大气颗粒

关键词：

大气颗粒（精选十篇）

大气颗粒 篇1

1 大气颗粒物单颗粒分析方法的应用现状

1.1 颗粒物源解析应用

现阶段, 污染源解析法主要包括三种:污染源排放清单法、受体模型法、扩散法, 其中受体模型法是一种最有价值的方法, 其主要包括化学统计学法、显微镜法。单颗粒分析法就是一种显微镜分析颗粒物的方法, 利用此种分析方法得到单个颗粒物的大小、数量、类型、颜色、性质等内容, 可以直观辨别颗粒物来源, 得到颗粒物源解析结果。目前, 我国一般均是使用SEM-EDX技术、TEM-EDX技术等开展单颗粒物分析, 得到了颗粒物的来源。

1.2 气候效应应用

大气颗粒物对气候的影响可以分成两种:直接与间接。大气颗粒物可以吸收与散射太阳辐射, 进而对地球-大气能量系统产生影响, 出现一定的气候变化。大气颗粒物辐射程度与含量和其自身性质与时空变化有着一定的关系, 针对不同颗粒物而言, 主要研究的就是元素碳粒子与硫酸盐, 主要原因就是元素碳具有吸光性;硫酸盐具有制冷作用。当颗粒物散射导致大气浊度提高1%的时候, 地球平均温度就会降低1.7℃左右。通过相关分析与研究表明, 可以通过增加海盐粒子的CCN含量, 实现大气降雨增加, 但是因为矿物颗粒具有一定的非均匀性, 非常容易影响大气辐射情况。当硫酸盐和大矿物颗粒进行结合之后, 就会降低其制冷效果, 但是一些吸湿性的矿物颗粒会逐渐转变成CCN, 影响流云中冰晶的沉降。

1.3 健康效应应用

大量研究表明, 大气颗粒物是有害、有毒、烃类化合物的重要载体, 其主要吸附在颗粒物的表面。大气颗粒物对人类健康有着一定的危害, 其中含有的有害元素包括:Mn、Cu、Pb、Zn、Cr、As等, 当人类将这些元素吸入体内之后, 就会沉积在肺泡区域, 影响人类的健康。由此可以看出, 大气颗粒物吸附的一些有害、有毒、烃类化合物等会致使人类出现一些疾病, 因此, 一定要加强单颗粒分析法的运用, 明确不同颗粒物和吸附元素之间的关系, 以及吸入人类身体中的危害, 在一定程度上保证人类健康。

2 大气颗粒物单颗粒分析方法的展望

2.1 多种单颗粒分析法的联合应用

单颗粒分析方法主要包括SEM-EDX技术、TEM-EDX技术, 但是SEM-EDX技术一般都是将电子束当成是照射源, 经常存在于颗粒物边界, 降低了单颗粒的分辨能力, 因此, SEM-EDX技术经常得到是细微粒物集合体;而TEM-EDX技术在进行分析的时候, 需要花费一定的时间, 无法进行全面的统计分析, 得到的相关图像也是平面图形, 缺少一定的立体感。这两种技术均是在真空条件下进行操作, 对颗粒物的粒径、形态等有着一定的影响, 并且在对Na和U之间元素进行分析的时候, 经常带有一定的窄窗口, 并且分析深度不足, 所以, 在进行实际分析工作的时候, 可以采用多种技术进行联合使用, 达到更好的效果。

2.2 单颗粒分析法的自动化

在进行单颗粒分析的时候, 需要开展图像处理、数量统计等工作, 并且发挥着非常重要的作用。因为工作太过复杂, 需要利用计算机技术进行相关的统计与自动化处理, 只是依靠人工是无法实现预期工作目标的, 因此, 需要加强对有关技术的研究, 保证相关工作的全面开展。

3 结语

总而言之, 单颗粒分析法在国际大气颗粒物研究中属于一项比较前沿的工作领域。这主要就是因为单颗粒分析法可以提供更多的颗粒信息, 保证颗粒采样时间尽可能的少, 并且利用有限的样品相关分析, 得到有效的数据, 使大气颗粒物情况可以在短时间内完成精准测量。因此, 单颗粒分析法在大气化学研究中得到了普遍的应用。同时, 随着我国对大气颗粒物与大气化学等领域的深入分析与研究, 单颗粒分析法的广泛应用已经成为了一种必然趋势。

参考文献

[1]牛红亚.区域大气边界层内气溶胶粒子的单颗粒法解析[D].北京:中国矿业大学, 2011.

大气颗粒 篇2

北京市交通路口大气颗粒物污染特征研究(Ⅲ)--大气颗粒物中多环芳烃污染特征

研究了北京市典型交通路口大气颗粒物中多环芳烃的.污染特征及影响因素.于6月在北京市主要交通路口之一的崇文门路口采集大气中TSP,PM10和PM2.5样品,并进行样品中ρ(PAHs)的分析及机动车流量调查.研究结果表明:机动车排放是交通路口大气颗粒物中PAHs的首要来源;多环芳烃在粒径较小的粒子中比例较高;白天ρ(PAHs)随机动车流量的增加而增加,夜晚ρ(PAHs)高于白天;污染源识别表明,交通路口大气颗粒物中的多环芳烃除主要来源于机动车尾气排放外,还有一部分来源于道路扬尘.

作 者：王玮 岳欣 陈建华 李红 刘红杰 汤大钢 WANG Wei YUE Xin CHEN Jian-hua LI Hong LIU Hong-jie TANG Da-gang 作者单位：中国环境科学研究院,北京,100012刊 名：环境科学研究 ISTIC PKU英文刊名：RESEARCH OF ENVIRONMENTAL SCIENCES年，卷(期)：18(2)分类号：X513关键词：颗粒物 多环芳烃 污染特征 交通路口 北京市

大气颗粒 篇3

何谓雾霾？

大气颗粒物是悬浮在空气中的一类固体物质为核，表面粘附气态以及液态分子的颗粒状的混合物质。根据空气动力学原理，不同颗粒物的划分主要根据空气动力学当量直径。理想状态下，例如以10μm、2.5μm、1.0μm以及0.1μm为单位，人为划分为PM10、PM2.5、PM1.0、PM0.1等。近年来最为公众熟知且经研究发现与人群健康关系最紧密的是PM2.5，与最早纳入国家常规大气污染物监测体系的PM10相比，也被称为“细颗粒物”。其中颗粒物的组分复杂，对人群健康造成的危害是逐渐被人们认识到的。（Dockery et al.，1993， Samet et al.，2000）霾的形成有两个必须条件，第一是大气中颗粒物浓度上升至一定浓度，其次当时的气象学指标，如风向、风速、温度、湿度以及气压不利于这些颗粒物迅速扩散时，也就是说把这无数个颗粒物“夹裹”起来，霾就形成了。

历史总是惊人的相似，中国最大的两个城市——北京、上海，被雾霾笼罩时的情形恰如19世纪的英国。在1871年至1881年十年间，伦敦严重的雾霾发生了55次，1882年到1892年该频率上升至69次。单单1886年到1887年，这个频数是惊人的83次！这个时期每年因为与恶劣天气相关的疾病引起的经济损失大约是500万英镑（Hamlin and Sheard，1998）。直到进入20世纪中期，历经半个世纪的努力治理，伦敦才摘掉“雾都”的帽子。

