龍巖市PM10排放源污染元素富集因子分析

房春生，魏強(qiáng)，楊萌堯，王菊，陳克華，肖忠慎

(1.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院環(huán)境科學(xué)系，吉林長(zhǎng)春130012;2.龍巖市環(huán)境監(jiān)測(cè)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(qiáng)1，楊萌堯1，王菊1，陳克華2，肖忠慎2

(1.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院環(huán)境科學(xué)系，吉林長(zhǎng)春130012;2.龍巖市環(huán)境監(jiān)測(cè)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(yīng)用富集因子分析方法對(duì)龍巖市內(nèi)6種PM10主要排放源(道路塵、揚(yáng)塵、鋼鐵廠塵、水泥廠塵、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣塵、燃煤塵)的污染元素進(jìn)行了分析。分析結(jié)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(xiàn)象，這些元素的富集污染程度易受人類(lèi)活動(dòng)的影響，并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累在城區(qū)內(nèi)富集，使得城區(qū)內(nèi)PM10的污染現(xiàn)象突出。研究結(jié)果為龍巖市大氣環(huán)境治理提供了科學(xué)依據(jù)，有利于區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)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(qū)。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(shè)問(wèn)題，加之近年來(lái)城區(qū)的大規(guī)模開(kāi)發(fā)、機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的大量增加以及餐飲業(yè)的快速發(fā)展，使得城區(qū)內(nèi)大氣中PM10的含量明顯增加且不易擴(kuò)散，PM10的污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

富集因子法是分析環(huán)境中污染物來(lái)源和污染程度的有效手段，運(yùn)用富集因子法對(duì)龍巖市大氣中各PM10排放源的污染元素進(jìn)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(jìn)行大氣源解析工作提供重要依據(jù)［1］。

1 研究方法

1.1 富集因子法

富集因子指數(shù)的計(jì)算公式為:

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

Ef值的大小反應(yīng)元素富集的程度，Ef值越大說(shuō)明該元素的富集程度越高，污染級(jí)別受到人為因素的影響也就越大。通常，當(dāng)Ef值顯著＞1時(shí)，表明該元素有明顯的外來(lái)污染;當(dāng)Ef值近似等于1時(shí)，表明該元素未被污染或淋溶;當(dāng)Ef值＜1時(shí)，表明該元素被淋溶。根據(jù)Ef值的大小，可以將元素的富集程度分為5個(gè)級(jí)別［3～4］，詳見(jiàn)表1。

表1 富集因子分級(jí)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(lèi)［5］，因此，本文采用《中國(guó)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(jiàn)表2。

表2 福建省土壤元素背景值

1.3 參考元素的選擇

關(guān)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(xué)穩(wěn)定性較好和揮發(fā)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(qiáng)酸、抗強(qiáng)堿，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，自然界中的鈦易與其他元素結(jié)合成穩(wěn)定的化合物，是一種比較穩(wěn)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(yáng)塵、鋼鐵廠塵、水泥廠塵、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣塵和燃煤塵6個(gè)主要塵源類(lèi)別。

道路塵樣品在市區(qū)內(nèi)主要交通干道(主要是在干道的十字路口)取樣，共取樣56個(gè);揚(yáng)塵采集于居民區(qū)內(nèi)二、三樓道內(nèi)長(zhǎng)期未打掃的窗臺(tái)上的積灰，共采集樣品28個(gè);燃煤塵包括工業(yè)燃煤塵及民用燃煤塵，其中工業(yè)燃煤塵采自城區(qū)內(nèi)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(yè)燃煤塵采集樣品6個(gè)，民用燃煤塵采集樣品4個(gè)，共10個(gè);機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣塵收取機(jī)動(dòng)車(chē)排氣管內(nèi)積灰，采集樣品1個(gè)。水泥廠塵采集于龍巖市水泥廠除塵器落灰樣品，共2個(gè);鋼鐵廠塵采集于鋼鐵廠除塵舊灰樣品2個(gè)，鐵礦石樣品2個(gè)，共4個(gè)。本次污染源樣品的采集工作于2009年9月16～23日內(nèi)完成。

2.2 樣品分析

污染源樣品的分析測(cè)試由長(zhǎng)春市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站完成。源樣品的分析測(cè)試采用美國(guó)環(huán)境保護(hù)署1999年6月發(fā)布的《環(huán)境空氣中的無(wú)機(jī)化合物檢測(cè)方法匯編》中利用X熒光質(zhì)譜檢測(cè)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(gè)標(biāo)識(shí)元素。源樣品的成分譜見(jiàn)表3。

3 結(jié)果分析

龍巖市各主要PM10排放源富集因子分析結(jié)果見(jiàn)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(shù)

