《Atmospheric Pollution Research》：Contributions to atmospheric particulate matter from different appliances for biomass burning home heating
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本研究通过现场测量、受体模型（PMF）及家庭生物质消费调查，对比分析意大利拉齐奥大区罗马与萨科谷地区生物质燃烧设备对PM10污染的贡献。结果显示，萨科谷因地形气象条件及传统设备使用率高，PM10浓度显著更高，且传统设备排放量近现代设备两倍，强调清洁技术升级与维护的重要性。
阿里安娜·马里内利（Arianna Marinelli）|富尔维奥·阿马托（Fulvio Amato）|西尔维娅·卡内帕里（Silvia Canepari）|洛伦佐·马西米（Lorenzo Massimi）|亚历山德罗·多梅尼科·迪乔萨（Alessandro Domenico di Giosa）
ARPA Lazio（拉齐奥地区环境保护局），地址：Via Boncompagni 101，罗马00187，意大利
摘要
本研究通过整合现场测量数据、受体模型（PMF）以及一项新的家庭生物质消耗调查，评估了意大利拉齐奥地区两个区域（罗马和萨科山谷）中不同生物质燃烧设备对PM10污染的贡献。研究探讨了不同供暖技术如何影响排放特征、化学成分和大气扩散过程。
主要结果表明，与罗马相比，萨科山谷的PM10浓度显著更高，这主要与传统的开放式壁炉和木炉有关；而在罗马，高效颗粒炉更为普遍。PMF分析揭示了不同的生物质燃烧特征，显示出诸如左旋葡聚糖、钾和元素示踪剂等化学成分的显著差异。这些发现与调查数据一致，表明萨科山谷中老旧设备的比例更高。此外，基于实验室数据集和调查结果的排放因子表明，老旧供暖系统的PM10排放量几乎是现代设备的两倍。
利用通风系数进行的大气扩散分析显示，由于地形和气象条件，萨科山谷的污染物扩散能力较差，进一步加剧了污染程度。将现实世界数据与地区特定消耗调查相结合的方法，为全面了解住宅生物质燃烧的影响提供了依据。我们的研究结果强调了制定促进清洁技术和维护规范的针对性政策的紧迫性，尤其是在老旧设备占主导地位的地区。
引言
近几十年来，许多研究表明，暴露于颗粒物（PM）空气污染会导致并加剧多种疾病，显著缩短预期寿命（Kim等人，2015年）。人类暴露于PM与不良健康后果（尤其是心肺疾病和神经系统疾病）之间的关联已被广泛证实（Kioumortzoglou等人，2016年；Miri等人，2017年；Losacco和Perillo，2018年）。2021年，欧盟大部分城市人口暴露在有害水平的空气污染物中，其中76%的城市人口暴露的PM10浓度超过了世界卫生组织和欧洲标准（EEA，2023年）。
多项研究表明，用于家庭供暖的生物质燃烧是含有有害烃类（尤其是多环芳烃PAHs）和潜在有毒元素（PTEs）的主要污染源（Piazzalunga等人，2013年；Kukkonen等人，2020年；Massimi等人，2022a年），因此是呼吸系统和心血管疾病的重要风险因素。最近的一项综述和元分析显示，死亡率与生物质燃烧排放物的暴露呈正相关（Karanasiou等人，2021年）。
在意大利，木材和颗粒燃料的家庭供暖系统使用较为普遍（24.3%），而在大多数情况下（约70%），仍使用传统的开放式木炉（ISTAT，意大利国家统计局），而非现代生物质供暖系统。影响生物质燃烧排放强度和化学成分的因素包括所使用的设备类型及其维护状况、燃烧温度以及燃料类型（例如不同种类的木材和颗粒燃料）（Gon?alves等人，2011年；Alves等人，2011年；Vicente等人，2015a，2015b年）。木材和颗粒燃料的排放物在挥发性有机化合物（VOCs）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、PM浓度和化学成分方面存在显著差异（Zosima等人，2016年；Frasca等人，2018年）。关于左旋葡聚糖的最新研究表明，作为纤维素降解过程的一部分的转糖基化反应在比先前假设的更低温度下发生，温度范围为150至350°C（Kuo等人，2008年），最高产率出现在250°C。因此，左旋葡聚糖不适合作为自动点火木材燃烧设备的示踪剂。此外，Cs、Rb和Tl等元素也被认为是家庭生物质燃烧的高度选择性示踪剂（Canepari等人，2019年；Massimi等人，2024年）。尽管各种住宅供暖系统的排放率和化学特征已有详细记录，但缺乏将基于受体模型的实际场景数据与实验室研究结果进行比较的研究。排放清单（自下而上方法）基于活动数据和名义排放因子提供理论估计；而入射数据（自上而下方法）反映了受体点的实际浓度。这两种方法的结合有助于更好地验证污染源的贡献，并弥合实验室排放特征与实际大气观测之间的差距。