自2010年起，雾霾的现象开始在我国出现。随后几年，我国很多大型城市频频受到雾霾的困扰，我国环境卫生工作者也同期开展了针对颗粒物浓度与人群健康之间关系的研究，其中阚海东等学者研究证实颗粒物浓度上升与居民死亡率之间存在关联，也就是提示颗粒物暴露对人群健康有不利影响。（Kan et al.， 2012， Chen et al.， 2013）这些来自人群的颗粒物健康研究为我们设计本次“健康固定群组”提供了思路，也提示进一步认识颗粒物的健康危害，需要有来自个体水平的健康效应数据。

最受伤的是肺吗？

大气污染、雾霾等恶劣气候当前，挡在第一线的是人体的呼吸道，依次为鼻腔、口咽部、气管、支气管以及肺泡。针对研究对象的肺功能指标的流行病学调查也最为普及，但是大多数研究集中在对哮喘患者、气管炎患者等已有疾病的敏感人群，极少关注吸入颗粒物对呼吸系统正常的个体是否也存在健康隐患。本次固定群组研究的研究假设是：在改变人群所处的的颗粒物暴露环境时，健康人群的呼吸系统也会受到影响，也就是说颗粒物的浓度与健康人的肺功能指标之间存在“暴露—效应”关系，并讨论上述改变是否可能触发肺功能损伤。

本次研究采用的“健康固定群组研究”（panel study）方法是近期应用在环境污染的流行病学研究方法，属于流行病学队列研究的范畴，“固定群组”意指对一个队列进行多个时间点的重复测量，结合研究期间环境暴露的变化，寻找暴露与不同时间点健康效应之间的关系。这种研究方法一方面可以做到暴露与效应之间的动态监测，具有暴露在前、效应在后的前瞻性研究特点，同时固定群组研究是对同一组群组队列进行的重复测量，适合在小规模人群中进行，同时重复测量形成的多个自身对照组可以有效控制个体之间的抽样误差，提高研究效率。（Dominici et al.，2003）本研究中固定群组来自山东莒南县城，招募48名40?60岁的健康人群作为研究对象，在山东莒南县的颗粒物暴露监测包括研究对象活动范围内的PM2.5、PM10平均浓度。随后，改变该“健康固定群组”暴露环境：48名研究对象统一行程，乘大巴抵达上海市徐汇市区，入住市区某宾馆，期间持续进行颗粒物暴露的监测，同期依托上海市中山医院呼吸科对这48名“健康固定群组”研究对象进行每隔一天的肺功能测定，试图寻找在不同时间点的“健康固定群组”的肺功能指标是否受到研究对象所处环境中颗粒物浓度影响。

一南一北差别大

研究结果显示，11天研究期间，最显著的颗粒物改变来自于山东—上海两地的地理位置改变，其次在上海的9天连续监测期间，上海市区的颗粒物浓度也出现了较小幅度的波动，研究结果表明在山东两天的PM10和PM2.5日均质量浓度约为上海地区的3倍，其中PM2.5日均质量浓度范围在山东和上海市区分别为108.7?736.7μg/m3和38.6?231.9μg/m3，而PM10日均质量浓度范围在山东A城镇和上海分别为144.9?734.3μg/m3和58.0?444.4μg/m3。

山东莒南县是沂蒙革命老区的重要组成部分，地处山东省东南部鲁苏交界处，属于鲁东南丘陵区，以农业种植为主，县城城关镇附近有数个中小型企业（如酒厂等）。全县人口约88.64万（2010年第六次人口普查），全县平均海拔200米，属于温带季风气候。该城镇与太平洋西海岸（黄海海岸）直线距离约40公里。

作为对比的上海市，位于我国海岸线中部，属亚热带季风性气候，雨热同期，日照充分，雨量充沛。气候温和湿润。至2010年年底，全市常住人口2302.66万人，其中户籍人口1412.32万人；来沪半年以上的流动人口897.95万人，是我国最大的经济中心城市。市区中心距离东海海岸直线距离约为40公里。

随着固定群组活动范围由山东转移至上海，持续追踪记录人群活动范围内的颗粒物水平和气象数据。观察到显著下降的颗粒物浓度有如下解释：一月份的莒南县天气寒冷，空气中高浓度的颗粒物很可能来自供热公司燃煤排放的污染物，而上海市冬季没有供暖，不存在来自燃煤排放的污染源。（Xiao et al.， 2015）

健康人变化并无差

城市大气颗粒物污染治理方案 篇4

大气颗粒物指除气体之外的所有包含在大气中的物质, 包括所有各种各样的固体或液体气溶胶。其中有固体的烟尘、灰尘、烟雾, 以及液体的云雾和雾滴。粒径的分布大到200微米, 小到0.1微米。

统计数据表明, 目前我国烟尘和粉尘排放量有逐年下降的趋势, 但影响城市空气质量的主要污染物仍是颗粒物。2004年的环境状况报告显示, 46.8%的城市颗粒物浓度超过二级标准;颗粒物污染较重的城市主要分布在西北、山西、内蒙、辽宁、河南、湖南和四川。在监测的城市中, 2004年环境空气质量达国家二级标准的占38.6%, 而1999年这一数字只有33.1%, 但全国总排放近年处于波动状态, 没有得到明显的遏制。总的来说, 随着300 多个城市中达到二级标准的比例逐年增加, 中国城市的空气质量有所好转。

对于我国城市而言污染源主要为各种工业生产过程中产生的大气污染和居民燃煤污染。另外, 近年来私人轿车的数量急速增多和市政建设等都带来了严重的环境问题。

2 大气颗粒物治理措施

2.1 加强污染物排放管理的建议

政府部门需加强大气颗粒物污染管理力度。政府部门应将大气颗粒物排放制度化, 如进行以下流程。首先, 政府需明确污染排放许可证颁发的法规和管理流程, 包括许可证申请的严格化、污染指数检测报告的准确化、许可证管理人员的考核、许可证管理机关的执法权明确化、许可证审批程序的合理化以及管理资金的流向明朗化;其次, 是在执法办事的过程中需要严格执行污染排放许可证颁发的法规和管理流程, 提高工作人员的素质以及办事效率。

2.2 城市生态环境整治建议

城区生态环境综合整治方案的设计范围是以城市中心区的建成区为核心地域向外延伸。

2.2.1 水域生态工程方案

城市中的水域是唯一不起尘的地域, 而且还具有吸尘、降尘和调节城市气候的重要作用, 是城市生态平衡的重要因素。因此, 要充分利用城市地质条件, 保持并扩大现有水域面积, 同时积极开发新的水域, 提高水域覆盖率。该工程方案除了具有生态效益外, 还可考虑其经济效益, 例如建设水上训练基地或旅游渡假村等。

2.2.2 绿色生态工程方案

绿化是城市生态建设的另一重要组成部分。绿化可以调节气候、减少污染、净化空气、防风固沙, 是非常经济的生物防治措施, 称之为“城市肺”。中心区TSP 中扬尘比例较高, 与城市绿化率不高有着密切关系。因此, 方案对绿化工程作出重点规划。绿化工程的设计思想:以林为主, 草花为辅, 建设大型防护林带和城市森林公园, 尽快形成城市森林系统, 使绿化工程最大限度地发挥环境保护和生态平衡作用;规划设计大、中、小型的以林为主, 林、草、花相间的城市立体景观系统, 使中心区内已建成地域的裸地全部绿化, 作到黄土不露天;在建地域的裸地应随建设工程的结束时间而完成绿化工程。

