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        水環(huán)境中污染物的源解析方法及其應(yīng)用

        2017-08-13 09:39:49沈晶
        關(guān)鍵詞:水環(huán)境污染物應(yīng)用

        沈晶

        摘要:隨著研究的深入,近年來,不斷有人提出一些新的解析方法。由于污染物自身性質(zhì)和各地區(qū)環(huán)境條件差異的影響,使這些定量方法在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出不同程度的局限性。因此,水環(huán)境中污染物源解析是當(dāng)前污染源解析領(lǐng)域的難點(diǎn)之一。文章主要就水環(huán)境中污染物的源解析方法及其應(yīng)用作了具體的分析,以供參考。

        關(guān)鍵詞:水環(huán)境;污染物;源解析方法;應(yīng)用

        引言

        目前,水環(huán)境中污染源解析的研究中,受體模型主要包括定性和定量兩類。定性方法直接利用污染物的化學(xué)性質(zhì)或某些化學(xué)參數(shù)來辨析污染源,如比值法等;定量方法則利用數(shù)學(xué)分析手段進(jìn)行源解析,如化學(xué)質(zhì)量平衡法,多元統(tǒng)計(jì)法、混合方法等,其中化學(xué)質(zhì)量平衡法、多元統(tǒng)計(jì)法的研究歷史較長,方法相對成熟。

        1、 水環(huán)境污染物源解析方法及其應(yīng)用

        1.1 化學(xué)質(zhì)量平衡法

        化學(xué)質(zhì)量平衡法是應(yīng)用最為廣泛的受體模型,是Miller等和Winchester等獨(dú)立提出來 的。美國環(huán)保局(USEPA)推薦使用CMB模型,并開發(fā)出了相應(yīng)的應(yīng)用軟件包。

        通過CMB模型的實(shí)際應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)這種方法在具有很多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在一些不足。優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:①對一個(gè)受體樣品的分析就可以得到結(jié)果,可以避免大量的樣品采集所帶來的時(shí)間和資金等方面的壓力;②能夠檢測出是否遺漏了某重要污染源,并可以對其他方法的適用性進(jìn)行檢驗(yàn)。

        當(dāng)然,CMB模型也有它的局限性,主要體現(xiàn)在:①同一類排放源排放成分是有差別的,同一排放源在不同時(shí)間排放物質(zhì)也不同,而CMB模型沒有加以區(qū)別;②CMB模型假設(shè)從排放源到受體之間,排放的物質(zhì)組成沒有發(fā)生變化,而實(shí)際上某些物質(zhì)并不滿足該條件;③不能得到每一個(gè)污染源對受體中每一種污染物的貢獻(xiàn)率,只能得到每一個(gè)污染源對受體中污染物總體的綜合貢獻(xiàn)率。

        1.2 多元方法

        多元方法的基本思路是利用觀測信息中物質(zhì)間的相互關(guān)系來產(chǎn)生源成分譜或產(chǎn)生暗示重要排放源類型的因子,主要包括因子分析法及其相關(guān)技術(shù)(主要包括主成分分析)、多元線性回歸法等。

        多元方法具有以下優(yōu)點(diǎn):①不用事先假設(shè)排放源的數(shù)目和類型,排放源的判定相對比較客觀;②能夠解決次生或易變化物質(zhì)的來源,能利用除濃度以外的一些參數(shù);③研究者只需 對排放源組成有大致的了解,并不需要準(zhǔn)確的源成分譜數(shù)據(jù)。

        這種方法也具有一定的局限性:①該法不是對具體數(shù)值進(jìn)行分析而是對偏差進(jìn)行處理,如果某重要排放源比較恒定,而其他非重要源具有較大的排放強(qiáng)度變異,可能會(huì)忽略恒定且排放強(qiáng)度較大的排放源;②氣象學(xué)因素的變化影響較大,為了得到準(zhǔn)確結(jié)果,需要采集足夠多數(shù)量的樣品;③在實(shí)際中一般可以鑒別出5~8個(gè)因子,如果重要排放源類型大于l0,這種方法不能提供較好的結(jié)果。