從圖1中可以看出，龍巖市Ca元素的富集污染程度最為嚴(yán)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(dá)到了極強(qiáng)污染。Ca元素是水泥廠塵、水泥成品及建筑塵的標(biāo)識(shí)性元素，龍巖市之所以出現(xiàn)了Ca元素的高強(qiáng)度富集污染是由于龍巖市存在著水泥廠包圍城區(qū)的現(xiàn)象，盡管近年來(lái)取締了一些小型水泥廠，但水泥廠對(duì)城區(qū)內(nèi)的影響并未得到明顯緩解，因此便出現(xiàn)了圖中所示的結(jié)果。另外，受城市開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)的影響，建筑施工產(chǎn)生的建筑塵通過(guò)大氣沉降進(jìn)一步加重了道路塵和揚(yáng)塵中Ca元素的富集污染現(xiàn)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(xiàn)象。這5種元素均是燃煤塵的標(biāo)識(shí)性元素。近年來(lái)，龍巖市的餐飲業(yè)得到了快速發(fā)展，城區(qū)內(nèi)街邊出現(xiàn)了許多小爐灶，這些爐灶大多數(shù)以原煤為燃料，且油煙大都不經(jīng)任何處理直接排放，形成點(diǎn)多面廣的無(wú)組織排放源。污染物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的積累并通過(guò)大氣沉降影響了道路塵、揚(yáng)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(biāo)識(shí)性元素，因此在鋼鐵廠塵中出現(xiàn)了各金屬元素的高度富集現(xiàn)象。

在機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣塵中，上述各元素的富集污染現(xiàn)象也十分嚴(yán)重。Mn、Zn的富集污染甚至達(dá)到了極強(qiáng)污染級(jí)別。在龍巖，摩托車(chē)是最為普遍的交通工具，但這些摩托車(chē)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(zhì)。同時(shí)可以看出，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣塵與燃煤塵共同成為了龍巖市區(qū)內(nèi)As元素富集的最主要來(lái)源。

4 結(jié)論與建議

富集因子法是識(shí)別大氣系統(tǒng)中元素自然來(lái)源和人為來(lái)源的有效途徑，它通過(guò)計(jì)算富集因子指數(shù)來(lái)判斷系統(tǒng)內(nèi)各元素富集的程度，是一種簡(jiǎn)便易行的評(píng)價(jià)方法。

本文通過(guò)對(duì)龍巖市內(nèi)6種主要PM10排放源的污染元素進(jìn)行富集因子分析后發(fā)現(xiàn)，在龍巖市區(qū)內(nèi)，各PM10排放源中Ca元素的富集污染現(xiàn)象最為嚴(yán)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(xiàn)象，其中Mn、Cu、Pb、Zn在機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣塵中富集的最為嚴(yán)重，加之龍巖市內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)量大質(zhì)次，因此也造成了道路塵和揚(yáng)塵中的這四種元素的富集污染現(xiàn)象。同時(shí)，龍巖市區(qū)內(nèi)點(diǎn)多面廣的小爐灶燃煤塵的無(wú)組織排放與機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣塵共同構(gòu)成了As元素的最主要排放源。

通過(guò)富集因子法得出的結(jié)果可以看出，龍巖市PM10排放源污染元素的富集污染現(xiàn)象絕大程度上受人為活動(dòng)的影響。今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)PM10排放源的污染控制，通過(guò)關(guān)停重度污染企業(yè)，推行清潔煤的使用，淘汰檔次過(guò)低、尾氣排放量過(guò)大的機(jī)動(dòng)車(chē)等一系列措施來(lái)加強(qiáng)人為污染源的深入治理，以便改善龍巖市大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀。

［1］張秀芝，鮑征宇，唐俊紅.富集因子在環(huán)境地球化學(xué)重金屬污染評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，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(xué)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(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19(4).

［4］Georgiana D.Vasile·Luminita Vdescu.Cadmium partition in river sediments from an area affected by mining activities［J］.Environ Monit Assess，2010，(167).

［5］姬亞芹，朱坦，馮銀廠.用富集因子法評(píng)價(jià)我國(guó)城市土壤風(fēng)沙塵元素的污染［J］.南開(kāi)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，39(2).

［6］中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.中國(guó)土壤元素背景值［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1990.

［7］王玉婷，白憲洲，何明友，等.宜賓江安桐梓鎮(zhèn)土地整理區(qū)耕地土壤重金屬富集因子評(píng)價(jià)［J］.地球與環(huán)境，2009，37(3).

［8］袁媛.開(kāi)封市近地層大氣顆粒物垂直分布特征研究［D］.開(kāi)封:河南大學(xué)，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－h(huán)ua2，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(xué)青年教師創(chuàng)新項(xiàng)目資助(421031674425);吉林大學(xué)種子基金項(xiàng)目資助(421021614425)。

房春生(1971－)，男，漢族，吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授，博士學(xué)位，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境規(guī)劃與管理。