(1) 围绕城市外部建立外防护林带, 形成以抵抗外来大气颗粒污染物的防护墙。再在城市中, 沿河流、湖泊建立内防护林带, 保证城市大气颗粒污染物的净土。

(2) 建立城市森林公园, 给城市建造有一个“肺”, 便于城市消耗以产生的城市大气颗粒物污染。

(3) 许多城市都在近郊有储灰场, 用来堆积城市建筑、日常生活所产生的灰尘、垃圾。储灰场是重要起灰源之一。该工程拟先在储灰坑周围建设高大防护林地, 以阻挡灰坑起尘。注重储灰场的封闭问题, 尽可能的避免其灰尘外扬。生活垃圾场周围也需建设高大防护林地, 以阻挡垃圾山起尘。服务期满后进行土地恢复处理。还要做好裸地绿化工作, 尽量做到城市退耕还林, 将废弃的、或暂时无用处的裸地充分利用, 建立绿化带或防护林带。

2.3 城市工业环境整治方案

目前, 我国许多城市内或近郊都存在一些具有一定大气污染的工厂。对于这些工厂, 我们不但需要对其工厂环境进行改造和绿化 (如上部分方案) 。还需严格按照国家相关部门的要求, 要求工厂进行废气的处理, 达到环保要求。对于大气颗粒物污染, 有以下几种控制技术:

根据除尘技术原理, 可以概括为机械力除尘、过滤除尘、静电除尘和湿式除尘四种类型, 其中前三种可统称为干式除尘。

2.3.1 机械力除尘

机械力除尘是借助质量力的作用达到除尘目的的方法, 相应的除尘装置称为机械式除尘器.质量力包括重力、惯性力和离心力, 主要除尘器形式为重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。

(1) 重力沉降。

利用颗粒污染物与气体密度不同, 使颗粒污染物在重力作用下自然沉降下来, 与气体分离的过程。重力沉降室结构简单, 造价低, 压力损失小, 便于维护, 且可以处理高温气体。主要缺点是只能捕集粒径较大的颗粒物, 仅对50微米以上的颗粒物具有较好的捕集作用, 因而效率低, 只能作为初级除尘手段, 主要用于高效除尘装置的前级除尘器。

(2) 惯性除尘。

利用颗粒污染物与气体在运动中惯性力不同, 使颗粒污染物从气体中分离出来的过程。通常是使气流冲击在挡板上, 气流方向发生急剧改变, 气流中的颗粒物惯性较大, 不能随气流急剧转弯, 便从气流中分离出来。

(3) 离心除尘。

利用旋转的气流所产生的离心力, 将颗粒污染物从气体中分离处理的过程。

离心除尘器也称为旋风除尘器, 具有结构简单、占地面积小、投资低、操作维修方便、压力损失中等、动力消耗不大、可用各种材料制造、能用于高温或高压及腐蚀性气体、并可直接回收干颗粒地优点。一般用来捕集5至15微米以上地颗粒物, 除尘效率可达80%左右, 是机械式除尘器中效率最高的。主要缺点是对5微米以下的细小颗粒物去除效果不理想。

2.3.2 过滤除尘

过滤除尘是使气流通过多孔滤料, 将气流中颗粒污染物截留下来, 使气体得到净化的过程, 主要有袋式除尘及颗粒层过滤除尘两种方式。

(1) 袋滤除尘。

利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集颗粒污染物的方法, 主要通过筛分、惯性碰撞、扩散、静电、重力沉降等作用机制, 依靠滤料表面来捕集颗粒污染物, 属于外部过滤。

该方法除尘效率高, 一般可达99%以上, 适应极强, 能够处理不同类型的颗粒污染物, 操作弹性大, 除尘效率对入口颗粒污染物浓度及气流速度变化具有一定稳定性, 结构简单, 使用灵活, 便于回收干料, 不存在污泥处理。但袋式除尘器的应用受到滤布的耐温、耐腐蚀等操作性能的限制, 一般使用温度应低于300℃。

(2) 颗粒层过滤除尘。

通过将松散多孔的滤料填充在框架内作为过滤层, 颗粒物在滤层内部被捕集的一种除尘方法, 属内部过滤方式。除尘过程中大颗粒污染物主要借助惯性力, 小于0.5微米的颗粒物主要靠滤料及被过滤下来的颗粒表面的拦截和附着作用过滤下来, 净化效率随颗粒层厚度增高而提高。颗粒层除尘器按其功能可分为单颗粒层除尘器和组合颗粒层除尘器两种。

2.3.3 静电除尘

利用高压电场产生的静电力 (库仑力) 的作用从气流中分离悬浮粒子 (尘粒或液滴) 的一种方法。静电除尘主要通过粒子荷电、沉降和清除三个阶段实现颗粒污染物与气流的分离。静电除尘常用的设备为电除尘器, 工业上应用最广泛的是单区电除尘器, 即使粒子带电的电离作用与带电粒子的集尘作用在同一电场中进行。电除尘器是一种高效除尘装置, 对细微尘粒及雾状液滴捕集性能优异, 除尘效率达99%以上, 对于0.1微米以下的尘粒, 仍有较高的去除效率, 由于气流通过阻力小, 所消耗的电能通过静电力直接作用于尘粒上, 因此能耗低。处理气量大, 可应用于高温、高压场所, 广泛应用于工业除尘。电除尘器的主要缺点是设备庞大、占地面积大、一次性投资费用高。

2.3.4 湿式除尘

也称为洗涤除尘。该方法是用液体洗涤含尘气流, 使尘粒与液膜、液滴或气泡碰撞而被吸附, 凝聚变大, 尘粒随液体排出, 气体得到净化。由于洗涤液对多种气态污染物具有吸收作用, 因此它能净化气体中的固体颗粒物, 又能同时脱除气体中的气态有害物质, 某些洗涤器也可以单独充当吸收器使用。湿式除尘主要通过惯性碰撞、扩散、凝聚、粘附等作用来捕获尘粒。湿式除尘常用的有喷淋塔、填料塔、泡沫塔、卧式旋风水膜除尘器、中心喷雾旋风除尘器、水浴式除尘器、射流洗涤除尘器、文丘里洗涤除尘器等。湿式除尘器结构简单、造价低、除尘效率高, 在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好。不足是用水量大, 易产生腐蚀性液体, 产生的废液或泥浆进行处理, 并可能造成二次污染。

2.3.5 粉尘与烟气处理

粉尘和烟气主要来源于燃烧设备和工业生产工艺。对粉尘的净化控制, 主要是三类技术。对于烟气的处理技术, 主要是三种:一是洗涤吸收技术, 典型装置是烟气洗涤塔;二是吸附技术, 典型装置是过滤层净化器;三是催化处理技术, 典型装置有催化燃烧器、热催化器等。

3 结束语

由于城市持续高速的经济增长和污染控制的困难, 城市空气污染治理将存在一个很长时期。大气颗粒物污染是大气污染的主要方面。由于其组成、结构的复杂性, 对我们人类的健康和发展都有着重大的影响, 对城市空气和发展有着恶劣的影响, 对地球环境也有着不可忽视的影响。目前, 还存在着治理难、治理资金投入大、技术水平有限等问题。因此, 大气颗粒物污染任重而道远。本文通过对大气颗粒物污染的现状及污染源的简要介绍提出适合于我国城市现状的整改意见以及在工业处理方面的处理技术及处理方法。对于大气颗粒物污染治理工业治理方法有很多, 如文中所列。但每种方法都有其使用条件和使用环境, 对于不同地域和不同条件还应根据各自需求选择正确的方式方法。

参考文献

大气颗粒 篇5

在二重源解析技术基础上,改进了扬尘对受体贡献值的计算方法,并对结果进行了验证.结果表明,扬尘对受体的贡献值在方法改进后有所下降,扬尘与土壤风沙尘对受体的`贡献值之和,比方法改进前扬尘对受体的贡献值略低,这与推测结果完全吻合.

