三明市市區大氣顆粒物污染特征及源解析研究

李奇勇，李強

(1.三明學院資源與化工學院;2.福建省資源環境監測與可持續經營利用重點實驗室，福建三明365004)

三明市市區大氣顆粒物污染特征及源解析研究

李奇勇1，2，李強1，2

(1.三明學院資源與化工學院;2.福建省資源環境監測與可持續經營利用重點實驗室，福建三明365004)

為研究三明市市區大氣顆粒物污染情況，采集市區內典型區域的大氣顆粒物樣品，然后進行分析檢測，并采用化學質量平衡受體模型(CMB模型)進行源解析研究.研究結果表明，三明市市區大氣顆粒物污染中TSP指標較好，PM10的達標情況偏差，且“三鋼”和“三化”是市區內大氣顆粒物污染的主要排放來源，其排放的煤煙塵和冶金塵為三明市市區大氣顆粒物污染的主要源類.

大氣顆粒物;污染特征;源解析;化學質量平衡受體模型

三明市位于福建省西北部地區，被稱為中國最綠省份的最綠城市，素有中國綠都之稱，是中國優秀旅游城市、全國文明城市.同時三明市也是一座新興的工業城市，隨著近年來經濟的快速發展，環境污染問題已成為其亟待解決的難題之一.由于三明市的地理位置、工業因素、氣象條件比較特殊，使得大氣污染成為其主要的環境污染問題，特別是市區的大氣污染最為嚴重，不僅影響市區密集人口的正常生活，而且由于大氣污染的擴散性強，對市區周邊旅游業的發展也帶來一定影響.

在三明市市區的大氣污染中，顆粒物污染是主要的污染因子［1］，而大氣顆粒物污染的來源多種多樣，包括土壤塵、建筑塵、煤煙塵、冶金塵、道路塵等［2］.對于不同的大氣顆粒物污染源類，其對人體的危害以及防治措施存在較大差異［3］.為了詳細研究三明市市內大氣顆粒物污染情況，并分析其主要污染來源，該研究首先對市區內各主要區域的大氣顆粒物污染情況進行檢測分析，然后采用化學質量平衡受體模型(CMB模型)對TSP來源進行解析，通過分析研究能夠為三明市大氣污染防治工作提供指導.

1 采樣與分析

1.1 研究區域介紹

三明市主要行政區域包括梅列區、三元區、沙縣、將樂縣、泰寧縣等12個區縣，其中梅列區和三元區為市轄區，而研究區域主要為大氣污染較為嚴重、人口比較密集的市中心區域，如圖1所示，包括列西區、列東區以及三元區.在所研究的市區范圍內列西區為工業區，主要包括“三鋼”(三鋼集團有限責任公司)和“三化”(三明化工有限責任公司)兩大生產型企業，是可能造成大氣污染物的主要來源區域;列東區和三元區主要為居民生活區，其緊鄰列西區，可能受大氣污染的影響最嚴重.由于大氣顆粒物污染受風向及風速影響較大，而三明市市區屬丘陵河谷地形，東西方向以山體為主、地勢較高，而南北方向地勢較低、比較平坦，導致市區內年主導風向以偏北風為主，靜風頻率為5.9%，年平均風速為1.52m/s，三明市市區常年風向玫瑰圖如圖2所示.

圖1 三明市市區大氣監測點位分布圖

圖2 多年氣象年平均風向玫瑰圖

1.2 樣品采集

為了詳細研究三明市市區大氣顆粒物污染情況，在市區內選取有代表性的區域進行大氣顆粒物樣品采集.樣品采集點主要分布在群英小學(26°16'31.73″N，117°36'58.30″E)、三鋼子弟學校(26°15'45.18″N，117°37'15.93″E)、三化五村(26°15'16.88″N，117°37'13.85″E)、三明四中(26°14'44.25″N，117°36' 41.92″E)、三明二中(26°16'14.59″N，117°30'07.68″E)、三元區政府(26°14'15.87″N，117°36'10.58″E)，如圖1所示，其中群英小學、三鋼子弟學校、三化五村、三明四中為“三鋼”和“三化”周邊的采樣點，能夠較好的反映出工業生產排放大氣污染物的情況;而三明二中和三元區政府這兩個采樣點則能夠分別反映出列東區和三元區的大氣污染情況.

