重慶市主城降塵監(jiān)測研究

張 燦,周志恩,張 丹,鄭建軍,孟小星,張關(guān)麗

(重慶市環(huán)境科學研究院,重慶401147)

1 研究背景

大氣降塵(DF)指在空氣環(huán)境條件下,靠重力作用自然沉降到地表的顆粒物,其粒徑多在10μm以上。監(jiān)測意義上的降塵則是指在空氣環(huán)境條件下靠重力自然沉降在降塵罐中的顆粒物[1]。降塵本是大氣環(huán)境中組成最復雜、危害最大的污染物之一[2],可將大氣中部分以及Na,K,Ca,Mg和Pb,Cd,Zn等金屬元素帶入土壤或水域中[3],引起土壤酸化、水體污染及其他反應,因此對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,進而對人體健康產(chǎn)生影響。降塵監(jiān)控方法簡單、直觀性好,可以定量描述整個污染過程[4]。目前已有的研究主要關(guān)注降塵通量且多數(shù)集中在北方黃土高原地區(qū)城市,對南部城市降塵的研究較少[5]。

重慶主城區(qū)面積約2 737 km2,位于中梁山、銅鑼山兩山所夾槽谷。由于大巴山、秦嶺的阻隔,西部沙塵暴對重慶基本不會造成影響,浮塵天氣在重慶一般不會超過24 h。因此,重慶的降塵主要是來源于本地,建筑工地、裸土及道路等是降塵主要來源。

2003年初,主城實施了進一步控制塵污染計劃,并于2004年底完成,其內(nèi)容包括控制主城道路、建筑、市政和拆遷等施工揚塵污染;治理主城351臺工業(yè)爐窯粉(煙)塵和1 060家餐飲業(yè)油煙廢氣污染;主城內(nèi)79個街道(鎮(zhèn))建成“基本無煤區(qū)”。2005年,開始實施主城大氣污染控制的“藍天行動”,其中一項重要措施就是控制塵污染,具體措施包括控制機動車帶泥、帶塵和撒漏污染;加強道路沖洗、清掃保潔;提高改性瀝青路面的比例等。為了配合該行動,重慶市監(jiān)測中心于2006年1月份開始降塵監(jiān)測,目前已成為一項例行監(jiān)測,目的是反映主城降塵污染現(xiàn)狀、變化趨勢及控制效果,促進主城各區(qū)對轄區(qū)內(nèi)塵污染控制力度。

2 監(jiān)測方法

2.1 監(jiān)測布點

將主城建成區(qū)以3 km×3 km劃網(wǎng)格,分國控監(jiān)測點、道路監(jiān)測點和建筑工地監(jiān)測點3種類型布點。布點分別位于國家級大氣環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測站、主干道邊和建筑工地旁邊。道路點主要反映機動車尾氣塵和道路揚塵對降塵的影響;建筑點主要反映建筑塵和施工揚塵對降塵的影響;而國控點主要是反應一個區(qū)域環(huán)境降塵污染狀況。2009年撤銷建筑工地點,僅保留國控點和道路點。

2.2 樣品采集

降塵樣品使用圓柱形玻璃集塵缸(內(nèi)徑15 cm,高度30 cm)進行采集。集塵缸距離地面約5～12 m,采樣口距離平臺1～1.5 m。根據(jù)取樣介質(zhì)可將大氣降塵監(jiān)測大致分為干法和濕法,用水或其他試劑作為取樣介質(zhì)(濕法)所搜集的降塵量大于其他介質(zhì)(干法)[2]。這里使用的是濕法采樣,采樣前在集塵缸內(nèi)加入80 mL的乙二醇,放置于固定架(約高1.5 m)上。每月25日(月采樣時間30±2日)更換集塵缸,更換時對樣品采集地點、編號和取樣時間進行記錄,并及時將取下的集塵缸送回實驗室進行分析。

2.3 分析方法

降塵樣品取回后,去除樹葉、昆蟲等異物,以100 mL蒸餾水多次沖洗塵于玻璃坩堝中,在烘箱里烘2 h以上,然后放到干燥器電熱板(TP-520,日本)上105℃烘干,稱重,密封保存于冰箱中(4℃)。

