.5源解析，城市揚塵、煤煙塵、二次硫酸鹽為PM2.5重要源類。

4.2? 主成分分析法

PCA利用降維思維，最大化保留原始變量信息基礎上，把指標信息轉化成若干綜合指標，即為主成分，且主成分間無相關性。結合線性代數理論，對收集的數據作進一步的處理，獲取不同污染源對PM2.5及其組分貢獻值。當因子符號存在正負時，源解析的結果不夠準確，需要采用正矩陣因子分析法。例如，在采暖季、非采暖季選擇4個受體點，利用PCA技術對PM2.5源解析發現：建筑揚塵、土壤塵、道路揚塵、汽車尾氣累計對該市的PM2.5貢獻率超過90%。

4.3? 富集因子法

EF 利用富集因子評價相關元素是來自人為源還是自然源。EF應用于解析PM2.5元素，通過定性判斷元素來源，結合其他方法進行來源解析。當EF>10，表示元素是人為源;1

4.4? 空氣質量模型

包括CMAQ 模型（美國）、CHIMERE 模型（法國）、NAQPMS模型（中國）等，其中 CMAQ 模型應用較為廣泛。該模型主要用以比較模擬與觀測差距，分析差距產生原因，探索如何提升精度;分析大氣污染物源及其產生機理，擴散和傳輸過程，為污染物跨區域傳輸研究提供參考。該法還存不斷完善更新中。例如，采用MM5-Models-3/CMAQ模擬系統，分析計算PM2.5來源，計算的結果也表明隨著污染源濃度的增加，該技術方法的計算結果更加科學合理。此外，還有穩定同位素法等，在大氣環境PM2.5源解析中也取得了良好的應用效果。

5? PM2.5源解析技術發展趨勢

5.1? PAHs源解析

PM2.5中的有機碳成分十分復雜，其中PAHs是增加其復雜程度的重要因素。由于PAHs 具有顯著致癌、致突變和致畸，PM2.5中PAHs源解析成為關注重點。目前對PAHs源解析主要采用比值法、輪廓圖法等定性源解析和CMB法、穩定碳同位素法、多元統計法等定量解析。此外，PM2.5中的飽和烴、硝基多環芳烴也成為PM2.5源解析研究的重點領域。

5.2? 單顆粒源解析

利用顯微鏡技術對單個的PM2.5中的物理性質及化學部分進行分析，獲得單個顆粒物 Micro-PIXE能譜，并用模式識別法對能譜進行比較和統計，獲得PM2.5源及其貢獻率。可見，顯微鏡技術的發展至關重要，還需要建立單顆粒指紋數據庫，提高單顆粒源解析效率和精確度。

5.3? 有機碳、元素碳解析

大氣中PM2.5組分中有10%-50%為有機碳和元素碳組分，分析有機碳與元素碳關系，可以反映其來源特征，為PM2.5源解析提供現實依據。

5.4? 擴散模型與受體模型聯用解析

隨著PM2.5污染問題日益突出，將受體模型與擴散模型結合起來研究PM2.5源解析成為研究的發展趨勢之一。其中，擴散源解析是利用污染物數量及排放量，模擬各個污染物在區域內分布情況，受體模型無需對污染源進行調查及參數支持，與擴散模型結合彌補其不足。

6? 結語

總之，大氣PM2.5源解析為人們及時掌握區域PM2.5主要來源，為源頭降低PM2.5提供了第一手寶貴資料支撐。因此，我們要熟練掌握各種監測技術外，還應關注新技術新理論的發展，不斷提升PM2.5源解析結果的準確性，為環境保護提供技術支撐。

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