張美娜

摘 要：多環(huán)芳烴類污染物對流域水環(huán)境會造成嚴重破壞，而且傳統(tǒng)的研究與分析方法也無法滿足實際要求， 根據(jù)流域污染狀況，需要深入分析水體中各類沉積物及懸浮顆粒物當中的多環(huán)芳烴污染實際情況。基于松花江流域?qū)嶋H情況，對其多環(huán)芳烴污染源解析過程中對因子分析方法的應用進行深入分析，并驗證分析結(jié)果的真實性，提出污染治理建議，希望能為后續(xù)污染治理工作提供參考借鑒。

關鍵詞：松花江 多環(huán)芳烴污染 源解析 因子分析

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（b）-0108-02

多環(huán)芳烴類污染物對流域水環(huán)境會造成嚴重破壞，而且傳統(tǒng)的研究與分析方法也無法滿足實際要求，需要采用新的方法來明確其污染情況。其中，在源解析中采用因子分析方法是一種值得推廣借鑒的手段。

1 流域基本情況

在我國，松花江是七大河流重要組成部分，總水資源數(shù)量可以排在全國第三，其地理位置為東經(jīng)119°52′～129°30′，北緯41°42′～51°38′，總面積約55.68萬km2。其源頭有以下兩個：第一，北源嫩江，以大興安嶺支脈伊勒呼里山中段南側(cè)的南甕河源地為起源地；第二，南源第二松花江，以白頭山天池為起源地。這兩個江源均能下流到三岔河，并在匯合后持續(xù)向下，即為松花江的干流。整條干流向東側(cè)流動到同江市，然后從右岸進入黑龍江。其總長為：嫩江源總長約2309km，干流總長約939km，另一松花江源總長約1897km。整體可分成上游段、中游段和下游段。

2 分析方法

2.1 因子分析

屬于多元統(tǒng)計分析范疇，對于多元統(tǒng)計，其基本思路為充分利用不同物質(zhì)之間保持的關系得到源成分譜，也可確定能暗示主要排放物質(zhì)的因子。開展因子分析的目的在于濃縮數(shù)據(jù)，也就是將海量可能有相互聯(lián)系的變量處理成少量沒有關聯(lián)的指標。解析各個污染源，通過對因子分析的合理應用，對不同污染指標存在的依賴關系實施深入分析，同時用相應的變量進行表達，反映出過去由海量變量表示的信息，并對不同變量間存在的關系進行解釋。基于此，對主要因子在受體中的貢獻進行分析，即可明確樣本實際污染源狀況。該方法隸屬于受體模型，不僅實現(xiàn)的條件十分簡單，而且無需提前了解指紋譜，可對現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)進行充分利用，保證污染源解析結(jié)果的準確性[1]。

2.2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)分析處理

數(shù)據(jù)主要來源于國、省控實時監(jiān)測斷面對應的多環(huán)芳烴污染物源實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對松花江而言，其分別處在豐水期與平水期。將多環(huán)芳烴作為檢測指標，在豐水期布置18個專門的斷面，在平水期布置16個專門的斷面。進行因子分析時，為使其對原始變量進行均等處理，避免因數(shù)值差別很大產(chǎn)生不利影響，分析開始前，應對每個采樣點對應的濃度數(shù)值實施標準化處理，其計算公式為：

式（1）中，Xi為X的第i個觀測結(jié)果；為X的平均值；S表示標準差。

3 研究結(jié)果和討論

3.1 豐水期

為對因子分析方法適用性進行驗證，先根據(jù)KMO標準，對數(shù)據(jù)進行球度檢驗。對于球度檢驗，主要確定相關性矩陣是否屬于單位矩陣，若不屬于，則因子分析方法具有適用性。當KMO數(shù)值與1接近時，說明變量之間有很強的相關性，現(xiàn)有變量與因子分析相適應。這一標準提出，當KMO的數(shù)值超過0.6時，可進行因子分析。