侯万国,HOU Wan-Guo(山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室,山东,济南,250100;山东大学环境研究院,山东,济南,250100)

大气颗粒物污染危害及控制技术 篇6

1空气中所含颗粒物成分和形成原因

对大气颗粒物进行划分可以从科学的角度去考虑, 一共有三种, 其一是总悬浮颗粒物, 其二是可吸入颗粒物, 其三是气溶胶。先说第一种, 这种颗粒物是空气动力学中当量直径在100μm以下, 而且它能够在空气中长时间地悬浮, 很容易通过人们的鼻腔被吸收到人体内, 很多情况下鼻腔中会有细胞结构对这种颗粒物进行阻碍, 使其在呼吸系统的外面就以及被挡住, 从而被当成鼻涕让人们给甩掉。第二种颗粒物的粒径在10μm以下, 通常被称为PM10, 这种颗粒物是能够穿过人们的呼吸道, 然后进入到人体内部的, PM2.5也是在这种颗粒物之中, 并且占据了PM10的6~7层左右。要是在显微镜之下观看, 这种固体颗粒物会呈现很多形状, 还是不规则的存在, 在这些固体颗粒物中, 要比重金属的吸入性更强, 常见的重金属有铅汞等。而且这类固体颗粒物还容易吸附更多的多环芳烃致癌物, 带有一定的致癌效应, 还有很多影响生育的物质存在。第三种颗粒物的粒径都要在2μm以下, 通常被称为PM2.5, 这种颗粒物的来源几乎都是由人为和天然这两种途径, 要是说危害性的话, 还是人为导致的颗粒物更大, 这其中包含很多二次颗粒物, 就像二氧化硫被氧化而生成的颗粒物等等, 对人们健康有较大的影响。

2大气颗粒物的危害分析

经过研究和细致的对比得出了一个结论, 就是粒径越小的颗粒物对人们带来的危害也就会越大, 要是细颗粒物的话, 它就会飘的更远, 危害的范围的也就会越广。如果干尘粒越细微, 它在空气中就会越就地浮游, 空气中的能见度也就会越小, 在气象学中的专业名称是灰霾天。要是出现了灰霾天, 就会让空气失去清新度, 还有减低人们的能见度, 出现这种天气一般都是在我国东部城市较多, 尤其是长三角和珠三角等地区, 最严重的是还是京津翼地区, 其灰霾天气的指数在呈现上升的趋势。这种细颗粒物会严重危害着人们的身体健康, 这种直径粒越小的颗粒物, 也就会在人们呼吸道中进入到更深的部位。在人们上呼吸道中最多的就是10μm直径颗粒物, 并沉积在其中, 在人们肺泡以及细支气管中最多的则是2μm以下粒径的颗粒物, 这种颗粒物一旦在肺泡壁上被吸附, 就会很难掉落, 而且还是属于不可逆转的吸附。 对于那些10μm粒径以下的颗粒物, 是能够从人们的呼吸道, 然后再进到肺部中的, 这会让呼吸道发生病变的现象。对于那些10μm粒径以上的颗粒物, 通常都会受到鼻腔和咽喉部位所特有的纤毛堵截, 不会让其轻易地进入人体, 即使这样也不能有效组织上呼吸道有病症现象发生。而且大气颗粒物还会对日照的时间以及对地面的直接能见度有较大的影响, 它是属于多孔状的结颗粒结构, 能够吸附气态的污染物, 并能够和其一种进行迁移, 使气态污染物的污染范围进一步扩大, 还会使污染物停留的时间有所增加。

3大气颗粒物污染的控制技术

3.1袋滤除尘

利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集颗粒污染物的方法, 主要通过筛分、惯性碰撞、扩散、静电、重力沉降等作用机制, 依靠滤料表面来捕集颗粒污染物, 属于外部过滤。

3.2颗粒层过滤除尘

通过将松散多孔的滤料填充在框架内作为过滤层, 颗粒物在滤层内部被捕集的一种除尘方法, 属内部过滤方式。

3.3静电除尘

利用高压电场产生的静电力 (库仑力) 的作用从气流中分离悬浮粒子 (尘粒或液滴) 的一种方法。静电除尘主要通过粒子荷电、沉降和清除三个阶段实现颗粒污染物与气流的分离。静电除尘常用的设备为电除尘器。

3.4湿式除尘

也称为洗涤除尘。该方法是用液体洗涤含尘气流, 使尘粒与液膜、液滴或气泡碰撞而被吸附, 凝聚变大, 尘粒随液体排出, 气体得到净化。由于洗涤液对多种气态污染物具有吸收作用, 因此它能净化气体中的固体颗粒物, 又能同时脱除气体中的气态有害物质。湿式除尘主要通过惯性碰撞、扩散、凝聚、粘附等作用来捕获尘粒。湿式除尘常用的有喷淋塔、填料塔等。湿式除尘器结构简单、造价低、 除尘效率高, 在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好。

4结语

大气颗粒物对人体健康有着严重的影响, 尤其是对心血管系统的影响最大。形成大气污染原因是比较复杂的, 对各种大气颗粒物进行控制也是现在人们着重研究的课题, 要想真正将大气污染现象给减少还是要各方学者和人们共同努力的, 以实现环境的清新度。

参考文献

[1]陈超.大气颗粒物污染危害及控制技术.科技创新与应用, 2012.

[2]谭吉华.中国大气颗粒物中重金属污染、来源及控制.中国大气环境科学与技术, 2012.

大气颗粒物来源解析研究进展 篇7

大气污染治理是一项复杂的系统工程, 其中对于颗粒物来源的定性和定量识别工作十分必要, 是科学、有效地开展颗粒物污染防治和保障大气污染治理工作高效实施的基础和前提。大气颗粒物源解析已经成为制定城市大气颗粒物污染控制对策不可缺少的科学依据, 解析结果有助于环境决策者提高颗粒物污染防治的针对性、科学性和合理性。

1 颗粒物来源解析技术概述

颗粒物源解析是对颗粒物的来源进行定性或定量研究的一系列技术方法, 其发展始于以排放量为基础的扩散模型[2]。传统的颗粒物来源解析技术包括排放源清单方法、源模型 (扩散模型) 法和受体模型法等。排放源清单法是最早应用的大气颗粒物来源解析方法, 其原理是根据排放因子, 估算区域内各种排放源的排放量, 根据排放量, 识别对受体有贡献的主要排放源。源模型法从污染源出发, 根据各种污染源强资料和气象资料, 估算污染源对受体的贡献。受体模型法则从受体出发, 根据环境空气颗粒物的化学、物理特征等信息估算各类污染源对受体的贡献[3], 这3种方法均属于离线解析技术。

随着在线解析设备和技术的发展, 采用在线质谱等仪器为技术手段的在线解析方法逐渐应用到颗粒物来源解析之中。

2 在线源解析技术研究进展

传统离线解析方法采样时间较长, 而且解析结果反映的是采样时期内的平均水平, 往往不能反映颗粒之间的组成区别和动态变化。然而颗粒物来源广泛, 而且在大气中经过碰撞、转化等过程, 单个颗粒的物理、化学性质差异较大, 所以自20世纪90年代起美国等西方国家开始对在线解析技术进行研究, 目前国际上商品化的气溶胶质谱仪器主要有美国Aerodyne公司的AMS和TSI公司的ATOFMS TSI3800[4]。我国在线解析研究刚起步, 比较有代表性的仪器为实时在线单颗粒气溶胶质谱仪 (SPAMS) , 黄正旭等对该仪器的基本原理以及初步的实验结果进行了详细的介绍和综述[5,6]。

