HJ 1354-2024 环境空气 颗粒物来源解析 化学质量平衡模型计算技术指南

中华人民共和国国家生态环境标准HJ1354—2024环境空气颗粒物来源解析化学质量平衡模型计算技术指南Ambientair—Sourceapportionmentonparticulatematter—Technicalguideonchemicalmassbalancemodelcalculation本电子版为正式标准文本，由生态环境部环境标准研究所审校排版。2024-02-18发布2024-05-01实施生态环境部 发 布HJ1354—2024i目次前言.................................................................................................................................................................ⅱ1适用范围.......................................................................................................................................................12规范性引用文件...........................................................................................................................................13术语和定义...................................................................................................................................................14模型原理和计算流程...................................................................................................................................25数据准备.......................................................................................................................................................36模型运算.......................................................................................................................................................47模型诊断.......................................................................................................................................................68穷举法...........................................................................................................................................................89结果报告.......................................................................................................................................................8附录A（资料性附录）CMB模型输入数据模板.......................................................................................9附录B（资料性附录）主要污染源标识组分...........................................................................................10附录C（资料性附录）CMB模型计算记录表.........................................................................................11附录D（资料性附录）代表性源成分谱...................................................................................................14HJ1354—2024ii前言为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》，加强大气污染防治，保护和改善生态环境，保障人体健康，规范环境空气颗粒物来源解析工作中化学质量平衡（CMB）模型计算，制定本标准。本标准属于环境空气颗粒物来源解析系列标准之一，规定了CMB模型计算方法。本标准的附录A～附录D为资料性附录。本标准为首次发布。本标准由生态环境部大气环境司、法规与标准司组织制订。本标准主要起草单位：中国环境监测总站、南开大学、中国环境科学研究院。本标准生态环境部2024年2月18日批准。本标准自2024年5月1日起实施。本标准由生态环境部解释。