因萘具有很高揮發(fā)性，會使分析結(jié)果出現(xiàn)很大偏差，所以本次研究不考慮萘。參與主成分分析與計算的研究數(shù)據(jù)為所有采樣點對應的多環(huán)芳烴，包括苊、二氫苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、茚并[1，2，3-cd]芘、二苯并[a，h]蒽和苯并[g，h，i]苝[2]。

通過檢測可知，KMO的數(shù)值為0.78，球度檢驗結(jié)果為0，說明數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，變量之間具有相關性，支持因子分析。以Kaiser為依據(jù)，因子特征值必須在1以上。滿足這一標準的因子（1#、2#因子）解釋了總方差的91%，因此可將其視作主要因子。

其中，1#因子的蒽、苯并[a]芘、苯并[k]熒蒽、菲、苯并[b]熒蒽、?、芴具有相對加高的實際荷載，茚并[1，2，3-cd]芘、苯并[a]蒽、苯并[g，h，i]苝與二苯并[a，h]蒽同樣突出，相關研究表明，在焦爐排放物中，多花芳烴類包括蒽、熒蒽、芴和菲二氫苊。如果焦爐直接排放，則會使苯并[a]蒽數(shù)量大幅增加。芴與苯并[a]蒽是煉焦主要排放物，燃煤排放的主要污染物包括蒽、菲和苯并[a]蒽。交通排放主要污染物為苯并[g，h，i]苝，汽油燃燒后，會放出苯并[k]熒蒽與苯并[b]熒蒽0，而柴油燃燒后，會放出苯并[g，h，i]苝。另外，交通排放會產(chǎn)生大量?。因此，該因子主要表示的是交通污染與燃燒源。

2#因子中，Acy與Ace實際荷載比其它高，研究表面，此類低環(huán)組分為煉焦主要排放物質(zhì)，而油類物質(zhì)排放以分子量相對較低的PAHs為主。因此，可將該因子定性為煉焦及油類污染源。

1#因子重點監(jiān)測區(qū)包括：鎮(zhèn)江口、阿什河口下與佳木斯下，同時這也是污水水平較高的區(qū)域。2#因子重點監(jiān)測區(qū)包括：哨口、白旗。根據(jù)流域范圍內(nèi)工業(yè)和企業(yè)實際情況，結(jié)合斷面所在具體位置特征，可得：（1）二松吉林段中，PAHs由石油與煤的燃燒產(chǎn)生；（2）二松松原段中，PAHs由油類污染及煤的燃燒產(chǎn)生；（3）干流哈爾濱段中，PAHs由電廠及油類物質(zhì)燃燒產(chǎn)生；（4）干流佳木斯段中，PAHs由油類污染物與煤的燃燒產(chǎn)生[3]。

3.2 平水期

為對因子分析方法適用性進行驗證，先根據(jù)KMO標準，對數(shù)據(jù)進行球度檢驗。對于球度檢驗，主要確定相關性矩陣是否屬于單位矩陣，若不屬于，則因子分析方法具有適用性。當KMO數(shù)值與1接近時，說明變量之間有很強的相關性，現(xiàn)有變量與因子分析相適應。這一標準提出，當KMO的數(shù)值超過0.6時，可進行因子分析。

因萘具有很高揮發(fā)性，會使分析結(jié)果出現(xiàn)很大偏差，所以本次研究不考慮萘。參與主成分分析與計算的研究數(shù)據(jù)為所有采樣點對應的多環(huán)芳烴，包括苊、二氫苊、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、苯并[a]芘、茚并[1，2，3-cd]芘、二苯并[a，h]蒽和苯并[g，h，i]苝。

通過檢測可知，KMO的數(shù)值為0.78，球度檢驗結(jié)果為0，說明數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，變量之間具有相關性，支持因子分析。以Kaiser為依據(jù)，因子特征值必須在1以上。滿足這一標準的因子（1#、2#因子）解釋了總方差的91%，因此可將其視作主要因子。