应用SPAMS对大气颗粒物来源进行解析的研究较少, 2015年相对增多[7]。对于SPAMS的研究主要集中在对其技术和特定项目的分析;应用方面主要在我国南方的大气颗粒物来源解析工作中。例如, 李梅等运用单颗粒气溶胶质谱技术初步研究广州大气矿尘污染, 实现了矿尘颗粒物的空气动力学直径和化学组成的同时检测;并应用SPAMS分析香烟烟气气溶胶[8,9];李磊等将SPAMS应用到对柴油车排放的颗粒物的分析中[10];付怀于等针对SPAMS对细颗粒物中主要组分提取方法进行了研究, 同时指出SPAMS在未来应用研究中需考虑的因素及进一步深入的研究方向[11]。

综合在线源解析的相关研究可以看出, SPAMS在线解析大气颗粒物来源时, 可实现动态、快速解析, 可以捕捉单个颗粒的化学组分和来源特征, 对于不同污染程度的颗粒物来源可进行实时比对, 在颗粒物来源解析中可弥补离线方法时效性差的缺点, 二者相互补充能更准确的表征颗粒物的来源。

3 PM2.5来源解析研究进展

随着大气颗粒物来源解析技术的发展, 对PM2.5污染特征和来源的研究不断展开, 例如美国在1997年提议修改美国国家大气质量标准便规定了PM2.5的最高限值;加拿大、西班牙等国家也在PM2.5研究方面做了大量的工作[12]。

中国关于PM2.5的研究起步稍晚, 从2000年开始并逐步深入, 2010年起逐渐增多。“十二五”期间, 由于重污染天气的频繁发生, 国家对空气质量和大气污染防治工作关注度增加, 对PM2.5来源研究在空间和深度上也不断扩大和深入。目前北京、上海、天津和河北等诸多城市的PM2.5来源解析结果已向社会公布, 为其污染减排和大气污染防治提供支撑。

从“中国知网”数据平台中以“PM2.5*源解析”为关键词进行文献检索, 自2000年后可检索到文章数百篇, 主要集中于对其污染特征、化学组分和来源及来源监测技术等方面, 以采用实验室分析手段和传统的解析方法为技术手段的研究居多。例如, 邹长武等从CMB模型的成分谱、算法和研究对象等方面对模型研究进展进行了综述, 认为在源和受体的成分谱选择以及监测方法选择上还需要更多的深入研究[13];曹国良等利用社会-经济数据、化石燃料和生物质燃料消耗等最新数据, 同时采用一些新的、中国特有的排放因子, 计算了中国大陆2007年高时空分辨率的颗粒物的排放源清单[14];郑玫等首次从PM2.5采样前的准备、采样器的选择、化学物种分析方法、源解析手段等方面对中国目前开展的PM2.5方法学和技术思路进行总结, 认为未来颗粒物源解析会向着不同源解析方法的结合使用和在线源解析等方向发展[15];薛文博等基于CAMx空气质量模型定量模拟了全国PM2.5及其化学组分的跨区域输送规律, 建立了全国31个省市 (源) 向333个地级城市 (受体) 的PM2.5及其化学组分传输矩阵, 表明跨区域传输对重点区域、省及京津冀典型城市的PM2.5污染均有显著贡献[16];其他学者也多采用受体模型和改进的模型[17、18]对PM2.5污染特征和来源进行了研究[19、20]。此外, 也有开展不同环境功能区内PM2.5污染特征及来源组成的研究。例如, 黄德生和张世秋用环境健康风险评估和环境价值评估京津冀地区PM2.5的环境健康效益[21]。

在线来源解析方面, SPMAS逐渐得到越来越多的应用。例如陈多宏等以广东大气超级监测站为观测平台, 使用SPAMS对广东典型区域灰霾期间大气PM2.5污染特征进行研究[22];何俊杰等利用SPAMS分析了广东省鹤山市大气单颗粒的特征, 认为灰霾天气下, 颗粒中的二次成分含量更高, 粒径显著增大, 各颗粒类型数量浓度均有一定程度的提高[23];刘晔和甘小兵利用SPAMS对镇江市冬季大气PM2.5来源进行了解析[24]。

综合目前国内研究来看, 对于PM2.5污染特征及来源等的研究在时间和空间上仍较为分散, 连续性较差, 得到的结果区域性和时间性较强, 所用方法较多, 结果之间的可比性较差, 且方法以离线方法为主, 对于颗粒物污染的动态捕捉不足, 及时性和动态性较差。因此, 进行大气PM2.5来源解析仍需要结合多种方法, 做系统全面深入的分析。

摘要：当前, 大气污染问题日趋严重, 颗粒物污染尤为突出, 开展颗粒物来源解析是弄清颗粒物污染成因和治理大气污染的关键。本文从颗粒物来源解析方法、在线来源解析技术及细颗粒物 (PM2.5) 来源解析研究等方面对大气颗粒物来源解析研究进展进行综述, 为开展颗粒物来源解析工作提供技术参考。

试论城市大气颗粒物源解析技术 篇8

1 排放清单

所谓排放清单, 主要是指在观测和模拟大气颗粒物的源排放量、排放特征以及排放地理分布的基础上, 建立与之相应的列表模型。就目前排放清单所涉及的内容来看, 大致可以包括两个部分, 即点源和面源。利用这种方法对城市大气颗粒物的来源和所占比例进行研究, 所涉及的排放清单越详细, 所得出的结果准确性就越高。魏复盛等人曾利用该方法对广州、武汉、兰州、重庆等进行研究, 研究结果表明, 广州城区PM2.5占PM10的百分比为64.7%~66.1%, 武汉城区PM2.5占PM10的百分比为52.6%~60.5%, 兰州城区PM2.5占PM10的百分比为51.6%~51.9%, 重庆城区PM2.5占PM10的百分比为61.8%~65.1%。但是这种方法的计算过程比较复杂, 而且研究结果受排放参数选取的影响较大, 一旦缺少了部分源排放因子, 那么就会导致估算存在较大的不确定性。

2 扩散模型

所谓扩散模型, 主要是以统计理论的正态烟流模式为基础, 以高斯扩散方程为核心, 主要用于计算点源、面源和体源排放的各类污染物的浓度分布, 比如说CO、TSP、SO2和NOX等。以污染源为对象的扩散模型大致又可分为三种类型, 即格子模型、烟羽模型和箱体模型。

利用扩散模型来对城市大气颗粒物的来源和所占比例进行研究, 需要结合污染源的排放率和当地的气象资料进行估算。也就是说, 只有在充分明确粒子在大气中生成、消除和输送的重要特征参数的基础上, 才能够将扩散模型的作用最大限度的发挥出来, 但需要注意的是, 以上所提到的几种重要特征参数, 在应用的过程中, 不仅增加扩散模型的复杂性, 而且还会提高参数选取的困难程度。尽管如此, 就目前扩散模型在大气颗粒物源解析技术领域的应用现状来看, 却仍然十分广泛。

