濟(jì)源市環(huán)境空氣PM2.5/PM10比值比及其離子成份和無機(jī)物占比研究

范存峰，安永生

(河南省濟(jì)源市環(huán)境監(jiān)測站，河南 濟(jì)源 459000)

濟(jì)源市環(huán)境空氣PM2.5/PM10比值比及其離子成份和無機(jī)物占比研究

范存峰，安永生

(河南省濟(jì)源市環(huán)境監(jiān)測站，河南 濟(jì)源 459000)

分析了濟(jì)源市PM10和PM2.5同步監(jiān)測結(jié)果，得出濟(jì)源市空氣顆粒物污染中PM2.5在PM10中占有較大比重，并通過對采樣濾膜的硫酸根、硝酸根、氯離子進(jìn)行離子分析，以及對鐵、錳、銅、鉛、砷、鎘、鈣等無機(jī)元素進(jìn)行分析，得出了二次污染物硫酸鹽等主要存在于PM2.5中且占有較大比重，以鈣為代表的建筑水泥塵和鋼鐵塵為PM10的主要來源的結(jié)果。

PM2.5；PM10；PM2.5/PM2.5質(zhì)量比值；二次污染物

1 引言

顆粒物是空氣質(zhì)量最常見的一項(xiàng)指標(biāo)，不同粒徑的顆粒物會(huì)吸附不同的有害物質(zhì)，進(jìn)入人的呼吸系統(tǒng)，誘發(fā)多種疾病，PM2.5由于表面積大，更容易攜帶大量的重金屬、病原體微生物和氣溶膠進(jìn)入人體肺部造成危害[1，2]，因而更受社會(huì)關(guān)注。加上近年空氣霧霾的加劇，國家對顆粒物的監(jiān)測逐漸由PM10監(jiān)測向與細(xì)顆粒物PM2.5監(jiān)測并重轉(zhuǎn)變，2016年起環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-2012)將PM2.5納入全面監(jiān)測并評價(jià)。為摸清濟(jì)源市PM2.5現(xiàn)狀及其與PM10的關(guān)系，分析影響PM2.5的主要因素，選取了市區(qū)和偏遠(yuǎn)山區(qū)兩個(gè)測點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行PM10和PM2.5監(jiān)測，得出濟(jì)源市環(huán)境空氣中PM2.5和PM10質(zhì)量比值關(guān)系，同時(shí)分析兩者中人類活動(dòng)影響較大的幾種無機(jī)物和二次污染物(在空氣中以氣溶膠形式存在的硫酸鹽、硝酸根鹽、氯酸鹽等鹽類)為環(huán)境管理決策提供更科學(xué)的依據(jù)。

2 研究準(zhǔn)備

點(diǎn)位選擇：按照環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范對監(jiān)測點(diǎn)位要求，分別在市區(qū)和山區(qū)(距城市約20 km，周邊無明顯人為污染源)各選一點(diǎn)位同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測。

研究內(nèi)容：PM2.5/PM10質(zhì)量比值研究、PM2.5中離子成份質(zhì)量占比分析(主要分析二次污染物硫酸根離子、氯離子、硝酸根離子)、根據(jù)當(dāng)?shù)毓I(yè)特點(diǎn)對PM2.5中無機(jī)物鉛、鉻、鐵、錳、鈣、砷、銅、鎘進(jìn)行全量占比分析。

采樣設(shè)備選擇：兩個(gè)點(diǎn)位監(jiān)測采樣均選用同種型號的青島嶗應(yīng)2050型采樣器進(jìn)行采樣，切割頭均選用與此儀器配套的沖擊式顆粒物切割器。在采樣開始前對所選用儀器進(jìn)行流量校準(zhǔn)和氣密性檢查，并對切割頭進(jìn)行清洗和密封件檢查。

分析設(shè)備選擇：濾膜稱量采用梅特勒AE200S型的萬分之電子分析天平，離子分析選用美國戴安公司ICS-90型離子色譜分析，無機(jī)物鉛、鎘、砷采用美國安捷倫公司的7700型ICP-MS分析，鐵、銅、錳、鈣采用PE公司Aanalyst600型原子吸收分析分光光度計(jì)分析，所有使用儀器均在檢定有效期內(nèi)。

現(xiàn)場采樣：兩個(gè)點(diǎn)位同期分別進(jìn)行PM10和PM2.5采樣，均采集日均值，每期采樣4 d。

分析質(zhì)量保證：實(shí)驗(yàn)室按環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測定方法HJ618-2011進(jìn)行分析，做到濾膜恒重，每次稱量前對標(biāo)準(zhǔn)濾膜進(jìn)行稱量誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi)?，F(xiàn)場每期按分析類別不同各帶空白樣，室內(nèi)分析由持證人員按標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行分析，并進(jìn)行自控[3]。

3 研究結(jié)果及結(jié)論

3.1 PM2.5和PM10質(zhì)量比質(zhì)研究結(jié)果

2015年2月和4月對兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位共進(jìn)行了兩個(gè)周期監(jiān)測，分別在市區(qū)點(diǎn)位和山區(qū)點(diǎn)位對PM2.5和PM10進(jìn)行同步監(jiān)測，并計(jì)算市區(qū)點(diǎn)和山區(qū)點(diǎn)PM2.5/ PM10質(zhì)量比值，共獲得8組有效數(shù)據(jù)，分析結(jié)果見表1。