其中，1#因子的An、Phen、Fluo、Chry、BghiP、BbF與BkF有相對較高的實際荷載，同時BaA與InP同樣突出，其污染的來源和豐水期大致相同。因此，該因子主要表示的是交通污染與燃燒源[4]。

2#因子的Flur、Acy、Ace與BaP也具有很高的實際荷載，其污染的來源和豐水期大致相同。因此，該因子主要表示的是煉焦及油類污染源。

1#因子重點監(jiān)測區(qū)包括：呼蘭河口下、肇源、阿什河口下、松江、鎮(zhèn)江口與白旗；2#因子重點監(jiān)測區(qū)包括：哨口、白旗。因平水期該流域的主要污染源與豐水期沒有太大差別，所以實際的污染情況也和豐水期沒有明顯差別[5]。

3.3 豐水期與平水期流域污染狀況綜合對比

經(jīng)對比研究，在豐水期，鎮(zhèn)江口、阿什河口下與佳木斯下的污染水平相對較高，屬燃煤與交通污染源。而哨口與白旗則是當?shù)責捊购陀皖愇廴据^為嚴重的區(qū)域。在平水期，九站、白旗與哨口的污染水平相對較高，其中哨口與白旗的煉焦及油類污染最為嚴重。對上述污染情況進行匯總，可得該流域?qū)儆趶秃鲜降亩喹h(huán)芳烴污染[6]。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）借助統(tǒng)計方法對流域監(jiān)測斷面在豐水、平水兩個時期的多環(huán)芳烴污染實施因子分析，確定了4個主要的污染來源，即煤和油類燃燒、交通、油類污染物與煉焦。這兩個時期的流域污染情況基本相同，沒有太大的變化。

（2）因研究范圍相對較大，所有斷面都具有一定特殊性，流域受復合式污染，在采樣點周圍的大型工廠，均屬于主要污染源。

（3）在二松吉林段中，污染物主要從包含吉林石化等在內(nèi)的企業(yè)中排出。在二松松原段中，污染物主要從附近油井及電廠中排出。在干流哈爾濱段中，污染物主要從附近電廠中排出。在干流佳木斯段中，污染物主要從電廠及焦化廠中排出。

4.2 建議

根據(jù)流域污染狀況，需要深入分析水體中各類沉積物及懸浮顆粒物當中的多環(huán)芳烴污染實際情況，同時還要對污染源進行定量分析與計算，規(guī)定時間完成流域整體環(huán)境多環(huán)芳烴污染二次測定與主要來源的因子分析解析，并通過縱向?qū)Ρ?，確定污染物和它的來源實際變化情況及規(guī)律，為后續(xù)污染治理工作提供參考借鑒，最終實現(xiàn)提高污染治理水平的根本目標。

參考文獻

[1] 于英鵬，劉敏.上海市多環(huán)芳烴潛在污染源成分譜特征初探[J].科學技術與工程，2017，17（11）：131-136.

[2] 李嘉康，宋雪英，崔小維，魏建兵.土壤中多環(huán)芳烴源解析技術研究進展[J].生態(tài)科學，2017，36（5）：223-231.

[3] 王喆，盧麗，夏日元.城市近郊型地下河水中多環(huán)芳烴分布規(guī)律與來源解析[J].環(huán)境化學，2015，34（11）：2096-2102.

[4] 周海軍，孫文靜，團良，等.重點污染源企業(yè)周邊農(nóng)田土壤中多環(huán)芳烴污染水平與風險評價[J].環(huán)境化學，2013，32（10）：1976-1982.

[5] 章汝平，陳克華，何立芳.九龍江龍巖段地表水中多環(huán)芳烴分布與污染源解析[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2014，30（4）：107-111.

[6] 高魯紅.萊蕪大氣污染源排放顆粒物中多環(huán)芳烴研究[J].環(huán)境監(jiān)控與預警，2018，10（5）：45-47.