3 受体模型

受体模型最初是由美国和日本学者提出来的, 为了更好的对城市大气颗粒物源技术进行研究, 美国、日本学者将目光由最初的排放源转移到了“受体”上。所谓受体, 主要指的是在大气颗粒物源解析过程中, 指定的某个区域的大气环境。受体的范围并没有明确要求, 可以是一个特定城市, 也可以是一个国家。受体模型的研究重点主要是通过采样点所收集的颗粒物, 来计算排放源在受体污染物中所占的比例, 进而反追采样点处大气颗粒物可能存在的污染源。虽然与扩散模型相同, 都需要相应的采样点作为支撑, 但二者不同的是, 扩散模型需要结合污染源的排放率和当地的气象资料, 而受体模型则不需要依赖这些数据。正因为如此, 受体模型在实际应用中要比扩散模型简单的多, 而且估算结果的准确度也较高。所以, 在当前大气颗粒物源解析领域得到了十分广泛的应用。受体模型一般适用于城区尺度, 通过在源和受体处测量的颗粒物的化学物理特征分析, 确定对受体有贡献的源和对受体的贡献值。

3.1 技术路线

从上文的分析我们能够看出, 利用受体模型来对大气颗粒物进行研究, 主要是从采样点处的颗粒物特征入手, 这些特征大致包括粒子的大小、形状、颜色、粒径分布、化学组成以及在时间和空间上的变化等, 通过对这些特征的测量, 来估算受体中大气颗粒物的来源和所占比例。虽然以上所提出的参数对污染源的鉴别都有重要意义, 但能够对大气颗粒物所占比例计算起到作用的仅仅有两项特征, 即颗粒物浓度的组成和粒径的粒子数目。

3.2 传统的研究方法

3.2.1 显微镜法

显微镜法主要是利用显微镜对单个颗粒物粒子进行观察, 通过对其大小、形状、颜色以及表面特征的分析来对其排放方法进行判断, 由于这种方法主要依赖于颗粒物粒子的表面形态, 因此, 比较适用于对表面形态较为明显的气溶胶进行分析, 且仅用于定性或半定量分析。如果需要利用显微镜法进行定量分析, 那么只依据一个颗粒物粒子是远远不够的, 而是需要对大量的单个粒子进行分析, 以此来确保观察结果具有代表性。显微镜法又可细分为光学显微镜法、扫描电子显微镜法和计算机控制扫描电镜法。三种类型显微镜的对比如表1所示。

3.2.2 物理法

物理法也是受体模型传统的研究方法之一, 可以将其细分为轨迹分析法和X射线衍射线两种。以上两种方法在大气颗粒物源解析领域中都有广泛应用, 以X射线衍射线为例, 相关学者曾利用这种方法对四川广安市的大气颗粒物进行研究, 研究结果表明, 该市的大气颗粒物中主要以硫酸盐为主, 这充分体现了广安市以煤烟型污染为主的特点。通过研究, 研究人员便可初步对大气颗粒物的主要来源进行确定, 从而在此基础上采取针对性的改善措施。

3.2.3 化学法

在传统的几种研究方法中, 化学法是相对来说最成熟的一种方法。所谓化学法, 主要是以气溶胶特性守恒和特性平衡分析为前提, 并在此基础上加入相关的数学统计方法, 以此来对大气颗粒物进行研究的一种方法。化学法又可细分为三种, 即化学质量平衡法、因子分析法和富集因子法。

3.3 发展中的研究方法

随着受体模型应用范围的不断扩大, 为了能够更好的使其满足大气颗粒物源解析技术研究的需求, 对其研究方法的更新与优化力度也越来越大。经过多年的发展, 受体模型研究方法也逐渐成熟起来, 归纳起来, 大致包括以下几种:

3.3.1 多元线性回归法

相关学者在对城市大气颗粒物进行研究的时候发现, 不同能源在使用过程中排放出的元素和物种含量也有一定的区别。我们将每一种能源所排放出来的物种称为示踪元素, 通过对这些示踪元素浓度的分析, 我们便能够得出其与受体颗粒物浓度的回归式, 回归系数用于计算各示踪元素对应的受体点。相关的回归方程式为:TSP=BX+U。其中, B、X和U分别表示回归系数矩阵、示踪元素的大气浓度矩阵和未知源浓度。

3.3.2 混合方法

为了能够设计出一种最佳的研究方法对大气颗粒物进行研究, 相关学者几乎将所有研究方法都进行了优劣分析, 然而, 最终的结果是, 没有一种方法能够做到尽善尽美, 无论是哪一种方法, 都存在各种的优点和不足。比如说, 对于源目较少的体系, 可以采用因子分析法和多元线性回归法, 对于源目较多的体系则可以使用化学质量平衡法。正因为无法找到一个完美的方法进行研究, 所以当前大部分学者都尝试将几种研究方法结合起来, 扬长避短, 这就是混合方法, 这种方法的有效应用, 能够使大气颗粒物源解析技术更具实际意义。

3.3.3 投影寻踪回归法

该研究方法主要应用于对各类数据的处理, 无论是哪一种数据, 只要与大气颗粒物的研究相关, 都可以利用这种方法进行处理, 通过对数据的处理结果进行分析建模。并在此过程中获得因子对模型因变量的权重贡献率。

3.3.4 二重源解析技术

二重源解析技术也是受体模型发展过程中的一项研究方法。所谓二重源解析技术, 主要是将单一源和复合源分别作为排放源和受体对大气颗粒物的所占比例进行研究。将全部单一源的所占比例计算出之后, 便可进一步对颗粒物实际的所占比例进行了解和掌握。虽然二重源解析技术在实际应用中仍然存在一些不足之处, 但随着相关学者对其研究的不断深入, 在未来的时间里, 二重源解析技术势必会得到不断优化与完善。

3.3.5 粗集理论

粗集理论是一种处理不确定性知识的新型的教学工具, 其基本思想是在信息不完全、不精确的情况下, 根据决策系统中已有的决策数据获取知识。它的主要特点是仅以观察和测量所得数据为基础, 不需要预先给定某些或属性的数量描述, 而是直接从给定问题的描述集合出发, 通过不可分辨类确定给定问题的近似域, 从而找出该问题的内在规律。

4 结语

综上所述, 随着我国社会经济的飞速发展, 城市环境污染问题也必然会得到更多的关注。为了能够有效改善城市环境质量, 为广大群众营造一个良好的生活环境, 城市环境部门必须对大气颗粒物的来源和在城市污染物中的所占比例有一个详细的了解, 因此, 必须加大对大气颗粒物源解析技术的研究力度。只有这样, 才能够进一步将其作用在环境污染管理中充分发挥出来。

摘要：解决环境污染问题一直都是城市环境管理部门的一项重要工作, 随着我国社会工业化程度的不断深入, 城市污染问题备受人们关注, 大气颗粒物作为空气质量污染物之一, 对其源解析技术进行研究, 不仅能够有效确定污染治理重点, 而且对城市环境的进一步改善也具有重要意义。鉴于此, 本文主要从排放清单、扩散模型以及受体模型三个方面着手, 对城市大气颗粒物源解析技术进行分析, 以此对以后城市环境质量的完善提供一定的参考依据。

关键词：城市污染,大气颗粒物,解析技术

参考文献

[1]叶新, 井鹏, 张蓓.城市大气颗粒物源解析技术的研究进展[J].能源与环境, 2010 (03) .

[2]肖美, 郭琳, 何宗健.关于大气颗粒物源解析技术综述[J].江西化工, 2011 (04) .

[3]邱立民.城市大气中颗粒物源解析的不确定性研究[D].吉林大学, 2012.

[4]周梦玲, 文建辉.环境监测管理信息系统在监测质量保证和质量控制中的应用[J].环境科学与管理, 2011 (04) .

