廣州城區(qū)秋季 P M10和 P M2.5中主要水溶性無機離子組成特征初步比較＊

呂文英 徐海娟 王新明＊＊

(1 中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室,廣州,510640;2 廣東工業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院,廣州,510006)

廣州城區(qū)秋季 P M10和 P M2.5中主要水溶性無機離子組成特征初步比較＊

呂文英1,2徐海娟1王新明1＊＊

(1 中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室,廣州,510640;2 廣東工業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院,廣州,510006)

在廣州市中心城區(qū),分別選取離地 50m左右的樓頂采樣點和交通干線路邊采樣點,在空氣污染水平相對較嚴重的秋季,以大流量采樣器同步采集了 PM10和 PM2.5樣品,研究其水溶性無機離子組成特征.

1 材料與方法

采樣點在廣州市越秀區(qū),一個采樣點位于環(huán)市路和東風路之間的廣東工業(yè)大學校院內(nèi) 7號樓樓頂 (距地面高度約50m,簡稱樓頂),距離交通干線環(huán)市路和東風路的水平距離均約為 150m,該點作為廣州市中心城區(qū)相對充分混合大氣的代表點.另一個采樣點位于東風東路路邊人行道上 (簡稱路邊),距人行道邊緣 1.5m,采樣高度 1.2m.東風路是廣州市區(qū)重要的交通干線,該點可作為市區(qū)交通干線的代表點.兩個點的水平距離約為 150m.PM10和 PM2.5樣品同步采集于 2006年9月21日至 27日,采樣期間無降雨,天氣為晴或多云,氣溫 21—33℃,相對濕度 35%—85%.

采樣器為美國Andersen公司大流量采樣器,24h連續(xù)采集,采樣流量 1.13 m3·min-1.采樣用濾膜為石英濾膜,采樣前于 450℃灼燒 4h,并置于干燥器中平衡 24h后備用.采樣后,將濾膜置于干燥器中同樣條件下平衡 24h后稱重.

取適量濾膜剪成碎片,用高純?nèi)ルx子水超聲提取兩次,提取液用 0.45μm濾膜過濾.其中 Na+,Ca2+,K+,Mg2+的濃度用 ICP-MS測定,陰離子和 N濃度用離子色譜測定.同樣方法對空白膜進行測定,作為測定空白.

2 PM10和 PM2.5的質(zhì)量濃度

測得樓頂 PM10和 PM2.5的平均值分別為 125.4μg·m-3和 83.7μg·m-3,路邊 PM10和 PM2.5的平均值分別為184.7μg·m-3和 121.1μg·m-3.與吳國平等[1]1995—1996年測得的廣州市污染點與對照點 PM10和 PM2.5相比,樓頂樣品的質(zhì)量濃度介于其污染點和對照點之間,與徐宏輝等[2]的研究相比,廣州城區(qū) PM10濃度水平低于北京,而 PM2.5濃度水平與北京接近.與我國環(huán)境空氣質(zhì)量標準相比,樓頂 PM10樣品超標率為 16.7%,路邊樣品超標率為 100%.我國尚無 PM2.5標準,與美國空氣質(zhì)量標準 PM2.5日均限值 35μg·m-3相比,樓頂和路邊樣品 PM2.5樣品超標率均為100%.樓頂樣品 PM2.5/PM10在 0.41—0.97之間,平均值為 0.67,路邊樣品 PM2.5/PM10在 0.63—0.70之間,平均值為 0.66,樓頂和路邊 PM10中均以細粒子為主.與吳國平等[1]1996年測得的廣州城區(qū) PM2.5/PM10(0.661)相比,10年間廣州城區(qū) PM2.5/PM10變化不大.