生物质燃烧的影响不仅取决于总排放量，还受到气象和扩散条件的强烈影响。其中，通风系数（由行星边界层（PBL）高度和风速决定）是理解大气稀释能力的关键参数。
本研究旨在调查意大利拉齐奥地区两个热点区域（罗马和萨科山谷）中不同类型生物质燃烧设备对当地空气质量的影响。罗马是一个高度城市化的区域，由众多房屋和道路组成，地形相对平坦；而萨科山谷则被复杂的山脉和丘陵环绕。该研究区域也展示了地理和气候特征如何影响空气质量及周围环境。其地形特征阻碍了空气流动，导致大气污染物滞留，使萨科山谷成为意大利污染最严重的地区之一（Sozzi等人，2017年；ARPA Lazio，拉齐奥地区环境保护局，2023年）。这两个区域的PM排放源强度和大气稳定性条件各不相同。
在本研究中，我们重新分析了现有的PM10化学特征数据集（Massimi等人，2022a；Massimi等人，2024年），重点关注与生物质燃烧相关的PM组成和浓度。由于这些数据集包含不同的时间分辨率采样方案（罗马为24小时，萨科山谷为3-6周），我们还加入了萨科山谷新的24小时采样数据，以提高数据集的均匀性。此外，我们将实际排放测量结果与类似燃烧过程的现有文献进行了比较分析，旨在量化生物质燃烧设备对这些地区PM水平的贡献，并将现场测量信息与综合排放数据相结合，从而更深入地了解不同燃烧技术对空气质量与公共健康的影响。
本研究的创新之处在于它能够超越传统分析方法，利用已发表的数据作为基础，开发出一种全新的、原创的方法。具体而言，该方法通过结合两种关键类型的数据（输入数据：PM浓度和化学成分；排放数据：各种生物质燃烧设备的使用和分布）来实现。尽管这两种数据类型在文献中已得到广泛研究，但它们的协同使用可能有助于发现迄今未被探索的模式和关联。通过在特定区域层面关联这些方面，本研究旨在提高对生物质相关污染动态的理解，从而制定更有针对性和有效的缓解措施。
研究区域
研究区域
研究在拉齐奥地区的两个不同区域进行：一个是罗马大都会区，那里大多数供暖设备为颗粒炉；另一个是位于罗马东南方向约100公里的萨科山谷地区，该地区传统开放式木炉的使用比例较高（ARPA Lazio，拉齐奥地区环境保护局，2019年关于拉齐奥地区家庭生物质消耗的样本调查）。
空气污染水平
表2和补充信息中的图S1展示了萨科山谷和罗马数据集的PM10浓度及其化学成分的最小值、平均值和最大值，以及它们的MDL（最低检测限）。表2还显示了两个区域的PM10浓度箱形图。
苯并(a)芘（B(a)P）的值由ARPA Lazio提供，这些数据来自2020年在FR站点和罗马进行的额外PM10采样（每周一次24小时样本）和PAHs分析。
从表2可以看出...
总结与结论
本研究全面分析了意大利拉齐奥地区两个不同区域（罗马大都会区和萨科山谷）中用于家庭供暖的各种生物质燃烧设备对大气PM的贡献。研究结果强调了供暖设备类型和使用模式对当地空气质量与公共健康的显著影响。
结果表明，萨科山谷由于传统开放式木炉的使用比例较高...
作者贡献声明
洛伦佐·马西米（Lorenzo Massimi）：撰写——审稿与编辑、资源准备、方法论构建、概念化。西尔维娅·卡内帕里（Silvia Canepari）：撰写——审稿与编辑、资源准备、方法论构建、概念化。富尔维奥·阿马托（Fulvio Amato）：撰写——审稿与编辑、资源准备、方法论构建、数据整理、概念化。阿里安娜·马里内利（Arianna Marinelli）：撰写——初稿撰写、可视化处理、方法论构建、调查实施、数据整理、概念化。亚历山德罗·多梅尼科·迪乔萨（Alessandro Domenico Di Giosa）：监督指导、资源协调
未引用参考文献
ARPA Lazio（拉齐奥地区环境保护局），2019年；ARPA Lazio（拉齐奥地区环境保护局），2023年；Belis等人，2013年；CNR-ISAC，2018年；ISTAT（意大利国家统计局），2018年；意大利国家统计局，2022年；Kioumourtzoglou等人，2016年；Via等人，2023年；Vicente等人，2020年；Yang等人，2023年。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本稿时，作者使用了Gemini AI工具来纠正潜在的英语语法错误并提高可读性。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对发表文章的内容负全责。
资金支持
本研究由项目2024 RM124190EA13B276（首席研究员：洛伦佐·马西米）和项目2021302_21_SEED（首席研究员：西尔维娅·卡内帕里）资助，资金来自罗马萨皮恩扎大学。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