风速对大气颗粒物垂直分布观测研究 篇9

环境空气质量监测已成为环保部门为经济社会发展、公众健康、环境保护及科学研究服务的日常工作。在城市内建设大气梯度监测站可将不同近地层的污染物浓度进行时时监测, 对于了解大气扩散和污染物的分布规律具有重要意义, 本文就风速和污染物垂直扩散的关系展开讨论。

1 风速与大气污染物扩散

刘天奇等主编的《环境保护概论》中指出, 风和湍流对污染物大气中的扩散和稀释起着决定性作用。风速对污染物的扩散影响是非常重要的一个条件, 本文以颗粒物为研究对象, 以石家庄市位于电视塔上20米, 86米, 116米, 200米的梯度监测测站为背景, 选取2014年1月份至7月份的连续监测数据, 观察讨论风速对颗粒物在垂直方向的分布规律。

2 分组研究讨论

2.1 风速小于1.5米/秒时颗粒物垂直分布特点

2014年1月14日至1月16日, 连续三天小时平均风速均小于1.5米/秒, 基本处于静风天气, 大气层结稳定, 污染物不易扩散, 空气中颗粒物浓度较高。以这个监测时间段为例, 来讨论颗粒物的垂直分布特点和规律。

2.1.1 静风时PM10垂直分布特点

做1月14日至16日3个自然日的24小时平均值的变化曲线, 如图1, 从图中可以看很出, 在静风的气象条件下, 各个层级的PM10污染物浓度86米最高, 并且4各层级日变化幅度均不大, 具体变化如表1所示。

分析表1发现, 在1月份200米层级处在静风的气象条件下染物的累积比例最大, 其次为20米, 116米, 86米累积比例最小;在静风气象条件下, 3天的污染物浓度的小时均值, 24小时内的变化率可以看出, 20米层级处污染物浓度日变化最大, 其次为200米, 86米, 116米层级处日变化最小。

2.1.2 静风时PM2.5垂直分布特点

做1月14日至16日3个自然日的24小时平均值的变化曲线, 如图2, 从图中可以看很出, 在静风的气象条件下, 各个层级的PM2.5污染物浓度86米和200米最高, 且均值相同。其次为20米, 116米, , 并且除去200米层级外, 其余3个层级日变化幅度均不大, 具体变化如表2所示。

分析表2发现, 在1月份200米层级处在静风的气象条件下PM2.5浓度的累积比例最大, 其次为86米, 20米, , 116米累积比例最小, 这个排名和PM10的变化稍有差别;;在静风气象条件下, 3天的污染物浓度的小时均值, 24小时内的变化率可以看出, 200米层级处污染物浓度日变化最大, 其次为20米, 116米, 86米层级处日变化最小, 和PM10的变化顺序也有所差异。

2.2 瞬时风力大于7米/秒时颗粒物垂直分布特点

2014年3月23日11:00, 小时平均风力为7.5米/秒, , 出现瞬时大风, 3月23日平均风力3.2米/秒, 天气晴朗, , 能见度8.5, 以3月23日0:00-24:00时间段为例, 来讨论颗粒物的垂直分布特点和规律

2.2.1 瞬时大风时PM10垂直分布特点

选取2014年3月23日00:00至3月23日23:00这一时间段的小时均值得出PM10各层级的变化曲线 (图3) 。

分析图3可知, 当基本处于静风状态时, 各层级浓度水平污染物浓度水平一直在不断上升累积, 直到6:00到达峰值, 随着6:00以后风速的快速上升, 扩散条件有利, 4个层级的污染物浓度也快速下降, 从图中可以看出, 116米层级浓度下降的最快, 且幅度最大, 其次为200米, 86米和20米。瞬时大风对116米这个层级的PM10影响最大。

2.2.2 瞬时大风时PM2.5垂直分布特点

选取2014年3月23日00:00至3月23日23:00这一时间段的小时均值得出PM2.5各层级的变化曲线 (图4) 。

分析图4可知, 当基本处于静风状态时, 各层级浓度水平污染物浓度水平一直在不断上升累积, 直到6:00左右到达峰值, 随着6:00以后风速的快速上升, 扩散条件有利, 4个层级的污染物浓度也快速下降, 从图中可以看出, 116米层级浓度下降的最快, 且幅度最大, 其次为20米, 86米和200米。瞬时大风对116米这个层级的PM2.5的影响最大。对200米的PM2.5影响最小。

3 结论

3.1在1月份采暖期, 风速小于1.5米/秒, 气象条件接近静风状态时, 各层级PM10和PM2.5的浓度均高于本月平均浓度值, 三天平均浓度PM10和PM2.5顺序相同, 86米最高, 其次200米, 20米, 116米, 浓度和高度无线性关系, 其中200米层级处PM10和PM2.5两项累计浓度比例最大。静风天气污染物浓度累计明显, 近地面的细粒子浓度累计尤为明显, 主要本地排放源的贡献, 建议静稳天气, 防控以及减排为主, 建议在市区分时段控制机动车上路, 对钢铁、水泥、电力、玻璃四个行业实行企业排污总量控制, 对重点企业的燃煤锅炉、工业窑炉实施除尘、脱硫、脱硝改造等具体措施。

3.2在春季三月份瞬时大风气象条件下, 瞬时大风对116米这个层级的PM10影响最大, 其次为200米, 86米和20米。瞬时大风对116米这个层级的PM2.5的影响最大, 对200米的PM2.5影响最小, 可见细粒子的浓度在较高层级较为稳定, 建议在大风的天气, 一定要注意对扬尘的控制, 注意加快路面的洒水频率, 以减少扬尘对颗粒物浓度的贡献。从结果看, 100米上下高度是一条污染带, 颗粒物浓度较高, 建议控制高架源的排放。

参考文献

[1]刘天齐编著.环境保护概论[M].高等教育出版社, 1984:97.

[2]董志根.大气污染状况与风向风速研究[D].南京市环境保护科学研究所.

[3]毛睿, 龚道溢, 范一大.春季天气变率对华北沙尘暴频次的影响[J].地理学, 2005, 60 (1) :12-20.

[4]王晓云, 潘莉卿, 吕伟林, 等.北京城区冬季空气污染物垂直分布与气象状况的观测分析[C].城市气象服务科学讨论会学术论文集.中国气象学会, 2001:69-73.

基于大气颗粒物源解析技术的研究 篇10

1 大气颗粒物及其危害

悬浮在大气中的颗粒物俗称大气颗粒物, 它是一个物理形态和化学组成都非常复杂的集合物质名称, 是大气中的不定组分之一。按照空气动力学直径的不同, 可将其分为总悬浮颗粒物TSP、降尘和飘尘。而飘尘又可分为PM10和PM2.5, 由于它们粒径小, 能被人直接吸入呼吸道内, 损害人们的身体健康, 所以, 近年来, 它们备受社会各界的关注。研究表明, PM10经过呼吸道可以进入人体, 而PM2.5甚至还能进入肺泡。调查显示, 3~15岁儿童的呼吸道发病率上升与PM10有很大的关系。

大气颗粒物可以影响气候效应。研究发现, PM2.5与能见度有密切的关系, 它可以降低能见度。大气颗粒物降低能见度主要是通过其对光的散射和吸收来减弱光的信号。大气颗粒物对温度也有一定的影响。研究表明, 它的危害程度是温室效应的2倍多。同时, 大气颗粒物还会影响降雨——大气中的这些颗粒物会与水汽结合, 在降雨时影响雨水的酸碱度, 这些颗粒物的酸碱度就会成为酸化或碱化的主导因子。而酸雨会损坏各种建筑物, 这些都会直接影响社会经济效应。另外, 大气颗粒物还会通过其他方式影响农作物的生长和发育, 从而减少农作物的产量等。