HJ1354—20241环境空气颗粒物来源解析化学质量平衡模型计算技术指南1适用范围本标准规定了化学质量平衡（CMB）模型计算中模型原理、数据准备、模型运算和模型诊断等主要技术环节的要求。本标准适用于应用CMB模型对环境空气颗粒物进行来源解析相关的计算工作。2规范性引用文件本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。HJ194环境空气质量手工监测技术规范HJ618环境空气PM10和PM2.5的测定重量法HJ646环境空气和废气气相和颗粒物中多环芳烃的测定气相色谱-质谱法HJ647环境空气和废气气相和颗粒物中多环芳烃的测定高效液相色谱法HJ656环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范HJ657空气和废气颗粒物中铅等金属元素的测定电感耦合等离子体质谱法HJ777空气和废气颗粒物中金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法HJ799环境空气颗粒物中水溶性阴离子（F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、PO43-、SO32-、SO42-）的测定离子色谱法HJ800环境空气颗粒物中水溶性阳离子（Li+、Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+）的测定离子色谱法HJ829环境空气颗粒物中无机元素的测定能量色散X射线荧光光谱法HJ830环境空气颗粒物中无机元素的测定波长色散X射线荧光光谱法HJ1352环境空气颗粒物来源解析基于手工监测的受体模型法监测数据处理与检验技术规范《环境空气颗粒物来源解析监测技术方法指南》（监测函〔2020〕8号）《大气颗粒物来源解析技术指南（试行）》（环发〔2013〕92号）3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1环境受体ambientreceptor受到污染源排放影响的环境空气，简称受体。3.2化学质量平衡模型chemicalmassbalancemodel（CMB）HJ1354—20242一种“源已知”类受体模型，即模型需要输入源成分谱的数据，通过在源和受体之间建立质量平衡关系来构建线性方程组，利用有效方差最小二乘的迭代计算方法得出各污染源对受体的贡献值。3.3受体化学组成ambientreceptorchemicalspecies环境空气颗粒物样品的化学组分及其浓度或占比。3.4污染源化学成分谱sourcechemicalprofile特定污染源类排放颗粒物的相对稳定的化学组分信息（g/g），简称源成分谱。源成分谱应包含该类污染源的标识组分。3.5污染源贡献sourcecontribution通过受体模型计算得到的污染源对环境空气颗粒物的贡献，用贡献浓度（μg/m3）或贡献占比（%）表示。3.6污染源标识组分sourcechemicaltracer污染源化学成分谱中对该源类有指示作用的一种或多种颗粒物化学成分，又称示踪组分。源标识组分是区别该源类与其他源类的重要标识物，每种污染源有各自的标识组分。4模型原理和计算流程4.1模型原理CMB模型是基于质量守恒定律建立的受体模型。Ci=j=1JFijSj（1）式中：Ci——受体中所测的第i个组分的浓度，μg/m3；Fij——第j个排放源排放的物质中第i个组分占的比例，g/g；Sj——第j个排放源的贡献，μg/m3；i——化学物质的数目；j——污染源类型的数目。当组分的数量等于或大于源的数量时，该方程组有解。Ci和Fij值作为模型输入；Ci和Fij的测量误差也作为输入数据输入模型中，用于计算有效方差，在模型迭代过程中对浓度数据进行加权；源贡献Sj及其标准偏差由模型计算得到；此外，模型诊断可以对解析结果进行评估。模型假设化学组分在排放源和环境受体（污染源样品和环境颗粒物样品）之间存在化学质量平衡，即污染物在从源到受体的传输过程中组分质量没有损失，那么受体上测量的化学组分浓度就是每一源类所贡献的该化学组分浓度值的线性加和。此时，模型满足以下几个假设条件：a）各污染源排放的颗粒物化学组成有明显差别；b）各污染源所排放的颗粒物化学组成相对稳定；c）各污染源所排放的颗粒物之间没有相互作用，在传输过程中的变化可以被忽略；d）测量结果的不确定度是独立且随机的、符合正态分布；e）污染源的不确定性之间相互独立，没有相关关系；f）模型计算包含了所有对受体具有明显贡献的源类。HJ1354—202434.2计算流程应用CMB模型进行颗粒物来源解析的计算流程，包括受体化学组成和源成分谱的数据准备、数据导入、模型参数选择、模型计算结果评估等环节，见图1。图1CMB模型的计算流程5数据准备5.1数据构建5.1.1化学组分数据CMB模型需要输入源成分谱数据和受体化学组成的数据。源成分谱是CMB受体模型区分不同排放源、计算不同源贡献的关键数据，主要包括各化学组分的占比（g/g或μg/μg）信息，即单位源样品中所含不同化学组分的质量（g或μg）。受体化学组成主要包括各化学组分的平均值（μg/m3或%）、标准偏差（μg/m3或%）等信息。受体组分的数量要大于或等于源组分的数量。环境受体样品通常由无机滤膜（石英滤膜等）和有机滤膜（特氟龙膜、聚丙烯滤膜等）平行采集得到，参考HJ194、HJ618和HJ656对滤膜样品进行采集、称量并计算颗粒物的质量浓度。源成分谱和环境受体的化学组分主要包括无机元素、碳组分、水溶性离子等，无机滤膜常用于分析有机组分，有机滤膜常用于分析无机组分，这些组分涵盖了主要污染源的标识组分。其中：a）无机元素测定Al、Si、Ca、K、Na、Mg、Fe、Mn、As等，选测Co、Mo、Ag、Sc、Tl、Pd、Br、Te、Ga、Cs、Se、Hg、Cr、Pb、Cd、Zn、Cu、Ni、Ti、Sb、Sn、V、Ba等，测定方法可参考HJ657、HJ777、HJ829和HJ830；b）碳组分测定有机碳（OC）和元素碳（EC）；受体化学组成CMB模型污染源成分谱模型参数设置结果评估反馈NY结果诊断报告污染源贡献结果