城市中大氣TSP污染的來源及防治對策研究

孟博

（青島大學 化學化工與環境環境學院 科學系，山東 青島 266071）

1 引言

大氣總懸浮顆粒物（Total Suspended Particle，TSP）指能懸浮在空氣中，空氣動力學當量直徑≤100μm的顆粒物，它是大氣質量評價中的一個重要的污染指標。總懸浮顆粒物的濃度以每立方米空氣中總懸浮顆粒物的毫克數表示。2012年年末我國東部多個地區相繼發生了嚴重的空氣污染現象——霧霾。而大氣總懸浮顆粒物是造成空氣污染的重要來源。

TSP中粒徑大于10μm的物質，幾乎都可被鼻腔和咽喉所捕集，不進入肺泡，對人體危害較小。而10μm以下的浮游狀顆粒物（又稱“飄塵”或“可吸入顆粒物”）對人體危害最大。飄塵可經過呼吸道，直接進入支氣管，并沉積于肺泡，對肺的氣體交換功能造成影響。據研究表明，長年接觸顆粒物濃度高于0.2μg／m3的空氣，胸悶、哮喘、支氣管炎等呼吸疾病的發病率明顯增加，甚至還會引發心血管病癥。另外，顆粒物種含有大量的污染物，對于機體同樣有損害作用。如多環芳烴（PAHs）是一類對生物具有致癌、致畸和致突變作用的半揮發性有機物，對于環境和人體的危害較大，而國內外研究人員通過對大氣顆粒物的研究發現，顆粒物可以攜帶大量的PAHs。

2 大氣中TSP污染的來源

就目前所知，大氣中顆粒物的來源分為自然來源及人為來源。人為來源又包括工業源及非工業源；工業源由工業燃料燃燒、工業窯爐及生產性粉塵（包括冶金、建材、機械制造、建筑業等產生的粉塵）組成；非工業源為二次揚塵及民用燃料燃燒所產生的粉塵。由于不同地方顆粒物的來源及形成條件不同，其化學組成和物理化學性質差異較大。

2.1 自然來源

地形和氣候因素是影響城區大氣質量、造成大氣污染的重要原因。其中，北方半干旱大陸性季風氣候，具有黃土高原的明顯特征，氣候干燥，風沙多，降水較少，四季分明，冬季寒冷干燥少雪，春季干旱多風，夏季炎熱多雨，秋季旱澇無常。由于西北風作用，太原市的顆粒污染物會隨風南移，加重城區的污染。城區晝夜溫差大，易形成逆溫層。由于當地逆溫現象比較明顯，逆溫時，由于大氣穩定，形成扇形排煙，它嚴重地妨礙空氣中顆粒污染物的垂直運動，只能朝水平方向運動，不利于大氣中顆粒污染物的擴散和稀釋作用。山西晉城地處黃土高原，因地形影響，多風沙，常發生TSP污染。其中，自然塵對TSP的貢獻率排在第3位。

另外，氣候還可以間接地影響到空氣中污染物的來源方式。通過對長沙市空氣顆粒物中多環芳烴的分析，發現其夏季來源于交通污染及天然氣燃燒，而秋季多產自燃燒來源。

2.2 人為來源

造成TSP污染的根本原因是人為的活動。采用火焰原子吸收法（AAS）檢測大氣降塵中的Cr、Cu、Zn、Cd和Pb 5種重金屬，檢測出來的重金屬的含量遠高于參比的土壤背景值，而這高含量的重金屬主要來源于人為活動。付宗敏用帶能譜的環境掃面電鏡（ESEM／EDS）和X－衍射技術（XRD）檢測大氣降塵中的顆粒物的微觀形貌、化學組成以及礦物組成。結果表明，顆粒物的形狀包括球形的、片狀的、不規則形狀的和集合體狀的，尺寸介于4～200μm之間。根據能譜檢測結果，顆粒物可分為富含Al的、富含Si的、富含Ca的、富含C的顆粒物和集合體顆粒物。來源分析表明，這些檢測的顆粒物主要產生于施工建設的揚塵、煤等燃料的燃燒、交通運輸等，也有少部分顆粒物來源于生物降塵及大氣中物質之間的二次化學反應，如光化學反應。

2.2.1 建筑塵

在已知的人為來源中，建筑塵對TSP貢獻率較大。這主要是由于目前國內市區內建筑施工點較多，分布范圍廣，且缺乏必要的監管，特別是對于建設廢料的堆放和無組織排放的監管。劉文菁等用化學元素平衡法（CMB）對南京市的TSP來源進行解析研究，同時對地面積塵進行解析。結果表明，建筑塵對TSP的貢獻為31%～45%，排在第一。Cheng等應用MM5－ARPSCMAQ空氣質量模型系統，得出2002年北京市施工揚塵對PM10濃度的貢獻率為10.7%；趙普生等應用ISC3模型，得出2003年11～12月期間天津市施工揚塵占大氣PM10濃度的13.3%；張雯婷等應用CALPUFF模型，得出2002年貴陽市施工揚塵對 整個城區PM10的年均濃度貢獻接近12%。

2.2.2 交通運輸

隨著城區經濟發展迅速，交通運輸也隨之發展。特別是近年來，私人轎車的數量急遽增多。交通運輸的發展帶來了嚴重的環境問題。汽車的尾氣中含有大量對人體有害的顆粒污染物，特別是一些柴油大貨車和冒煙車輛，排放的尾氣中夾雜著大量的可吸入顆粒物，是導致疾病的重要因素。據中國科學院王瑋博士介紹，一輛柴油車排放的尾氣中，夾雜的可吸入顆粒物幾乎是100輛汽油車夾帶的總和，是更嚴重的污染源。

