大气污染源解析

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1、莀大气污染源解析蒈北京大钢环境治理技术研究院袇大气气溶胶及其粒径分布羃大气气溶胶，是指在大气环境中，液体或固体颗粒均匀分散在气体中形成相对稳定的悬浮体系。 虽然大气气溶胶只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量、能见度、干湿沉降、云和降水的形成、大气的辐射平衡、平流层和对流层的化学反应等均有重要影响。由各种源排放进入大气中的颗粒物，大部分集在对流层，距地面 l 2km 范围内 (即大气边晃层 )。在此区域内的颗粒物的尺寸最大，种类最多；而在距地面 45km 以上的范围内，颗粒物的浓度基本上不受地球上直接排放的影响，其尺寸分布与本底气溶胶的分布相近。蒁 一般认为，气溶胶颗粒物的本底质量浓

2、度约为10ugm3，颗粒浓度为 300 个 m3。但污染严重的城市中，有时气溶胶颗粒物的质量浓度最高可达 2000ug/m3。污染严重的水泥厂， 其年均质量浓度通常大于 350ugm3。薆大气气溶胶的粒径是其最重要的性质之一。大气气溶胶所有的特征都与其粒径有关。由于大气气溶胶的形状非常复杂，极不规则，有球状体、粒状体、 片状体等，因此在度量大气气溶胶粒子大小时经常使用等效球体的直径来表示。其中，最常用的是空气动力学当量直径。它是按照粒径的大小，大气气溶胶粒子可分为粗粒子(coarseparticulate)和细粒子 (fineparticulate) 。对气溶胶粒子进行粗细划分和研究的原因在于

3、粒径的差异使得粗粒子和细粒子在化学组成、来源和形成方式、 传输和去除机制等均存在一些根本的区别。目前粗粒子和细粒子的粒径分界线还没有统一的规定，但根据研究的需要，一般可分为：总悬浮颗粒物(TotalSuspendedParticulates，TSP)、PM10和 PM2.5。莇 TSP是指可漂浮在空气中的、粒径一般小于 100um 固态和液态微粒的总称。 TSP曾是中国唯一的环境大气气溶胶污染监测指标，现仍沿用，但主要用于作业场所粉尘的监测指标； PM10 是指空气动力学直径在 10lam 以下的大气气溶胶粒子。 大部分的 PM10 能够沉降在喉咙以下的呼吸道部位，因而 PM10 也称可吸入性

4、颗粒物(respirableparticulatematter ， RSP)； PM2.5 是指空气动力学直径在2.5um 以下的大气气溶胶粒子。PM2.5 粒径小，更容易沉降于呼吸道中，同时由于许多致癌和有毒物质如苯并a芘等多富集在 PM25 上，因此 PM2.5 对人体健康的危害更大，也越来越受到人们的重视。蚄 另外，不同粒径的颗粒物在大气中的浓度有很大的区别，PM2.5 占PM10 超过二分之一。研究结果表明，不同地区和不同时间，大气气溶胶粒子粒度分布各异，但都基本遵循以上规律艿袈大气污染的源解析螆 相对于粗颗粒物， PM2.5 细颗粒物对人体危害更大， 输送距离更长，所以对 PM2.5

5、 的研究显得日益重要。 PM2.5 并非单一成分的空气污染物，它是由来自各种不同的人为或自然污染源、 具有大量不同化学组分所组成的一种复杂、 可变的大气污染物。 大气气溶胶的主要化学成分有水溶性无机盐、 不溶性矿物质和含碳物质等， 其中含碳物质包括水溶性和非水溶性有机化合物及元素碳。 研究不同地区或不同天气条件下的大气气溶胶的化学组成， 可以反映一个地区气溶胶化学组成的一般特征，为大气气溶胶的源识别或源解析工作提供有力的支持。蒄莀污染源解析方法主要有三类：污染源排放清单法、扩散法和受体模型法。其中，受体模型被认为是现阶段最有价值的分析工具。该模型是通过测量源和大气环境(受体 )样品的物理化学性

6、质，定性识别对受体有贡献的污染源并定量计算各污染源的分担率。它包括化学质量平衡法 (CMB)、因子分析法 (FA)、目标变换因子分析法(TrFA)、显微镜法和化学统计学方法等。其中的CMB 是 USEPA推荐的用于研究PM10PM25 和 VOCs等污染物的来源及其贡献的一种重要方法。目前其系统软件已发展到第八个版本 CMB8。以上模型又大致上可以分为 3 类：化学法、物理法和显微镜法。物理法主要是 X 射线衍射线 (XRD) 和轨迹分析法 (trajectoryanalysis)。相对来说，化学法最为成熟。这主要归功于电子探针和扫描电镜等分析手段的发展。 显微镜法适用于分析形态特征比较明显的

7、颗粒物， 如单颗粒分析手段获得的单个大气颗粒物的类型、大小、数量、形态、颜色、光学性质、化学成分等特征，可以用来直观地鉴别颗粒物来源， 所得出的源解析结果比化学分析更具说服力。肇膅 PM2.5 的来源膄 PM2.5 的来源大致有三种：第一是直接以固态形式排出的一次颗粒物，它们在源与受体之间经历的变化很小， 其环境浓度在总体上与其排放量成正比。 PM2.5 中的一次粒子主要产生于化石燃料 (主要是石油和煤炭 )和生物质燃料的燃烧，但在一些地区的工业过程也能产生大量的一次 PM2.5,除此之外，一次粒子的源还包括道路扬尘、 矿物质的加工和精炼过程。相对而言，建筑、农田耕作、风蚀等的地表尘对环境 P