表1 環(huán)境空氣中PM2.5在PM10中的質(zhì)量比

由以上數(shù)據(jù)可以看出：①同期山區(qū)PM2.5/ PM10質(zhì)量比值普遍比市區(qū)PM2.5/ PM10質(zhì)量比值低，說明PM2.5主要由人類生產(chǎn)和生活等人為活動(dòng)引起；②不論市區(qū)還是山區(qū)2月份PM2.5/ PM2.5質(zhì)量比值普遍比PM2.5/ PM10質(zhì)量比值高，2月份為北方冬季剛剛結(jié)束，基本仍屬冬季性氣候，而4月份已明顯進(jìn)行春季，說明冬季空氣顆粒物污染主要為PM2.5，其質(zhì)量占比達(dá)70%以上，而夏季其質(zhì)量占比明顯較低；③總體來看，濟(jì)源市城市環(huán)境空氣中PM2.5/ PM10質(zhì)量比值較高，最低達(dá)60%，最高達(dá)93%，可以看出城市空氣顆粒物污染主要為較細(xì)顆粒PM2.5污染物，因此濟(jì)源市空氣污染顆粒物的防治重點(diǎn)在于PM2.5。

3.2 PM2.5和PM10中的離子成份質(zhì)量占比研究結(jié)果

研究對2月份同步采集的PM2.5和PM10濾膜進(jìn)行離子成份分析，分別計(jì)算其離子成分與采樣顆粒物的重量比，最后得出3種離子在PM2.5和PM10中的質(zhì)量占比，結(jié)果數(shù)據(jù)見表2。

表2 環(huán)境空氣中各離子與PM2.5和PM10的質(zhì)量比值

由以上數(shù)據(jù)可以看出：①在PM2.5中3種離子的占比從大到小依次為硫酸根>硝酸根>氯離子，其占PM2.5塵重比的范圍分別為4.6%～23.8%、1.9%～16.7%、0.7%～5.9%，3種離子占PM2.5塵重排序與其占PM10塵重排序一致；②在3種離子的PM2.5塵重比值與PM10塵重比值范圍分別為：硫酸根(PM2.5/ PM10)0.65～1.66、硝酸根(PM2.5/ PM10)0.61～1.18、氯化物(PM2.5/ PM10)0.15～4.45，可以看出3種離子較多的存在于PM2.5中，即二次污染物硫酸根、硝酸根和氯化物多于細(xì)顆粒形式存在；③由上表統(tǒng)計(jì)可知，在3種離子在PM2.5塵重中占比之和的范圍為6.5%～46.4%，平均占比為24.9%，可見在PM2.5中二次污染物3種離子占有較大比重，最大占比將近一半，因此要降低PM2.5污染，治理形成這些二次污染物的二氧化硫、氮氧化物等一次污染物顯得尤其重要。

3.3 PM10中的無機(jī)成份質(zhì)量占比研究結(jié)果

濟(jì)源市工業(yè)以電力、鋼鐵和有色金屬冶煉為代表，且工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有較大比重，因此研究選擇以鐵、錳、銅、鉛、鎘為主進(jìn)行分析，并在4月份抽樣分析了PM10顆粒中元素鈣和砷。分析結(jié)果見表3。

由以上數(shù)據(jù)可看出：①在研究分析的7種無機(jī)元素中，鈣在PM10中占比最大，平均為27.5%，鈣的主要來源為建筑水泥塵和鋼鐵塵[4]，這正與濟(jì)源當(dāng)?shù)氐墓I(yè)結(jié)構(gòu)和城市建設(shè)現(xiàn)狀相對應(yīng)；②在研究分析的其他6種元素的PM10占比從大到小依次為鐵>砷>鉛>錳>銅(鎘)，最大為鐵，占比達(dá)2.69%，最小為銅和鎘，占比為0.08%。6種元素在PM10中平均供獻(xiàn)值4.3%。對比重慶市主城區(qū)PM10源成份譜，其砷和鉛所有源類最大百分比分別為0.01%、0.19%[5]，遠(yuǎn)小于表3中0.75%和0.57，可見濟(jì)源市PM10中鋼鐵和冶煉行業(yè)具有一定的貢獻(xiàn)。

表3 環(huán)境空氣中無機(jī)成份在PM10中的質(zhì)量占比 %

[1]林 云，李美玲.焦作市城區(qū)霧霾天氣成因及對策分析[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013(5).

[2]王 媛，黃 薇.患心血管病老年人夏季PM2.5和CO的暴露特征及評價(jià)[J].中國環(huán)境科學(xué)，2009，(29)9.

[3]魏復(fù)盛.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[4]白志鵬.石家莊市大氣顆粒物源解析及污染防治對策[J].中國環(huán)境科學(xué)，2001(6).

[5]趙 崎，張 丹，葉 堤，等.重慶主城大氣PM10的源解析研究[J].三峽環(huán)境與生態(tài)，2008，1(3).

2015-09-05

范存峰(1974—)，男，河南洛陽人，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析工作。

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A

1674-9944(2015)12-0206-02