大氣顆粒物及其重金屬污染特征和來(lái)源分析

楊揚(yáng)

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 吉林長(zhǎng)春 130118）

大氣顆粒物及其重金屬污染特征和來(lái)源分析

楊揚(yáng)

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 吉林長(zhǎng)春 130118）

本文結(jié)合近年來(lái)的研究成果，對(duì)目前大氣顆粒物的污染特征、顆粒物中重金屬的分布特征、顆粒物中重金屬的形態(tài)分布、顆粒物中重金屬的來(lái)源進(jìn)行綜述，并對(duì)大氣顆粒物污染控制現(xiàn)狀及控制技術(shù)進(jìn)行討論，提出大氣顆粒物及其重金屬污染的控制對(duì)策和建議。

顆粒物；重金屬；污染特征；來(lái)源分析

可吸入顆粒物指粒徑小于10μm的顆粒物，用PM10表示，其中粒徑小于2.5μm的顆粒物被稱為細(xì)顆粒，用PM2.5表示。大氣可吸入顆粒物(PM10)能夠長(zhǎng)期存在于環(huán)境中，影響環(huán)境大氣質(zhì)量和人類(lèi)健康，對(duì)人體危害極大。

1 大氣顆粒物污染特征的研究

目前通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)環(huán)境大氣顆粒物規(guī)律的不斷探索研究中，對(duì)大氣可吸入顆粒物PM10和PM2.5具有一定理論基礎(chǔ)，大氣環(huán)境中顆粒物濃度隨季節(jié)變化明顯，冬季顆粒物濃度最高、夏季顆粒物濃度最低，顆粒物PM2.5的濃度在一天中會(huì)出現(xiàn)2個(gè)峰值時(shí)間分別為上午8～9點(diǎn)和晚間22點(diǎn)[1]；大氣顆粒物中PM2.5占PM10的比例較大。顆粒物濃度與氣象條件有關(guān)：PM2.5質(zhì)量濃度與降雨、輻射量、風(fēng)速、氣壓和能見(jiàn)度存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與總云量、溫度存在正相關(guān)關(guān)系[2]。

JudithC.Chow等對(duì)墨西哥環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行研究，結(jié)果顯示：墨西哥冬季環(huán)境空氣中PM2.5濃度占PM10的比例為50%左右，全城從西部地向東南部區(qū)大氣顆粒物的濃度呈遞減趨勢(shì)[3]。PujaKhare等人對(duì)大氣顆粒物PM2.5進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)印度東北部地區(qū)大氣顆粒物PM2.5濃度隨季節(jié)呈現(xiàn)規(guī)律性變化，春、夏、秋三季大氣顆粒物PM2.5濃度均低于冬季[4]。

2 大氣顆粒物中重金屬元素的研究

2.1 大氣顆粒物中重金屬的分布特征

大氣顆粒物中無(wú)機(jī)成分以重金屬為主，易蓄積、具毒性，可以通過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體。王京等對(duì)貴陽(yáng)市145個(gè)大氣樣品進(jìn)行分析結(jié)果顯示：貴陽(yáng)市PM10、PM2.5的污染嚴(yán)重，重金屬元素分析中Pb和Zn含量較高[5]。孫龍仁等人報(bào)道烏魯木齊市夏季重金屬元素在PM10中比在PM2.5中的富集能力弱，Cr和Ni主要為人為來(lái)源；Mn元素則主要來(lái)自于自然揚(yáng)塵[6]。沈軼等對(duì)我國(guó)上海市大氣中的幾種元素進(jìn)行研究，所測(cè)定元素在PM2.5中濃度最大值為Fe元素，As和Ti元素含量較低；Cu、Zn、Pb等元素在PM2.5中的濃度隨季節(jié)呈現(xiàn)規(guī)律性變化，F(xiàn)e和As元素的濃度全年穩(wěn)定，受人為環(huán)境影響不大[7]。SamuelMelaku[8]等人對(duì)大氣顆粒物中As、Cd、Cr、Pb四種重金屬元素研究分析：在美國(guó)華盛頓地區(qū)環(huán)境空氣中該四種重金屬的平均濃度排序?yàn)锳s＜Cd＜Pb＜Cr；同時(shí)發(fā)現(xiàn)重金屬濃度與氣象條件如溫度、降水等存在相關(guān)性。

2.2 顆粒物中重金屬元素形態(tài)分布

目前，研究者們主要采用單級(jí)提取法和多級(jí)連續(xù)提取法這兩種常用方法對(duì)大氣顆粒物中的重金屬進(jìn)行化學(xué)形態(tài)分析。單級(jí)提取法是以單一化學(xué)試劑進(jìn)行萃取的方法；多級(jí)連續(xù)提取法是根據(jù)重金屬呈現(xiàn)出不同理化性質(zhì)選取不同的化學(xué)試劑逐步提取的方法。相關(guān)研究表明：Cd的存在形式為結(jié)合態(tài)為主；Cr以結(jié)合態(tài)和不溶物為主；Cu主要存在于可氧化態(tài)；Pb主要分布在殘?jiān)鼞B(tài)；可交換態(tài)、可溶態(tài)、碳酸鹽態(tài)；Zn、Pb、Cd和Cu多以可還原態(tài)分布于環(huán)境中；AntonioJ.Fe-rnandez：Fe和Al的主要存在形態(tài)為氧化態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)以及殘?jiān)鼞B(tài)[9]。