據調查［4－5］影響三明市空氣質量的主要大氣顆粒物為PM10，因此確定樣品采集點后使用便攜式大氣顆粒物采樣器采集TSP(總懸浮微粒)樣品和PM10(小于10微米的顆粒物)樣品.采樣時間為2014年9月23日至29日，24h連續采樣.

1.3 樣品分析

對采集到的TSP樣品和PM10樣品進行預處理后測定各采樣點的TSP和PM10質量濃度，然后采用原子吸收分光光度計測定各TSP樣品中的Pb、Mg、Cr、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Hg等元素含量.

2 結果與討論

2.1 市區大氣顆粒物污染特征

將各采樣點采集的TSP和PM10質量濃度及其平均值匯總于表1.

表1 各采樣點PM10及TSP質量濃度(日均mg/m3)

由表1可知三明市市區的TSP平均濃度僅為0.087mg/m3，達到《環境空氣質量標準》(GB 3095－2012)中一級限度值以內(日均0.12mg/m3)，TSP的達標情況較好;而PM10平均濃度為0.063mg/m3，超過一級限度值(日均0.050mg/m3)，PM10的達標情況偏差，且PM10占TSP的比例達到72.4%，表明三明市市區大氣顆粒物污染主要為PM10.

此外，大氣顆粒物在不同區域的分布上以群英小學和三明二中的顆粒物濃度最低，三鋼子弟學校、三明四中以及三元區政府的顆粒物濃度在市區平均水平左右，而三化五村的顆粒物濃度最高，達到0.100mg/m3.處于市區上風向的群英小學和三明二中的顆粒物濃度最低表明市區北部區域的大氣顆粒物排放較少;三化五村顆粒物濃度最高表明其上風向是市區大氣顆粒物排放的主要來源，而由圖1可知，三化五村上風向緊鄰“三化”和“三鋼”，且這兩個企業為市區內最大的生產型企業，因此可以推斷“三化”和“三鋼”為三明市市區內主要的大氣顆粒物排放來源;三鋼子弟學校位于“三鋼”和“三化”東邊，雖然也與其緊鄰，但未處于下風向，故大氣顆粒物濃度處于一般水平;三明四中和三元區政府雖然處于“三鋼”和“三化”下風向，但與其相距較遠，大氣顆粒物擴散至此的濃度較低，所以其顆粒物濃度也處于一般水平.

2.2 主要污染源大氣顆粒物排放情況

通過對三明市市區各采樣點大氣顆粒物污染特征分析，可以推斷“三鋼”和“三化”為市區大氣顆粒物排放的主要來源.為了研究“三鋼”和“三化”大氣顆粒物污染排放的具體情況，分別對其廠界TSP濃度進行監測并匯總于表2.

表2 “三鋼”和“三化”廠界TSP濃度(日均mg/m3)

由表2可知，“三鋼”和“三化”廠界的平均TSP濃度遠高于市區平均值，達0.300mg/m3左右，且在下風向廠界TSP濃度中“三鋼”最高達到0.595mg/m3、“三化”最高達到0.456mg/m3.另外，在上風向廠界TSP濃度中，“三鋼”為0.091 mg/m3，是由于受風向影響，大氣顆粒物濃度較低;而“三化”上風向廠界TSP濃度為0.156 mg/m3，主要是由于“三化”與“三鋼”緊鄰，且處于“三鋼”下風方向，所以上風向廠界TSP濃度受“三鋼”影響而較高.

2.3 市區大氣顆粒物源解析研究

為了詳細研究市區大氣顆粒物的來源解析，將各樣品采集點采集到的TSP樣品進行成分分析，其分析結果見表3.然后采用CMB模型對各采樣點的TSP進行源解析［6－8］，其分析結果見表4.

表3 各采樣點TSP中元素質量濃度(μg/m3)

表4 各采樣點TSP的源解析結果(分擔率/%)