2.4 評價方法和評價標準

降塵的計量指標單位為一定時間內(nèi)單位面積上地表沉降物質(zhì)的量,表示為t/(月·km2)或mg/(d ·m2)。我國目前暫無降塵量標準,國家環(huán)保部《環(huán)境質(zhì)量報告書編寫技術(shù)規(guī)定》中建議降塵量的評價標準是,以各城市的清潔對照點測值衡量,南方城市加3 t/(月·km2),北方城市加7 t/(月·km2)作為暫定限值。因此,重慶市主城降塵的標準值即為縉云山點(背景點)實測值+3 t/(月·km2)。重慶市主城施工工地揚塵污染物(以降塵表示)排放標準中規(guī)定,建筑物建造施工過程中,施工場所邊界監(jiān)測點的平均降塵量不得超過28.0 t/(月·km2)。歐美一些國家制定的降塵標準[6]如表1所示。

表1 一些國家的降塵標準

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 不同監(jiān)測點降塵量對比分析

主城區(qū)共設(shè)12個國控點、7個道路點(其中6個點數(shù)據(jù)較完整)、8個建筑工地降塵監(jiān)測點(其中7個點數(shù)據(jù)較完整)。國控點的集塵缸放置在自動監(jiān)測站上,分布在主城9區(qū)、經(jīng)開區(qū)、高新區(qū)以及縉云山背景點,代表整個區(qū)域的環(huán)境降塵狀況,數(shù)據(jù)較全。由于道路點和建筑工地點會出現(xiàn)集塵缸丟失或樣品被污染的情況,因此,缺少某些月份的數(shù)據(jù)。圖1是不同類型監(jiān)測點2006～2009年主城區(qū)平均降塵量的變化趨勢圖。

圖1 2006～2009年主城區(qū)降塵量的變化

如圖1所示,2006～2009年,國控點、道路點和建筑工地點降塵總體均呈下降趨勢。降塵量大小為國控點<建筑工地點<道路點。國控點平均降塵量由2006年的12.73 t/(月·km2)下降到2009年的7.78 t/(月·km2),下降38.9%;道路點平均降塵量由 24.45 t/(月 ·km2)下降到 17.41 t/(月 · km2),下降28.8%;建筑工地點降塵量由18.96 t/ (月 ·km2)下降到 13.42 t/(月 ·km2),下降29.2%。3類監(jiān)測點降塵量均有較大幅度的下降,降塵量下降幅度依次為道路點<工地點<國控點。

從表2可知,重慶鋼鐵集團所在地大渡口區(qū)每年的降塵量均明顯高于其他區(qū),為主城最大。按照標準值為縉云山點實測值+3 t/(月·km2)計算, 2006年標準值為9.12 t/(月·km2),主城平均值超出標準 39.6%,各區(qū)均超標;2007年超出標準19.5%,除渝北、經(jīng)開2個區(qū)未超標外,其余各區(qū)均超標;2008年超出標準11.4%,北碚、渝北、高新和經(jīng)開4個區(qū)未超標;2009年超出標準5.56%,北碚、渝中、南岸、渝北、高新和經(jīng)開6個區(qū)未超標。如果按照每月30d計算,得到2006年降塵量為424 mg/ (d·m2),均超出表1中其他國家的年平均標準; 2007年、2008年和 2009年分別為 275 mg/(d· m2)、271 mg/(d·m2)和259 mg/(d·m2),可達到阿根廷和芬蘭標準,但仍超出美國、西班牙和加拿大的年平均標準。無論從國控點降塵量的超標幅度,還是從達標區(qū)數(shù)量來看,均顯示出2006～2009年,重慶市主城區(qū)降塵污染控制取得了較大的成效。

表2 2006～2009年國控點降塵監(jiān)測結(jié)果 t/(月·km2)

2006～2008年,主城建筑工地監(jiān)測點平降塵量分別為24.45 t/(月·km2),29.05 t/(月·km2)和20.35 t/(月·km2)。據(jù)重慶市主城施工工地揚塵污染物(以降塵表示)排放標準28.0 t/(月·km2)評價,主城建筑工地2006年和2008年均不超標, 2007年超出標準3.75%。

以上分析可知,2006～2009年,主城國控點、道路點和建筑工地點的降塵量和超標率均呈下降趨勢,而且達標區(qū)在逐年增多,說明主城“藍天行動”塵污染控制取得了明顯效果,但道路點降塵量的變化低于其他監(jiān)測點,因此要大力加強對道路塵污染的控制。

