重慶市主城區(qū)PM2.5污染源源成份譜的建立

張 丹，周志恩，張 燦，孟小星，白志鵬，胡金南

（1.重慶市環(huán)境科學研究院，重慶401147；2.南開大學，天津300071；3.中國環(huán)境科學研究院，北京100012）

顆粒物污染是近年影響我國城市大氣環(huán)境質量的主要問題，特別是粒徑小于2.5μm的細顆粒物，在降低局地能見度水平，改變區(qū)域環(huán)境氣候的同時，由于較小的粒徑和較大的比表面積，易吸附較多的有毒有害物質，給人類健康帶來巨大的影響［1－4］。

顆粒物的來源解析可以有效地辨別顆粒物的來源以及各種來源的貢獻，因此真實準確的源成份譜就成為能否正確掌握顆粒物各種污染源貢獻的關鍵。為獲取重慶市主城區(qū)PM2.5源成份譜，在識別主城區(qū)主要的PM2.5污染源的基礎上，采集各種污染源的樣品，并對樣品進行碳物質、水溶性組分、以及無機元素的分析工作，建立主城區(qū)PM2.5的源成份譜。

1 PM2.5污染來源的辨別

重慶市主城區(qū)位于四川盆地東部，坐落在中梁山和真武山之間的丘陵地帶，海拔約為168～400m，面積為5 473km2。主城區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，降水量充沛，多伏旱、日照少、濕度大、霧日多、風速小，特殊的地形和氣象條件導致重慶市主城區(qū)大氣擴散條件較差，不利于大氣污染物的擴散和衰減。

顆粒物特別是細顆粒物除了污染源的直接排放外，由SO2，NOX，VOC等污染物排放后在大氣環(huán)境中發(fā)生物理化學反應生成的二次顆粒物也十分重要，因此細顆粒物的來源眾多，成份也較為復雜，根據(jù)重慶市主城區(qū)地形、氣象特征并結合能源消費的結構特點，以及細顆粒物的傳輸和轉化方式，將重慶市大氣環(huán)境中PM2.5的來源劃分為土壤風沙塵、道路揚塵、建筑塵、二次粒子（硫酸鹽和硝酸鹽）、機動車尾氣塵、燃煤塵、生物質燃燒塵和餐飲油煙塵共8類污染源。

2 各類污染源樣品的采集

本次源樣品采樣工作除機動車尾氣塵，其他污染源樣品都采取了先采集有代表性的生產(chǎn)過程、末端治理以及無組織的固態(tài)樣品，再采取再懸浮的采樣分析方式，最大限度的確保污染源樣品的真實可靠。

2.1 土壤塵樣品采集和處理

在主城各區(qū)選取較為空曠的裸露土地或農(nóng)田采集土壤樣品。采樣前先用干凈的鐵鏟挖開地表土20cm以下，再用木鏟收集土樣裝到聚四氟乙烯塑料袋中，收集量約為1～2g／袋。共采集了主城區(qū)13個地點的土壤樣品，采樣點位分布見表1。

表1 土壤塵采樣點位

2.2 道路塵樣品采集和處理

在主城9區(qū)每個區(qū)內(nèi)選取典型水泥路面、瀝青路面共3條分別進行采樣，共采集27個道路塵樣品。每次采樣時，劃定一定的采集范圍，運用吸塵器、掃帚、毛刷等工具將所在范圍內(nèi)的灰塵清掃干凈，道路塵采集點位見表2。

表2 道路塵采樣點位

2.3 燃煤塵樣品采集和處理

工業(yè)燃煤塵采集選擇正常運行燃燒的、典型噸位、不同燃燒和除塵方式的燃煤工業(yè)鍋爐，包括火電廠鍋爐和一般工業(yè)鍋爐，本次共采集主城區(qū)3家典型的燃煤企業(yè)燃煤塵樣品5個，見表3。采樣的位置選擇煙道內(nèi)壁、煙道底部和除塵器，每次采集樣品1～2kg。

2.4 建筑塵樣品采集和處理

選擇主城區(qū)2個典型的規(guī)模較大的水泥企業(yè)，在正常生產(chǎn)期間采集各除塵器除下的灰，以及水泥磨、車間、成品庫等處無組織排放的水泥塵樣品7個。建筑塵采集點位見表4。

表4 建筑水泥塵采樣點位

2.5 冶金塵樣品采集和處理

選取主城區(qū)某鋼鐵公司作為冶金企業(yè)的代表，在其高爐出鐵場布袋除塵器灰?guī)旌蜔Y機尾電除塵灰?guī)?，采集樣品，同時清掃出部分廠區(qū)內(nèi)無組織排放的灰塵，采集點位見表5。

表5 鋼鐵塵采樣點位

2.6 機動車尾氣塵樣品采集和處理

本次機動車尾氣采樣采用了SEMTECH－DS機動車尾氣分析系統(tǒng)，采樣時將采樣探頭插入機動車排氣管內(nèi)，并進行密封處理，確保流量的穩(wěn)定。選擇不同排量、不同燃料類型的機動車4臺，在機動車實際工況、怠速以及模擬2540工況的情況下，直接采集機動車尾氣排放管的尾氣，樣品采集后干燥保存，以備分析。采樣情況具體見表6。

