大气颗粒物来源解析

分类号:B J64

中国环境报/2000年/12月/02日/第003版/

理论

欧洲气溶胶年会的热门话题

大气颗粒物来源解析

国家环境分析测试中心 刘咸德

从美国科学家F r i e d l a n d e r(弗利德兰德)1973年的开创性工作算起,来源解析研究和应用已经有近30年的历史。和七八十年代的早期工作相比较,当今的来源解析已有了飞速的发展。

来源解析技术得到了广泛的应用。早期的来源解析工作都集中在美国,现在这一技术方法得到了广泛的认可和应用。在这次年会上报告的应用实例就有英国、挪威、比利时、新西兰、中国台北、芬兰、南非、津巴布韦、巴西等。方法仍然可以分为化学质量平衡和多变量分析这两大类。

来源解析工作对化学分析表征提出了更高的要求。早期的化学分析主要是无机多元素的分析,分析了大约一半的颗粒物质量,剩下的一半质量是未知的,是化学分析的盲区。现在不但分析无机多元素,而且分析离子物种,如硝酸盐、铵离子等,还分析碳质颗粒如有机碳、元素碳。这样对采样和分析都提出了更高的要求。一种滤膜,一种分析技术就不能满足需要。采样和分析都必须综合策划安排,才能获得完整的系统的分析数据,为下一步的来源解析计算打下基础。今天的来源解析工作要求对颗粒物的质量要能 重组和 闭合,也就是说分析了的颗粒物各组分质量相加要基本达到重量法测得的颗粒物的质量,而不能留下明显的缺口。

来源解析方法还在演变和发展。早期的工作都是一步解析到具体的排放源类别。现在的工作比较细致,更具可操作性,分成两步走。第一步做到质量重组和闭合。在全面化学分析的基础上,再开展第二步的来源解析。收集、验证或具体测定各种源排放的特征组成,以期进行化学质量平衡(C M B)的计算。

来源识别是来源解析的重要组成部分。大气颗粒物来源研究可以分为定性识别和定量解析两个层次。定性识别来源对定量解析工作有指导作用。根据成百上千个颗粒物的分析结果,可以对颗粒物进行分类,一般可以区分出10种以上的不同颗粒物类型,并统计其数目多少,从而对大气颗粒物的化学组成和来源及其重要性提供了重要信息。

来源解析和排放源调查相结合。源排放清单或数据库S o u r c e、i n v e n t o r y是空气质量管理体系的重要一环。源排放清单是否全面准确地反映了实际情况,这是一个基本的问题,但是很难找到一个可靠的答案。美国加州环保局在这方面取得进展。他们用1995年大规模来源解析工作的成果来验证源排放清单的正确程度。结果表明地质来源被高估了,而碳质颗粒的排放被低估了。

来源解析和其他模式计算相结合。英国伯明翰大学H a r r i s o n教授把颗粒物来源解析为燃烧过程排放,二次颗粒物和粗颗粒扬尘这三大类。然后利用其他模型方法分别处理。作为来源解析的受体模型方法不是万能的,它有自己的优势,也有局限。它难以区分化学组成相似的几种颗粒物排放源,如燃煤飞灰和土壤扬尘。这种把受体模型和其他模型方法相结合的做法,给人以启发。

利用气象数据追溯颗粒物的来源。传统意义的来源解析只能定性识别和定量解析颗粒物的来源种类及其贡献大小,一般不能明确指出这些来源的地理位置。近年来,美国和欧洲的科学家成功地利用现代的气象观测数据来追溯大气颗粒物特定组分的传输的踪迹到成百上千公里以外,用统计的方法推测和识别来源地区。这种技术成功地研究了颗粒物的长距离传输现象。显然这对我国目前十分关注的西部沙尘暴灾害及其对东部地区空气质量的影响是有启发的,完全可以借鉴。

有机分析在来源解析工作发挥作用。英国科学家针对多环芳烃污染物成功地开展了来源解析工作。新西兰的科学家也报告了用不同的多环芳烃化合物作为指示物来区别机动车尾气和其他燃烧过程对空气中多环芳烃总量的贡献。美国加州理工学院的G l e m C a s s教授,他报告了用有机化合物作为指示物质进行大气中气相有机物和颗粒物有机物的来源解析的最新成果和进展。人们深深感到,来源解析经过30年的发展,正在向深度和广度进军。