        1.3 混合方法

        隨著各種單一方法的逐步成熟,混合方法已經(jīng)成為必然趨勢,混合方式也趨于多元化。 1982年,USEPA設(shè)計(jì)了一組數(shù)據(jù)提供給不同的研究人員,并通過結(jié)果對各種受體模型的優(yōu)劣進(jìn)行比較。結(jié)果表明,對于排放源數(shù)目少的體系,F(xiàn)A、MLR很成功,而對于排放源數(shù)目較 多的體系,CMB具有明顯優(yōu)勢。多元分析適宜于鑒別排放源的類型和數(shù)目,而CMB適用于檢驗(yàn)多元分析的結(jié)果,將這兩種技術(shù)共同使用能夠取長補(bǔ)短,發(fā)揮更好的作用。多元統(tǒng)計(jì)方法與CMB的結(jié)合主要體現(xiàn)在FA/CMB方法的應(yīng)用上。FA充當(dāng)定性分析的角色,客觀地鑒別出排放源的數(shù)量和類型;CMB模型進(jìn)行定量計(jì)算,多元統(tǒng)計(jì)可以對CMB模型進(jìn)行補(bǔ)充,以檢驗(yàn)是否存在未知源或數(shù)據(jù)是否存在錯(cuò)誤。FA/CMB 已經(jīng)用于大氣、沉積物等環(huán)境介質(zhì)的研究。

        FA法作為一種多元統(tǒng)計(jì)方法,特點(diǎn)是通過減少變量數(shù)目,使問題得以簡化,但不能得到各類排放源的絕對貢獻(xiàn)值,還需要再進(jìn)行回歸分析,所以該方法需要與其他方法結(jié)合使用。 用 FA/PCA選擇P個(gè)相互獨(dú)立的變量分別代表P個(gè)源,以 FA/PCA 得分為變量進(jìn)行回歸,求出這幾個(gè)排放源對受體的貢獻(xiàn)值。Kleinman等首先把 FA/MLR用于大氣顆粒物的研究,后經(jīng)過Morandi等的發(fā)展逐漸趨于成熟。APCS/MLR是由Thurston等 PCA/MLR發(fā)展而來, 根據(jù)主成分得分求得APCS (absolutepr incipalcom ponent scores),繼而進(jìn)行多元線性回歸。FA/,M LR(PCA/MLR、APCS/MLR )是應(yīng)用最多的混合方法,在水環(huán)境和沉積物研究上使用已經(jīng)相當(dāng)廣泛,涉及的污染物包括重金屬元素和有機(jī)污染物。用FA/MLR對土耳其DilDeresi河水體中重金屬源解析的結(jié)果表明,涂料工業(yè)、污水、地質(zhì)和交通道路徑流等4種污染源的貢獻(xiàn)率達(dá)到 83%。PFA和多元線性回歸分析對北京市通州區(qū)河流中的PAHs源解析,結(jié)果表 明,燃煤源、焦?fàn)t源、柴油源和汽油燃燒源PAHs貢獻(xiàn)率均較高。綜合運(yùn)用PFA和多元回歸分析方法,發(fā)現(xiàn)珠江三角洲水體沉積物中的PAHs主要來源于石油排放、煤和木柴等低溫燃燒排放、機(jī)動(dòng)車尾氣排放和生物成因,其相對貢獻(xiàn)率分別為36%、27%、25%和12%。用FA/MLR對塞納河河口灣的居民和工業(yè)區(qū)水體來自大氣沉降的PAHs的來源進(jìn)行定量化的研究,得出冬天在居民區(qū)家庭取暖占85%,夏天工業(yè)區(qū)工業(yè)排放25%。混合方法是比單一方法更有效的方式,Walker等采用復(fù)合源識(shí)別技術(shù)對美國高度工業(yè)化伊麗莎白河河口區(qū)沉積物中的PAH的來源進(jìn)行了研究,認(rèn)為舊的木材處理設(shè)備大規(guī)模雜酚油釋放是河口灣PAH的主要來源。

        2、結(jié)束語

        總之,雖然我國在水環(huán)境污染物源解析方面作了一些工作,但與外國相比研究還比較薄弱。尤其是水環(huán)境介質(zhì)污染物源解析的研究起步較晚,許多方面需要借鑒大氣顆粒物的研究經(jīng)驗(yàn),這給水環(huán)境工作研究者帶來了困難,同時(shí)也帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]蘇丹,唐大元,劉蘭嵐,王鑫.水環(huán)境污染源解析研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào). 2016(02).

        [2]郭芬,張遠(yuǎn).水環(huán)境中PAHs源解析研究方法比較[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù). 2014(05).

        [3]方璇,耿長君,徐友海,呂繼萍.污染物的源解析技術(shù)研究進(jìn)展[J].化工科技. 2015(03).

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