各類污染源樣品的具體采樣位置見圖1。

圖1 污染源樣品的采集點位

表6 汽車尾氣塵采樣情況

2.7 源樣品的處理和再懸浮

源樣品的處理分為濾膜源樣品處理和粉末源樣品處理。濾膜采集的源樣品（機動車尾氣）放在冰箱中（4℃）低溫保存，以備分析。顆粒、粉末態(tài)的源樣品（土壤塵、道路塵、燃煤塵、建筑塵和冶金塵），先分類將其平鋪在牛皮紙上，在專用的烘干室內(nèi)自然烘干。烘干后將大顆粒的樣品如土壤樣品等，先用木錘敲擊成小塊；道路揚塵樣品將其中的碎石、樹葉、煙頭等雜物挑出。將各種污染源樣品分別通過60目、120目和200目的篩子依次篩選，篩選完成后，將在不同地點采集的同類源樣品按照一定的比例混合，密封保存。

再懸浮采樣方法是指將粉狀樣品通過機械手段在密閉的空間中揚起，用濾膜二次捕集各種污染源樣品。本次再懸浮工作在國家環(huán)境保護城市空氣顆粒物污染防治重點實驗室（天津南開大學）進行，再懸浮儀器為NK－ZXF采樣器。每類源做3組平行樣，每組同時用特氟龍濾膜和石英纖維濾膜采集，以備不同的成份分析。不同源樣品在懸浮采集后的濾膜見圖2，從左到右依次為燃煤塵、建筑塵、道路塵、土壤塵和冶金塵。

圖2 采集后的源樣品

樣品采集后稱重計算顆粒物的總質量，采用X－射線熒光（XRF）分析技術對膜樣品中的24種元素進行分析，包括：Na，Mg，Al，Si，S，K，Ca，Sc，Ti，Cr，V，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Zn，As，Se，Br，Sr，Cd，Ba， Pb；采用C，H，N元素自動分析儀分析樣品中的有機碳（OC）和元素碳（EC）的濃度；用離子色譜分析顆粒物中的水溶性組分，分別為SO42－，NO3－，Cl－，NH4＋，Ca2＋，K＋，Na＋，Mg2＋。計算各種成份的含量后得到PM2.5的源成份譜。

表7給出了PM2.5的源成份譜，從表7中看出各種污染源的成份譜特征十分明顯。在建筑塵中，建筑材料的主要成份Ca以及Ca2＋的含量要明顯高于其他污染源中含量，是建筑塵典型的標識元素；土壤塵中主要是以Si為代表的地殼類元素的含量較高；冶金塵中含量相對較大的是Fe和Mn，同時Cu，Pb等重金屬的含量也較高；在燃煤塵中Al和Ti的含量要高于其他污染源中的含量，EC的含量也較高，Al和Ti是包括其他一些地殼物質廣泛的存在于燃煤中，而EC則是不完全燃燒的產(chǎn)物；道路塵中Ca以及S的含量也相對較高，道路塵是一種相對較為復雜的混合類塵，其中的S可能來自于行駛在路面上機動車燃料燃燒后的排放，而Ca，Si等地殼元素可能來自車輛自身裝載的土壤、建筑材料的撒漏，以及由于風力作用帶來的其他污染源；在機動車尾氣中主要是OC和EC的含量占了絕大部分，尤其是EC其含量要明顯高于其他污染源，主要來自柴油車特別如大型貨運、客運以及大型工程施工車輛的排放。由于儀器設備和采樣環(huán)境的限制，本次源成份譜中在生物質燃燒源和餐飲油煙源成份譜采用了文獻的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過本地化后處理使用［5］。

表7 PM2.5的源成份譜

續(xù)表7

3 結 論

（1）根據(jù)重慶市主城區(qū)能源消耗以及擴散條件特征，將主城區(qū)PM2.5的污染來源分為土壤風沙塵、道路揚塵、建筑塵、二次粒子（硫酸鹽和硝酸鹽）、機動車尾氣塵、燃煤塵、生物質燃燒塵和餐飲油煙塵共8類污染源。

（2）采用了SEMTECH－DS機動車尾氣分析系統(tǒng)采集機動車尾氣樣品，采用再懸浮的采樣分析方法采集燃煤塵、道路塵、土壤塵、冶金塵和建筑塵源樣品。共采集6類污染源累計59個樣品。

（3）對采集的樣品進行碳成份、水溶性成份和無機元素成份分析，計算各種成份的含量。建立主城區(qū)PM2.5的源成份譜，分析表明各種污染源的物質組成特征十分明顯。

［1］ Sverre Vedal.Ambient particles and health：linest hat divide［J］.Journal of the Air ＆Waste Management Association，1997，47（5）：551－581.

［2］ 張 燦，周志恩，張 丹，等.重慶市主城降塵監(jiān)測研究［J］.三峽環(huán)境與生態(tài)，2010，32（5）：18－21.

［3］ SlossL L，Smith I M.PM10and PM2.5：an international perspective［J］.Fuel Processing Technology，2000，65－66：127－141.

［4］ 蔣紅梅，王定勇.大氣可吸入顆粒物的研究進展［J］.環(huán)境科學動態(tài)，2001（1）：11－15.

［5］ Judith C.Chow，John G.Source profiles for industrial，mobile，and area sources in the Big Bend Regional Aerosol Visibility and Observational study［J］.Chemosphere，2004，54：185－208.