由此可见, 环境空气质量与我们的生活息息相关, 空气质量是影响人们生活健康的一个重要因素。治理大气污染、制订大气污染防治规划的核心是确定大气中的污染物及其来源。只有了解大气污染的来源, 才能做好防护治理工作。大气污染源解析技术是区分和识别大气污染物复杂来源并定量分析其源贡献率的一种技术方法, 是确定各种排放源与环境空气质量之间响应关系的枢纽, 是控制和治理大气污染的一个重要而又复杂的课题。

2 源解析技术

大气污染来源解析技术的数学模型主要是指扩散模型和受体模型。扩散模型 (源模型) 是一开始以污染源排放清单的分析和以污染源排放清单为基层的模型。20世纪60年代末, 受体模型首先被Blifford和Meeker提出。受体模型被广泛应用是因为使用该模型分析不需要追踪污染物的迁移过程, 并且不受局部区域气象、气候和地形等条件的限制等。受体模型的主要研究方法包括显微镜法、物理法和化学法3种。其中, 化学法发展最成熟, 主要有化学质量平衡法 (CMB) 、二重源解析法、因子分析法 (FA) 和富集因子法 (EF) 等。

2.1 CMB模型

化学质量平衡法是根据多种排放源的颗粒物组成质量浓度分解为一组由各类源贡献的组合的方法, 并遵守质量守恒定律, 利用有效方差最小二乘法解出各类源对颗粒物质量浓度的贡献。1972年, 化学质量平衡法被Miller等提出, 一开始命名为化学元素平衡法 (CEB) , 1980年, Cooper和Watson将其改为化学质量平衡法。

目前, CMB被广泛应用于PM10、PAHs、VOCs等的来源解析中。对CMB模型的假设有以下几种: (1) 污染源种类小于或等于化学组分种类; (2) 各种排放源类排放的颗粒物化学元素有明显的差别; (3) 各种排放源类所排放的颗粒物的化学组分相对稳定, 它们之间不会相互影响; (4) 各源类颗粒物之间不会相互作用, 并且可以忽略其在传输过程中的变化; (5) 所有成分谱是线性无关的; (6) 测量的不确定度是随机、符合正态分布的。由此可以认为, 化学组分的质量浓度等于每种源类化学组分的含量值和源贡献值的线性加和。用公式可表示为:

式 (1) 中:Ci代表颗粒物化学组分i的质量浓度测量值, ug/m3;Fij代表第j类源的化学组分i的含量测量值, ug/ug;Sj为第j类源贡献的质量浓度计算值, ug/m3;i代表化学组分的数目;j代表源类的种数。

化学质量平衡模型的算法主要有有效方差最小二乘法、普通加权最小二乘法、示踪元素法、线性程序法和岭回归加权最小二乘法等。其中, 有效方差最小二乘法是最常用的算法。CBM模型是国内外研究最多、应用最广的受体模型, 因为其发展成熟、原理简单、解析结果符合实际, 可以分析多种来源体系。苏国鑫详细介绍了CMB模型在大气颗粒物PM2.5源解析中的应用原理和过程, 以便分析PM2.5的源。

CMB模型的缺点是: (1) 用此方法分析相关内容时, 需要收集详细的污染源成分谱, 这需要消耗大量的人力和财力; (2) 在解析过程中, 如果污染物的化学性质不稳定, 那么, 得出的结果就可能会有很大的误差; (3) 如果污染源的成分相似, 那么, 得出的成分谱有可能出现共线现象。

2.2 FA模型

因子分析法是从研究变量内部之间依赖关系出发的, 将一些具有错综复杂关系的变量归结为少数几个综合因子的一种多变量统计分析方法。该方法的基本思想是, 直接分析受体样品的化学成分, 根据它们之间的相互关系综合总结得出公因子, 并且计算出每个因子载荷, 通过分析各因子载荷情况, 并结合现有元素知识来简化数据得出结果, 从而推断出污染源的类型。在国内外, 将FA模型应用于大气颗粒物污染来源解析的研究比较多, 并且有很好的效果。

FA模型也是建立在质量守恒基础上的。关于FA模型有3个假设: (1) 在污染物从排放源到采样点的传输过程中, 可以忽略质量变化; (2) 污染物中某种元素是多个互不相关的污染源贡献率的线性组合; (3) 由各个污染源贡献的某元素的量差别比较大, 采样和分析期间的变化比较小。

假设每个化学组分是各种源类贡献的代数和, 则可将源贡献分为2个因子的乘积, 分别为污染源对采样点处颗粒物贡献的质量浓度和污染源排放的单位质量颗粒物中所含的该元素的量。具体公式是:

式 (2) 中:Xij为元素的质量浓度, ug/m3;αij为因子载荷, ug/mg;fkj为公共因子, mg/m3;di为唯一因子系数, ug/mg;ui为唯一因子, mg/m3;εi为元素i的测量过程。

其他产生的误差用矩阵可以表示为:

因子分析法就是从实际数据出发, 根据它们之间相互关系, 从全部变量中归纳总结出最少数目的公因子, 并且计算出各个因子的载荷。

2.3 Unmix模型

Unmix模型是一种解决混合问题的多元线性模型, 通常运用于混合物或对多元受体建模时不能识别的情况下。在这些问题中假设一些附加条件, 那么, 便可以得到单一解。Unmix的工作原理就是找到边缘点 (指在多维空间里, 一些数据的贡献源不存在或比其他来源贡献小的点) , 并且找寻与这些点拟合的一个超平面, 把这个超平面称为一个边。每个边限定了对单一源没有贡献的点, 即这是一个只有一个贡献源的点, 这个点是各个源的混合体。根据这种方法, 可以计算源的最合适贡献值。

2.4 EF模型

富集因子法是用于研究大气颗粒物中元素的富集程度, 定量分析污染物某元素的状况, 判断和评价元素的自然来源和人为来源的一种分析方法。通常情况下, 它是将有固定的参比元素作为指标, 比如国际上常用的Fe、Al或Si元素, 分析大气污染状况的一种源分析模型。其计算公式是:

式 (4) 中:R为参比元素;i为颗粒物中待考察的元素;Xi、XR分别为颗粒物中元素i、R的质量浓度;X′i、X′R为i和R的地壳丰富度。

EF值越大, 富集程度就越高, 人为源的贡献就越大。根据富集因子的大小可以将元素分为2类: (1) 当富集因子小于10时, 则认为是自然源, 没有富集成分; (2) 当富集因子为10~104时, 则认为是被富集, 来源于人为污染源。于令达等人利用此方法分析研究了2008年北京采暖前后大气颗粒物的化学成分, 并分析对比了富集因子。结果表明, 该方法能够很好地分析各元素的富集值。

3 结束语

综上所述, 我国对大气颗粒物源解析技术的研究还处于起步阶段, 在大气颗粒物的解析方面, 只能研究单一源的解析。解决环境空气质量问题是我们健康生活的保障, 所以, 一定要不断发展和完善源解析技术, 不断总结经验, 解决其中存在的问题。只有这样, 才能更好地解析大气颗粒物和空气的污染情况, 并采取有效的治理措施。

参考文献

[1]苏国鑫.化学质量平衡受体模型在大气细颗粒物PM2.5源解析中的应用[J].环境, 2011 (S1) .