3 大氣顆粒物源解析研究

如何準(zhǔn)確地解析大氣顆粒物的物質(zhì)來(lái)源，并確定其貢獻(xiàn)值是大氣污染防治的重要內(nèi)容，這對(duì)污染物質(zhì)治理具有重要意義。

大氣顆粒物來(lái)源的無(wú)機(jī)化學(xué)研究中最常用的為質(zhì)量平衡法、富集因子法和因子分析法等方法。專家學(xué)者運(yùn)用不同方法所對(duì)環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素進(jìn)行源解析研究。楊復(fù)沫等[10]Se、Br、Pb在北京環(huán)境空氣中存在富集現(xiàn)象，其中Se的富集程度最高，北京粒物的燃煤污染特征[11]。對(duì)廣州白云區(qū)大氣顆粒物的無(wú)機(jī)元素進(jìn)行研究，結(jié)果表明廣州的建筑揚(yáng)塵污染和汽車(chē)尾氣型污染比較嚴(yán)重，燃煤型污染物正向好的趨勢(shì)發(fā)展。楊麗萍等[12]報(bào)道蘭州市大氣污染物來(lái)源及其所占的比例結(jié)果為，主要來(lái)源是自然及建筑揚(yáng)塵、煤炭燃燒和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣。

顆粒物來(lái)源的有機(jī)化學(xué)研究主要采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、分子標(biāo)識(shí)法和碳同位素法。目前對(duì)有機(jī)物的研究已成為熱點(diǎn)課題。

4 大氣顆粒物及其重金屬污染的控制

通過(guò)大氣顆粒物源解析，確定污染來(lái)源，如石油和煤的燃燒是產(chǎn)生Ni的主要原因，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放主要貢獻(xiàn)Zn、Cu、Cd、Pb元素，車(chē)輛行駛產(chǎn)生的揚(yáng)塵是Zn、Cu、Pb的重要來(lái)源，垃圾焚燒產(chǎn)生大量Zn元素，土壤揚(yáng)塵貢獻(xiàn)Fe、Mn[13]。大氣顆粒物中重金屬污染物控制。（1）通過(guò)源解析確定對(duì)人體健康有重要影響的重金屬污染物的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值。（2）在確定嚴(yán)格的排放限值的基礎(chǔ)上，應(yīng)建立系統(tǒng)的大氣顆粒物污染治理技術(shù)體系，對(duì)已產(chǎn)生的污染進(jìn)行全面有效的治理。（3）通過(guò)源頭控制、過(guò)程控制和末端控制等技術(shù)對(duì)大氣污染進(jìn)行防治，降低大氣中顆粒物及其重金屬污染的環(huán)境影響。

[1]劉閩.沈陽(yáng)市大氣顆粒物PM2.5污染現(xiàn)狀分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué), 2011,6,(3):13-15.

[2]李凱,張承中,等.西安市采暖期PM2.5污染狀況及其與氣象因子的相關(guān)分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(20):9603-9605.

[3]Judith C.Chow,etal.Chemical composition of PM2.5and PM10in Mexico City during winter 1997[J].The Science of the Total Environment,2002,287:177-201.

[4]PujaKhare,B.P.Baruah.Elemental characterization and source identification of PM2.5using multivariate analysis at the suburban site of North-East India[J].Atmospheric Research 2010,98:148-162.

[5]王京,王初,等.貴陽(yáng)市城市近地面PM10、PM2.5及重金屬污染水平研究.環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2011,36(4):74-76.

[6]孫龍仁,鄭春霞,等.烏魯木齊市夏季大氣PM10、PM2.5中重金屬的分布特征[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,15(2):37-41.

[7]沈軼,陳立民,等.上海市大氣PM2.5中Cu、Zn、Pb、As等元素的濃度特征[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,41(4):405-408.

[8]SamuelMelaku,etal.Seasonal variation of heavy metals in ambient air and Precipitation at a single site in Washington,DC[J].Environmental Pollution 2008,155:88-98.

[9]馮茜丹,黨志,等.廣州市秋季PM2.5中重金屬的污染水平與化學(xué)形態(tài)分析[J].環(huán)境科學(xué).2008,29(3):569-575.

[10]楊復(fù)沫,賀克斌,等.北京大氣PM2.5中微量元素的濃度變化特征與來(lái)源[J].環(huán)境科學(xué),2003,24(6):33-37.

[11]郭璇華,高瑞英,等.大氣顆粒物中無(wú)機(jī)元素特性研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2006,29(6):49-51.

[12]楊麗萍,陳發(fā)虎.蘭州市大氣降塵污染物來(lái)源研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2002,22(4):101-104.

[13]譚吉華,段菁春.中國(guó)大氣顆粒物重金屬污染,來(lái)源及控制建議[J].中國(guó)科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào),2013,3(30):145-155.

楊揚(yáng)(1986—)，男，漢族，吉林通化人，研究生。