龍巖市PM10排放源污染元素富集因子分析

房春生，魏強，楊萌堯，王菊，陳克華，肖忠慎

(1.吉林大學環境與資源學院環境科學系，吉林長春130012;2.龍巖市環境監測站，福建龍巖340000)

龍巖市PM10排放源污染元素富集因子分析

房春生1，魏強1，楊萌堯1，王菊1，陳克華2，肖忠慎2

(1.吉林大學環境與資源學院環境科學系，吉林長春130012;2.龍巖市環境監測站，福建龍巖340000)

以福建省A層土壤元素背景值作為參考背景值，以Ti作為參考元素，應用富集因子分析方法對龍巖市內6種PM10主要排放源(道路塵、揚塵、鋼鐵廠塵、水泥廠塵、機動車尾氣塵、燃煤塵)的污染元素進行了分析。分析結果表明，龍巖市各PM10排放源均存在著不同程度的污染元素富集污染現象，這些元素的富集污染程度易受人類活動的影響，并經過長時間的積累在城區內富集，使得城區內PM10的污染現象突出。研究結果為龍巖市大氣環境治理提供了科學依據，有利于區域大氣環境質量的改善。

富集因子;參考元素;參考背景值;排放源;污染元素

龍巖市位于福建省西部，地處丘陵河谷盆地，是福建省重要的礦區。由于其特殊的地理位置，特有的地形地貌及氣象條件，以及歷史殘留的城市建設問題，加之近年來城區的大規模開發、機動車數量的大量增加以及餐飲業的快速發展，使得城區內大氣中PM10的含量明顯增加且不易擴散，PM10的污染現象較為嚴重。

富集因子法是分析環境中污染物來源和污染程度的有效手段，運用富集因子法對龍巖市大氣中各PM10排放源的污染元素進行分析，確定各排放源中各元素的富集污染狀況，可以為更深入地進行大氣源解析工作提供重要依據［1］。

1 研究方法

1.1 富集因子法

富集因子指數的計算公式為:

式中:Ef為富集因子指數;Cn、Cref分別為大氣總懸浮顆粒物中測量元素、選定參考元素的測量濃度;Bn、Bref分別為參比系統中的測量元素、選定參考元素的濃度［2］。

Ef值的大小反應元素富集的程度，Ef值越大說明該元素的富集程度越高，污染級別受到人為因素的影響也就越大。通常，當Ef值顯著＞1時，表明該元素有明顯的外來污染;當Ef值近似等于1時，表明該元素未被污染或淋溶;當Ef值＜1時，表明該元素被淋溶。根據Ef值的大小，可以將元素的富集程度分為5個級別［3～4］，詳見表1。

表1 富集因子分級表

1.2 參考背景值的選擇

由于A層土壤由表土層組成，并且其顆粒組成也較接近于本研究采集的各PM10排放源類［5］，因此，本文采用《中國土壤元素背景值》中福建省的A層土壤元素背景值作為參考背景值［6］。各元素背景值詳見表2。

表2 福建省土壤元素背景值

1.3 參考元素的選擇

關于參考元素的選擇，通常情況下是選擇地殼中大量存在，人為污染小，化學穩定性較好和揮發性較低的元素。Ti在地殼中的含量排第十位，耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強堿，具有穩定的化學性質，自然界中的鈦易與其他元素結合成穩定的化合物，是一種比較穩定的元素且缺少明顯的人為污染源，因此本研究中將Ti做為參考元素［7～8］。

2 樣品的采集與分析

2.1 樣品的采集

本次研究的污染源樣品采集包括道路塵、揚塵、鋼鐵廠塵、水泥廠塵、機動車尾氣塵和燃煤塵6個主要塵源類別。

道路塵樣品在市區內主要交通干道(主要是在干道的十字路口)取樣，共取樣56個;揚塵采集于居民區內二、三樓道內長期未打掃的窗臺上的積灰，共采集樣品28個;燃煤塵包括工業燃煤塵及民用燃煤塵，其中工業燃煤塵采自城區內熱電廠燃煤鍋爐塵樣，民用燃煤塵采自街邊小店的民用小煤爐。其中工業燃煤塵采集樣品6個，民用燃煤塵采集樣品4個，共10個;機動車尾氣塵收取機動車排氣管內積灰，采集樣品1個。水泥廠塵采集于龍巖市水泥廠除塵器落灰樣品，共2個;鋼鐵廠塵采集于鋼鐵廠除塵舊灰樣品2個，鐵礦石樣品2個，共4個。本次污染源樣品的采集工作于2009年9月16～23日內完成。

2.2 樣品分析

污染源樣品的分析測試由長春市環境監測中心站完成。源樣品的分析測試采用美國環境保護署1999年6月發布的《環境空氣中的無機化合物檢測方法匯編》中利用X熒光質譜檢測大氣顆粒物中的金屬元素的分析方法。最終選取了Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Ba、Pb這17個標識元素。源樣品的成分譜見表3。

3 結果分析

龍巖市各主要PM10排放源富集因子分析結果見表4和圖1。

表3 龍巖市各污染源成分譜(mg/kg)