從表4的TSP源解析結果來看，三明市市區內不同采樣點的大氣TSP主要排放源類存在明顯差異:(1)群英小學TSP的主要源類為煤煙塵和冶金塵，其分擔率分別為37.42%和45.49%，而其他源類的分擔率均低于10%.由圖1可知，群英小學緊鄰“三鋼”，距“三化”也較近，且地處偏僻，所以“三鋼”排放的冶金塵分擔率最高，“三化”排放的煤煙塵次之，而建筑塵、土壤塵、道路塵由于周邊交通不便、工地較少，其分擔率均很低.(2)三化五村與群英小學類似，但由于三化五村緊鄰“三化”、靠近“三鋼”，所以其TSP源類以煤煙塵最高、冶金塵次之，分擔率分別為42.27%和37.94%.(3)三明四中與三化五村相距較近，且均處于“三鋼”和“三化”的下風向，因此其TSP源類同樣以煤煙塵最高、冶金塵次之.但由于三明四中周邊工地較多，因而其土壤塵和建筑塵的分擔率略高，分別達到20.48%和15.62%.(4)三鋼子弟學校由于緊鄰“三鋼”和“三化”，且周邊交通運輸繁重，因此其TSP源類以道路塵、煤煙塵、冶金塵為主，分擔率分別為32.82%、27.16%和28.76%.(5)三明二中由于地處市中心最繁華地帶，且上風向屬于開發區，建筑工地較多，所以道路塵和建筑塵為最主要的TSP源類，其分擔率分別為34.62%和38.62%.(6)三元區政府與三明二中類似，處于三元區中心，但其周邊建筑工地較少，且處于“三鋼”和“三化”下風向，因此其TSP源類主要為道路塵、煤煙塵和冶金塵，分擔率分別為30.68%、24.18%和22.67%.

此外，根據表4中不同TSP源類在各采樣點的分擔率情況可知:煤煙塵和冶金塵在三明二中以外的其他區域均為主要的TSP來源;土壤塵除了在三明四中的分擔率達到20.48%外，其他區域的分擔率均低于10%;建筑塵除了在三明二中的分擔率達到38.62%外，其他區域的分擔率均低于20%，且群英小學、三鋼子弟學校、三化五村均低于10%;道路塵主要在市內比較繁華的三明二中、三元區政府、三鋼子弟學校的分擔率較高，其他區域的分擔率均低于10%.再結合市區各采樣點大氣顆粒物TSP質量濃度的情況，即三化五村TSP濃度最高，三鋼子弟學校、三明四中、三元區政府TSP濃度中等，群英小學和三明二中TSP濃度最低，可以推斷三明市市區大氣顆粒物污染的主要源類為煤煙塵和冶金塵.

3 結論

通過對三明市市區大氣顆粒物污染特征及源解析研究，得到以下結論:

(1)三明市市區大氣顆粒物污染中TSP指標較好，達到《環境空氣質量標準》一級限度值要求，而PM10的達標情況偏差，未達到一級限度值要求，且PM10為市區大氣顆粒物污染的主要組成.

(2)“三鋼”和“三化”為三明市市區大氣顆粒物污染的主要來源，且其下風向廠界TSP濃度遠高于上風向廠界TSP濃度，對下風向的大氣污染更為嚴重.

(3)三明市市區內不同區域的大氣TSP主要排放源類差異較大，列西區以煤煙塵和冶金塵為主;列東區以道路塵和建筑塵為主;三元區以道路塵、煤煙塵和冶金塵為主.

(4)“三鋼”和“三化”排放的煤煙塵和冶金塵為三明市市區大氣顆粒物污染的主要源類.

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Research on the Pollution Characteristics and Source Apportionment of Atmospheric Particulates in Sanming Downtown Area

LI Qi－yong1，2，LI Qiang1，2
(1.School of Resources and Chemical Engineering，Sanming University，Sanming，365004;
2.Fujian Provincial Key Laboratory of Resources and Environment Monitoring＆Sustainable Management and Utilization，Sanming，365004，China)

To investigate the pollution of atmospheric particulates in Sanming downtown area，the samples of atmospheric particulates was collected from representative region in urban area and put into analysis，in which chemical mass balance receptor model was adopted to the conduction of source apportionment.The results showed that the TSP index of the pollution caused by atmospheric particulates was better than that of PM10and it should be noted that Sangang and Sanhua were the main emissions of the atmospheric particulates.The soot of coal combustion and metallurgical engineering which were released by the above two constituted the main source class of the particle pollution in urban area.

atmospheric particulates;pollution characteristics;source apportionment;chemical mass balance receptor model

R122.2

A

1672－2590(2016)03－0091－05

2016－03－22

三明學院科研基金項目(B201301/G)

李奇勇(1971－)，男，福建浦城人，三明學院資源與化工學院教授級高級工程師，福建省資源環境監測與可持續經營利用重點實驗室學術委員會委員.