運輸產生的揚塵也是一個非常重要的污染源。交通運輸過程中灑落于道路上的沙、土、灰、渣以及沉積在道路上的其它排放源排放的顆粒物，經來往的車輛輾壓后形成粒徑較小的顆粒物，隨后漂浮進入空氣中，形成道路揚塵。揚塵與車的重量、車流量以及路面含水量等有關。

2.2.3 煤塵

進過檢測，發現TSP中原煤塵的含量較高，尤其是北方城市，TSP中原煤塵占到了1／3。這主要有3個原因：一是煤炭的燃燒，產生了大量的顆粒物，由于缺乏有效的治理，使得顆粒物飄入到大氣中；二是在運輸中，煤炭在沿途的拋撒十分嚴重；三是目前我國煤多露天堆放，如果遇到大風，特別是在干旱地區，極易導致煤塵隨風飛揚，導致大氣TSP的增加。

3 TSP的測定

測定總懸浮顆粒物，國內外廣泛采用濾膜捕集——重量法，原理為用采樣動力抽取一定體積的空氣通過已恒重的濾膜，則空氣中的懸浮顆粒物被阻留在濾膜上，根據采樣前后濾膜質量之差及采樣體積，即可計算TSP。濾膜經處理后，可進行化學組分分析。根據采樣流量不同，采樣分為大流量、中流量和小流量采樣法。大流量采樣法使用大流量采樣器連續采樣24h，按照下式計算TSP：

式中：m為阻留在濾膜上的總懸浮顆粒物的質量，mg；qvs為標準狀況下的采樣流量，m3／min；t為采樣時間，min。

采樣器在使用期內，每月應將標準孔口流量校準器串接在采樣器前，在模擬采樣狀態下，進行不同采樣流量值的校驗，依據標準孔口流量校準器的標準流量曲線值標定采樣器的流量曲線，以便由采樣器壓力計的壓差值（液壓差，以cm為單位）直接得知采氣流量，有的采樣器設有流量記錄器，可自動記錄采氣流量。

4 TSP污染的防治

對于TSP的防治，關鍵在于源頭的防治。對于煤炭、化工行業，加強對于尾氣的處理，除去有害的顆粒物和氣體。重力沉降是目前應用較多的技術。該工藝是利用含塵氣體中的顆粒受到重力的作用而自然沉降的原理，將顆粒污染物與氣體分離的過程。重力沉降是所有污染控制裝置中最簡單的一種。它的結構簡單、造價低，便于維護管理，壓力損失小，而且可以處理高溫氣體。其主要缺點是，沉降小顆粒的效率低，一般只能除去50μg以上的大顆粒。因此，重力沉降主要用于高效除塵裝置的前級除塵。含塵氣流通過橫斷面比管道大得多的沉降室時，流速大大降低，氣流中大而重的塵粒，在隨氣流流出沉降室之前，由于重力的作用，緩慢降落至沉降室底部而被清除。

政府方面應加強立法監管工作。治理環境污染，必須堅持預防為主、防治結合的原則，實現全面規劃，合理布局。環保部門應切實做好環境的監測調查工作。①加強對空氣污染源的監控，實施城市空氣質量周報或日報預報，使社會有關各方及時了解可能出現的空氣污染情況，使一些污染物排放較大的單位和對空氣污染物敏感的人群能預做準備。②制定嚴格的空氣質量標準關閉不合格的沙石料場，對于建筑工地，要求承包商在工地周圍加高護屏；對一些飛灰、塵土要隨時運出市區，要求運貨車加蓋遮篷，以免建筑材料散落街頭。③采取必要的應對措施，并可為環境管理決策提供及時、準確全面的環境質量信息。同時，投資興建以監控、信息、檢測等三大系統為核心的環境指揮中心，配備機動車尾氣遙感監測車，加強環境監理標準化建設。為使環境保護工作根深蒂固地開展起來，建立適應可持續發展和市場經濟的有利于環境保護的環境法律體系是必不可少的。在此基礎上實行環境執法監督，以國家環境政策、法律、法規和標準為依據，圍繞國家環保工作重心，結合城區環保工作重點，運用國家法律賦予的權利和城區政府授予的行政管理權限，以城區環保局為主體，在有關部門的配合下對一切與環境保護有關的經濟行為進行有效的監督行動。

加強宣傳，發動群眾，完善城市的綠化體系。在城區范圍內大規模植樹種草，在搞好垂直綠化的基礎上，實行立體綠化，使室內、地面、樓頂、墻體形成一個立體的綠化網，在凈化空氣、涵養水土的同時，還可以阻止細菌霉菌的生長。

5 結語

清潔的空氣是人類和生物賴以生存的環境要素之一。隨著工業及交通運輸事業等的發展，特別是煤和石油的大量使用，將產生的大量有害物質如煙塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氫化合物等排放到空氣中，當其濃度超過環境所能允許的極限并持續一定時間后，就會改變空氣的正常組成，破壞自然的物理、化學和生態平衡體系，從而危害人們的生活、工作和健康，破壞自然資源。而目前，人們對環境保護的潛伏性、長期性、緊迫性和艱難性認識不足，對政府的環境保護政策不理解，導致行為上的不夠積極，不夠配合。如在城區東部的桃園巷，本身道路坑洼不平，塵土飛揚，再加上市民自身素質不高，亂扔垃圾隨處可見。特別是每逢集市過后，更是滿地狼藉，這無疑加重了空氣中顆粒污染物的濃度。

因此要重視城市大氣TSP污染的防治處理。政府和社會應共同作用，加強立法、監管和宣傳工作，摒棄短期利益行為，真正做到經濟、社會的協調可持續發展。

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