8、M2.5 的贡献则较小 .莂第二是在高温状态下以气态形式排出，在烟羽的稀释和冷却过程中凝结成固态的颗粒物，主要由半挥发性有机物组成 .荿 第三是由气态的S02、NOx 等前体物通过大气反应而生成的二次颗粒物(气粒反应 )，主要包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐和可氧化转化的半挥发性有机物等。 在大多数地区， S和 N 为所观察到的二次 PM2.5 的主要成分，而二次有机气溶胶在一些地区也可能是重要的组成部分薅羅 PM2.5 的采样和分析方法腿 PM2.5 采样方法可分为 污染源采样和环境采样 两种。污染源采样的目的则是为了确定 PM2.5 污染源的排放特征、对污染源进行鉴定并为源解析提供可靠的数据； 环

9、境采样主要应用于大气环境的采样， 目的在于确定 PM2.5 浓度水平以及污染特征， 了解其化学组成以及不同的污染排放源的贡献。 根据不同的实际需要， 会选择不同但合适的采样布点、采样仪器以及采样结果的分析方法等。蒇肄采样仪器莁 PM2.5 的采样仪器的主要操作流程是以一定的流量抽取空气，使其通过固定粒径限制的切割头。 低于该粒径的大气颗粒物可通过切割头并附着在滤膜上而得到收集。采样器主要由切割头，采样器主体，滤膜夹，流量控制器，采样泵等几个部分构成。切割头的主要作用是分离那些空气直径超过所要采集标准的大气颗粒物。 滤膜夹是在采样前、期间和采样后放置滤膜的容器， 作用是固定滤膜。 采样泵主要用于

10、对环境气体的抽取， 使其以一定的流速通过切割头。 为了获得准确的化学成分浓度值，需要准确测量通过滤膜的空气体积。因此，在采样系统中，单位时间内通过的空气量必须得到精确地测量和控制。 采样滤膜最常用的有三种， 即石英纤维滤膜、 玻璃纤维滤膜和聚四氟乙烯滤膜。在采样过程中，除了要选择适当的滤膜，还应该按一定的操作规范对滤膜进行处理、运输和保管。芀蚆分析方法蒄随着分析测试技术的发展，对颗粒物化学组成的研究手段也日渐丰富，主要的分析方法如下：膁 (1)采用光学显微镜或偏振光显微镜 (PLM)、扫描电镜 (SEM)、透射电镜(TEM)、场发射扫描电镜 (FESEM)、图象分析 (认)等手段对颗粒物进行形

11、态分析、表面分析和透镜分析， 直观地观测单个颗粒物的大小几何形状、颜色和光学性质等。节 (2)X 射线荧光光谱 (XRF)、电子微探针、仪器中子活化分析 (rNAA)、原子吸收光谱 (AAS)，特别是石墨炉原子吸收光谱 (GASS)、电感耦合等离子体原子发射光谱 (ICPAES)、电感耦合等离子体质谱 (ICP MS)等仪器分析 ,技术高速、可靠、自动化程度高，可以用于测定颗粒物中的微量和痕量元素。羈 (3)离子色谱 (IC)技术分析颗粒物水溶性物种 (无机离子，如 S04、N03、NH4+等以及一些有机酸 )。膇 (4)液相色谱 (LC)、气相色谱 (GC)或气质联用 (GCMS)等分析手段

12、研究颗粒物上吸附的正构烷烃、 多环芳烃、有机氯农药等有机物质。 另外，也有用红外光谱和质谱法进行分析。 但由于气溶胶中有机物浓度很低，红外光谱分析技术的灵敏度不足以进行定量分析， 只能利用它来定性识别某些有机物。质谱分析要求质量分析器一般要有很高的真空度，离子源也需要保持高真空，给定量分析造成困难。袂 (5)热光反射法 (TOR)分析方法测定颗粒物中的 OC和 EC。聿肇 有关 PM2.5 的标准薆随着人们对大气颗粒物危害认识的加深，各个国家对其控制的标准亦越来越严格。美国环保局制订的环境空气质量标准所控制的大气颗粒物种类从 TSP修改为 PM10，后来再次修改成 PM2.5。该标准规定 PM

13、2.5 的日均浓度和年均浓度的限值分别为 65ugm3 和 15ugm3。到目前为止，只有美国明确规定了PM2.5 的质量浓度限值， 并计划在该标准获得通过后， 在全国范围内设立PM2.5 常规监测网，最终达到3000 个测点；欧委会决定将PM2.5 纳入常规 PM10 监测内容中，并明确要求将削减 PM2.5 的浓度作为削减PMlo 浓度总体规划的一部分。中国国家环保总局虽然至今仍没有关于PM2.5 的标准，但是在1996年在环境空气质量标准中加入了有关PMlo 的标准，见表 ,中国环境空气质量标准中PMlo 的标准 .蚂以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For perso

14、nal use only in study and research; not for commercial use.仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。Nur f r den pers?nlichen f r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales.仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。 , .For personal use only in study and research; not for commercial use