3.2 降塵量月變化分析

圖2給出了降塵量的月分布情況,如圖所示,國控點、道路點和建筑工地點每年的月變化規(guī)律雖然不完全相同,但全年降塵量的高峰基本上是出現(xiàn)在3～5月份,其次在8～10月出現(xiàn)小高峰,此時正值春、秋季節(jié),相對于其他季節(jié)多風少雨,裸露的土或建筑塵遇到大風天氣容易被揚起,使大氣顆粒物濃度升高;6～7月以及11～12月份降塵量較低,因此,春秋季節(jié)應加強對降塵的控制。

圖2 主城降塵量月分布

3.3 降塵與PM10的相關(guān)性分析

對各個監(jiān)測點降塵量與可吸入顆粒物PM10質(zhì)量濃度的相關(guān)性進行統(tǒng)計,樣本數(shù)量為360個,得到圖3。

圖3 降塵量與PM10的相關(guān)性

可看出,降塵量與PM10質(zhì)量濃度呈正相關(guān),即PM10質(zhì)量濃度隨降塵量的增大而增大。

表3 相關(guān)系數(shù)(r)檢驗表

圖4為主城區(qū)平均PM10與降塵量的月變化趨勢圖。如圖所示,雖然降塵量與PM10濃度顯著正相關(guān),但從月變化趨勢看,在11～12月和3～4月,兩者變化趨勢相反,其余月份相同。PM10濃度呈現(xiàn)U字型,春冬季節(jié)較高,尤其是1月份和12月份,夏秋季節(jié)較低;而降塵呈現(xiàn)雙峰分布,春秋季節(jié)較高,夏冬季節(jié)較低。尤其在11～12月份,兩者呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)性。因此,春季要同時控制降塵和PM10,冬季則要著重控制粒徑小于10μm的顆粒物。

圖4 降塵量與PM10月變化趨勢

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)重慶市主城各類監(jiān)測點的降塵量依次為國控點<建筑工地點<道路點。2006～2009年,降塵量降低幅度依次為道路點<工地點<國控點。反映出主城“藍天行動”塵污染控制取得了明顯效果,但仍要加強對機動車尾氣排放和道路揚塵控制力度。

(2)全年降塵量的高峰出現(xiàn)在3～5月份,其次在8～10月出現(xiàn)小高峰,6～7月以及11～12月份降塵量較低,春秋季節(jié)應加強對降塵的控制。

(3)降塵量與 PM10呈高度的正相關(guān)關(guān)系,降塵量大的區(qū)域PM10濃度也高。降塵在春秋季節(jié)較高,而PM10濃度在春冬季節(jié)較高。因此,春季應控制降塵和PM10,而冬季則應著重控制粒徑小于10μm的顆粒物。

4.2 建議

(1)降塵的監(jiān)測存在實時的偶然性,在監(jiān)測工作中應關(guān)注監(jiān)測點周圍的變化情況,嚴格控制各種外部影響條件。

(2)各級粒徑的顆粒物對人體健康的影響不同,由于它們的理化特性不同,對建筑物、精密儀表等物體的腐蝕性亦不同[7],建議在以后的工作中應開展對降塵粒度分布的研究。

[1] 姜 偉,張衛(wèi)東,蔣昌譚,等.重慶主城大氣降塵特點研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2007,35(28):8884-8885,8887.

[2] 王贊紅.大氣降塵監(jiān)測研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2003,17 (1):54-59.

[3] Walter Ruijgrok,Cliff I.Davidson,Ken W.Nicholson Dry deposition of particles[J]Tellus,1995,47B:587-601.

[4] 田 剛,李建民,李 鋼,等.建筑工地大氣降塵與總懸浮顆粒物相關(guān)性研究[J].環(huán)境科學,2007,28(9):1941-1943.

[5] 倪劉建,張甘霖,阮心玲,等.南京市不同功能區(qū)大氣降塵的沉降通量及污染特征[J].中國環(huán)境科學,2007,27(1):2-6.

[6] H.W.Vallack,D.E.Shillito.Suggested Guidelines For Deposited Ambient Dust[J].Atmospheric Environment,1998, 32,(16):2737-2744.

[7] 張成君,胡軼鑫,錢韻硯,等.蘭州市冬季大氣沉降塵粒度特征及來源解析[J].蘭州大學報:自然科學版,2006,42(6):40-43.