表4 龍巖市各PM10排放源富集因子指數

從圖1中可以看出，龍巖市Ca元素的富集污染程度最為嚴重，除燃煤塵中Ca元素的富集程度為顯著污染外，其它污染源的Ca元素富集都達到了極強污染。Ca元素是水泥廠塵、水泥成品及建筑塵的標識性元素，龍巖市之所以出現了Ca元素的高強度富集污染是由于龍巖市存在著水泥廠包圍城區的現象，盡管近年來取締了一些小型水泥廠，但水泥廠對城區內的影響并未得到明顯緩解，因此便出現了圖中所示的結果。另外，受城市開發建設活動的影響，建筑施工產生的建筑塵通過大氣沉降進一步加重了道路塵和揚塵中Ca元素的富集污染現象。

Mn、Cu、Pb、Zn、As 5種元素在龍巖市各PM10排放源中也存在著不同程度的富集污染現象。這5種元素均是燃煤塵的標識性元素。近年來，龍巖市的餐飲業得到了快速發展，城區內街邊出現了許多小爐灶，這些爐灶大多數以原煤為燃料，且油煙大都不經任何處理直接排放，形成點多面廣的無組織排放源。污染物經過長期的積累并通過大氣沉降影響了道路塵、揚塵中這些元素的富集。此外，各金屬元素也均是金屬冶煉的標識性元素，因此在鋼鐵廠塵中出現了各金屬元素的高度富集現象。

在機動車尾氣塵中，上述各元素的富集污染現象也十分嚴重。Mn、Zn的富集污染甚至達到了極強污染級別。在龍巖，摩托車是最為普遍的交通工具，但這些摩托車大部分檔次較低，排放的尾氣中含有大量煙塵等有害污染物質。同時可以看出，機動車尾氣塵與燃煤塵共同成為了龍巖市區內As元素富集的最主要來源。

4 結論與建議

富集因子法是識別大氣系統中元素自然來源和人為來源的有效途徑，它通過計算富集因子指數來判斷系統內各元素富集的程度，是一種簡便易行的評價方法。

本文通過對龍巖市內6種主要PM10排放源的污染元素進行富集因子分析后發現，在龍巖市區內，各PM10排放源中Ca元素的富集污染現象最為嚴重，是龍巖市最主要的污染元素。其次，Mn、Cu、Pb、Zn、As也均存在著不同程度的富集污染現象，其中Mn、Cu、Pb、Zn在機動車尾氣塵中富集的最為嚴重，加之龍巖市內機動車量大質次，因此也造成了道路塵和揚塵中的這四種元素的富集污染現象。同時，龍巖市區內點多面廣的小爐灶燃煤塵的無組織排放與機動車尾氣塵共同構成了As元素的最主要排放源。

通過富集因子法得出的結果可以看出，龍巖市PM10排放源污染元素的富集污染現象絕大程度上受人為活動的影響。今后應加強對PM10排放源的污染控制，通過關停重度污染企業，推行清潔煤的使用，淘汰檔次過低、尾氣排放量過大的機動車等一系列措施來加強人為污染源的深入治理，以便改善龍巖市大氣環境質量現狀。

［1］張秀芝，鮑征宇，唐俊紅.富集因子在環境地球化學重金屬污染評價中的應用［J］.地質科技情報，2006，25(1).

［2］王玉婷，白憲洲，何明友，等.嵊泗海域大氣總懸浮顆粒物的特征［J］.海洋學研究，2009，27(1).

［3］郭海全，郝俊杰，李天剛.河北平原土壤重金屬人為污染的富集因子分析［J］.生態環境學報，2010，19(4).

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［5］姬亞芹，朱坦，馮銀廠.用富集因子法評價我國城市土壤風沙塵元素的污染［J］.南開大學學報(自然科學版)，2006，39(2).

［6］中國環境監測總站.中國土壤元素背景值［M］.北京:中國環境科學出版社，1990.

［7］王玉婷，白憲洲，何明友，等.宜賓江安桐梓鎮土地整理區耕地土壤重金屬富集因子評價［J］.地球與環境，2009，37(3).

［8］袁媛.開封市近地層大氣顆粒物垂直分布特征研究［D］.開封:河南大學，2010.

An Enrichment Factor Analysis of the Pollution Elements in PM10Emission Sources in Longyan City

FANG Chun－sheng1，WEI Qiang1，YANG Meng－yao1，WANG Ju1，CHEN Ke－hua2，XIAO Zhong－shen2(1.Environmental Science Department of Environment and Resources College，
Jilin University，Changchun Jilin 130012 China)

The pollution elements of the six major emission sources in Longyan City have been analyzed by enrichment factor.These sources are road dust，fugitive dust，steel and iron plant dust，cement factory dust，vehicle exhaust dust and coal dust.The background value of the Strata A soil element in Fujian Province and Ti element are selected as reference during the analysis.It shows that the pollution elements in these emission sources are enriched to certain extent，and it is susceptible to the human activity.The accumulation of these pollution elements in a long duration makes PM10 a serious pollution in the urban center.The research provides a scientific basis for the air environment control and is helpful for improving the environmental air quality.

enrichment factor;reference element;reference background value;emission source;pollution elements

X508

A

1673－9655(2012)01－0080－04

2011－08－16

吉林大學青年教師創新項目資助(421031674425);吉林大學種子基金項目資助(421021614425)。

房春生(1971－)，男，漢族，吉林大學環境與資源學院教授，博士學位，主要研究方向為環境規劃與管理。