成都市大氣總懸浮顆粒物(TSP)和 P M10中重金屬含量及分布特征

楊 菊 倪師軍 彭 景

(成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室,成都,610059)

成都市大氣總懸浮顆粒物(TSP)和 P M10中重金屬含量及分布特征

楊 菊 倪師軍 彭 景

(成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室,成都,610059)

大氣顆粒物中的重金屬污染物具有不可降解性,它通過干濕沉降可轉(zhuǎn)移到地表土壤和地表水體中,并通過一定的生物化學(xué)作用,轉(zhuǎn)移到動植物體內(nèi),導(dǎo)致各種人體機能障礙,身體發(fā)育遲緩,甚至引起各種癌癥和心臟病.

本文以成都市大氣總懸浮物顆粒物 TSP以及可吸入顆粒物 PM10為研究對象,研究了成都市大氣顆粒物中重金屬的含量和時空分布特征.

1 樣品采集與分析

根據(jù)成都市功能區(qū)分布不同,在東西兩區(qū)各設(shè)立監(jiān)測點(E點、W點),其中東區(qū)為大氣污染嚴重區(qū),西區(qū)為居住生活區(qū),相對東區(qū)污染源較少.根據(jù)大氣顆粒物排放分類和成都市氣體排放重金屬污染物種類的調(diào)查分析,將所研究的重金屬元素確定為 Pb,Cd,Zn,Cu,Ca,Mn,Cr,Co,Ni,V.

參考國家環(huán)境空氣質(zhì)量標準和相關(guān)金屬的測試標準選擇連續(xù)監(jiān)測法,于 2007年11月1日—10日連續(xù)采樣 10d,每次采樣時間為 24h.同時觀測氣象參數(shù),記錄氣溫、氣壓、濕度、風向、風速等氣象條件.使用中流量 TSP采樣器和 PM10采樣器分別同時采集大氣顆粒物樣品,樣品收集在直徑 10cm的玻璃纖維濾膜上.

試驗采取微波消解法測試各重金屬的總量,其中 Ni,Cr,Co,V元素由電感耦合等離子質(zhì)譜法測定,Pb,Zn,Cu,Cd,Mn,Ca元素由火焰原子吸收分光光度法測定.

樣品的前處理采用密閉微波消解體系法消解樣品.將稱重后的玻璃纖維濾膜樣品剪碎后放入 50ml坩鍋中,加入10mL 1∶1的濃 HNO3+30%H2O2混合溶液 (現(xiàn)配),浸泡過夜.微火加熱至沸騰 (錐形瓶上放置漏斗),保持沸騰10min.冷卻后加入 5ml 30%H2O2,沸騰至微干;冷卻,加入 6ml HNO3與 4ml HF,再沸騰 10min,轉(zhuǎn)移至消解罐中,進入微波消解.將消解后的液體轉(zhuǎn)入坩鍋,加熱近干后再加入 5ml HNO3,保持微沸 10min后,溶液收集于 50ml聚丙烯管中,用 5mL 1%HNO3沖洗,冷卻后定容.

2 重金屬總量及其污染特征

成都市大氣總懸浮顆粒物 (TSP)以及可吸入顆粒物 (PM10)中 10種重金屬消解總量及其平均含量值見表1.在大氣顆粒物中各重金屬總量分布平均濃度相差較大,元素 Ca含量最大,TSP中平均濃度為 23.620μg·m-3,元素 Zn,Pb,Mn和 Cu含量相對較低,其次為元素 V,Cr,Ni,Cd,元素 Co含量最低,TSP中平均濃度為 0.004μg·m-3.其中TSP中 Pb的平均含量為 1.308μg·m-3,東區(qū) (E點)的含量為 1.280μg·m-3,西區(qū) (W點)為 0.797μg·m-3.PM10中Pb的平均含量為 0.705μg·m-3,東區(qū) (E點)的含量為 0.799μg·m-3,西區(qū) (W點)為 0.611μg·m-3.根據(jù)國家大氣環(huán)境質(zhì)量標準 (GB3095-1996)規(guī)定的相關(guān)要求,大氣總懸浮顆粒物 TSP中 Pb的年平均濃度限值為 1.00μg·m-3,可見成都市東區(qū)(E點)Pb的含量已超過年平均值的 20%.

表1 成都市大氣 TSP與 PM10中各重金屬總量 (μg·m-3)

重金屬含量分布特征表明,在同一粒徑顆粒物中,東區(qū)顆粒物中重金屬含量比西區(qū)中重金屬含量要高,其中東區(qū)TSP顆粒物中各重金屬含量比西區(qū)高出 7%—120%,東區(qū) PM10顆粒物中各重金屬含量比西區(qū)高 9%—85%.空間濃度相差較大的為 Pb,Zn,Cu,Cd,Mn,Co,Ca,濃度相差較小的元素為 Ni和 Cr.TSP中 Cu濃度隨空間變化較大,而在 PM10中的 Cu總量隨空間變化較小.

3 重金屬總量的粒徑分布特征

根據(jù) PM10中各重金屬濃度占 TSP中各重金屬濃度的百分比表明:大氣中各重金屬主要分布在可吸入顆粒物 PM10中,特別是元素V,其在兩監(jiān)測點的大氣顆粒物中所占比率均超過 80%.

結(jié)合各重金屬在不同粒徑顆粒物中的總量分布,主要有以下幾點特征:大氣顆粒物中各重金屬主要分布在粒徑較小的 PM10中,特別是 V,Cd,Co,Pb等元素在粒徑較小的 PM10中分布較廣;監(jiān)測點 E大氣顆粒物 PM10中Mn和 Cd的濃度占 TSP的百分比與監(jiān)測點W存在明顯差異,說明東區(qū) (E點)的Mn和 Cd在大粒徑的顆粒物中濃度百分比高于西區(qū) (W點),而 Co的濃度分布特征與之相反,在監(jiān)測點 E大氣顆粒物中,Co更多地分布在小粒徑顆粒物中,這與不同重金屬的來源不同有關(guān).Mn和 Cd主要來自冶金工廠,W區(qū)一直是居民中心區(qū),工業(yè)生產(chǎn)較少,而 E區(qū)則是傳統(tǒng)的工業(yè)區(qū),周邊土壤中受重金屬污染較大,因此大氣中Mn更多來源于地面揚塵,因此更多地存在于大粒徑顆粒物中.一般認為 Co來自燃煤的燃燒,而監(jiān)測點W區(qū)燃煤較少,本區(qū)域排放的 Co較少,更多的是在大氣對流活動中遷移到本區(qū)大氣中的,因此,主要存在于小粒徑顆粒物中.

綜上所述,成都市大氣重金屬的空間分布趨勢總體為東區(qū)的重金屬濃度高于西區(qū).其中兩地大氣顆粒物重金屬中濃度相差較大的為 Pb,Zn,Cu,Cd,Mn,Co和 Ca,濃度相差較小的為Ni和 Cr,這與地形、風向及污染源的分布等因素密切相關(guān).成都市大氣顆粒物中各重金屬主要分布在粒徑較小的 PM10中,特別是V,Cd,Co,Pb,Ni等元素.

2009年8月24日收稿.