3 PM10和 PM2.5主要水溶性無機離子特征

樓頂 9種水溶性無機離子濃度之和占 PM10質(zhì)量濃度的 53.9%,占 PM2.5質(zhì)量濃度的 60.8%(表1),高于北京水溶性無機鹽占 PM10的比例 (25%—45%),也高于其占 PM2.5的比例 (50%左右).Ca2+,Na+,Mg2+在粗粒子 (2.5—10μm)中質(zhì)量濃度高于其在 PM2.5中的質(zhì)量濃度,其余離子均是在 PM2.5中相對富集 (表1).-,N和 N在PM2.5中質(zhì)量濃度顯著高于其在粗粒子 (2.5—10μm)中的質(zhì)量濃度,三者總量占 PM10質(zhì)量濃度的 45.2%,PM2.5的52.6%.而-和 N兩者之和占樓頂 PM2.5質(zhì)量濃度已接近 50%,占 PM10質(zhì)量濃度也達到 42.3%.N/-在PM10和 PM2.5中均在 0.5左右,表明廣州以 SO2排放為特征的燃煤排放對顆粒物貢獻較大.PM2.5中 N和-的相關(guān)系數(shù)為 0.75,說明在 PM2.5中 N主要以硫酸銨鹽的形式存在.

路邊樣品中,9種水溶性無機成分總量占 PM10和 PM2.5質(zhì)量濃度的比例分別為 39.8%和 36.4%(表1),顯著低于樓頂樣品,主要是交通源產(chǎn)生的一些非水溶性細顆粒物 (如黑炭和不溶性有機物),導致路邊顆粒物樣品水溶性成分的相對含量下降.

路邊和樓頂 PM10中硫酸鹽和硝酸鹽的質(zhì)量濃度非常接近,但因路邊受一次排放源影響大,兩者之和占 PM10的比例從 42.3%下降到 29.7%;路邊 PM2.5中硫酸鹽質(zhì)量濃度與樓頂 PM2.5中差別不大,占 PM2.5質(zhì)量濃度比例卻由 33.0%下降到 23.4%.而路邊 PM2.5中 N含量顯著低于樓頂,N占 PM2.5質(zhì)量濃度的比例由樓頂?shù)?16.5%也大幅降低至4.1%.路邊 PM10中N主要存在于細粒子部分,濃度約為樓頂樣品的兩倍.

表1 PM10和 PM2.5水溶性無機離子濃度范圍及平均濃度 (μg·m-3)

4 PM10和 PM2.5的中和度和酸性

PM2.5的酸堿性可以用[N]與[nss--]+[N]當量濃度的比值來表示,這一比值被定義為中和度 (NR).經(jīng)計算,樓頂 PM2.5NR的變化范圍為 0.06—0.47,平均值為 0.18;路邊 PM2.5NR的變化范圍為 0.34—0.66,平均值為0.52.NR<1,說明廣州市大氣 PM2.5具有明顯酸性,且距地面越高,PM2.5的酸性越強.

PM10的細粒子中主要堿性離子為 N,粗粒子中主要堿性離子為 Ca2+,可以用[Ca2+]+[N]與[nss--]+[N]當量濃度之比計算其 NR值.樓頂 PM10NR的范圍為 0.21—0.49,均值為 0.34,路邊 PM10NR的范圍為 0.42—0.73,均值為 0.57.NR<1,說明樓頂和路邊 PM10均為酸性,且樓頂 PM10的酸性比路邊強.

綜上所述,樓頂樣品 PM10和 PM2.5中水溶性無機成分所占比例顯著高于路邊樣品,廣州市大氣 PM10和 PM2.5具有明顯酸性,PM2.5的酸性比 PM10強,樓頂樣品的酸性比路邊樣品強.

[1] 吳國平,胡偉,魏復勝等,我國四城市空氣中 PM2.5和 PM10的污染水平 [J].中國環(huán)境科學,1999,19(2)∶133—137

[2] 徐宏輝,王躍思,溫天雪等,北京秋季大氣氣溶膠質(zhì)量濃度的垂直分布 [J]中國環(huán)境科學,2008,28(1)∶2—6

2009年7月10日收稿.

＊廣東省自然科學基金(7118013),廣東省科技計劃 (2007B030102001)資助項目.

＊＊通訊聯(lián)系人.