天津近岸海域大氣顆粒物無(wú)機(jī)組分季節(jié)變化及源析

姬洪亮,趙 宏,孔少飛,白志鵬,韓 斌 (南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,國(guó)家環(huán)境保護(hù)城市空氣顆粒物污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300071)

天津近岸海域大氣顆粒物無(wú)機(jī)組分季節(jié)變化及源析

姬洪亮,趙 宏,孔少飛,白志鵬*,韓 斌 (南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,國(guó)家環(huán)境保護(hù)城市空氣顆粒物污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300071)

2006～2007年在天津近岸海域分4個(gè)季節(jié)走航采集了不同粒徑大氣顆粒物樣品,分析了其質(zhì)量濃度以及元素、離子和碳等化學(xué)組成,并應(yīng)用富集因子以及特征化合物比值對(duì)其來(lái)源進(jìn)行了探討.結(jié)果表明,天津近岸海域 TSP,PM10和 PM2.5的質(zhì)量濃度分別為(294.98±3.95),(279.87±17.53),(205.50±38.13)μg/m3,且呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化,秋季顆粒物濃度最高,冬季次之,夏季最低. TSP、PM10和 PM2.5中總元素濃度分別為48.76, 47.94,32.08 μg/m3. TSP中含量最高的離子是Na+, PM10和PM2.5中含量最高的離子是Cl-. 3種不同粒徑中OC濃度秋、冬兩季均明顯高于春夏兩季. Al/Fe的比值分析結(jié)果表明,春季TSP的主要來(lái)源為土壤塵,秋、冬季PM10和PM2.5主要受燃煤的影響. Cu、Zn和Pb的富集系數(shù)較高,其中Pb在冬季PM10中富集達(dá)到最高為741.3. NO3-/SO42-的變化范圍為0.28～0.85,春夏季該比值較高于秋冬季,反映了該海域同時(shí)受燃煤與機(jī)動(dòng)車(chē)污染的影響.OC/EC變化范圍為2.13～5.58,表明該海域氣溶膠中存在著大量二次有機(jī)碳.

天津近岸海域；大氣顆粒物；無(wú)機(jī)組分；來(lái)源

海洋是大氣氣溶膠的源和匯[1-2],而近岸海域是大氣污染物從陸地向大洋遷移、擴(kuò)散的過(guò)渡帶[3].近年來(lái),國(guó)內(nèi)外通過(guò)航海調(diào)查、岸基觀測(cè)等手段對(duì)不同海域氣溶膠的成分、時(shí)空分布及來(lái)源等進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,近海大氣氣溶膠受到陸地源的影響強(qiáng)烈,并與海區(qū)的地理位置有關(guān)[4-5].

天津市瀕臨渤海,近年來(lái)環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得大氣顆粒物受到陸地人為排放源的嚴(yán)重影響[6],而對(duì)該海域大氣氣溶膠成分的報(bào)道甚少.本課題組于2006～2007年在天津近岸海域?qū)SP、PM10、PM2.5進(jìn)行了4個(gè)季節(jié)的走航觀測(cè),研究了顆粒物質(zhì)量濃度季節(jié)變化,并對(duì)其化學(xué)組成和來(lái)源進(jìn)行了分析.為彌補(bǔ)我國(guó)近岸海域大氣氣溶膠研究的不足,促進(jìn)環(huán)渤海地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量改善提供科學(xué)依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 采樣時(shí)間與地點(diǎn)

圖1 采樣點(diǎn)位與走航航線示意Fig.1 Location of sampling sites and lanes

分別于2006年8月26～27日,2006年12月9～10日,2007年 4月 24～25日和 2007年 11月12～13日在研究區(qū)進(jìn)行樣品采樣.以上 4個(gè)時(shí)間段分別代表夏、冬、春、秋4個(gè)季節(jié). 租用津漢漁 04046號(hào)作為此次研究的采樣船,整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)共設(shè)置了5個(gè)采樣點(diǎn)位(TJ01、TJ02、TJ05、ZD-TJ087、ZD-TJ096),見(jiàn)圖 1.各點(diǎn)位都在 10m等深線以?xún)?nèi),在24h內(nèi)采樣船沿預(yù)定航線走完5個(gè)點(diǎn)位.TJ05(E117.890°,N38.931°),TJ02 (E117.720°,N38.881°),TJ01(E117.619°,N38.708°),ZD-TJ087(E117.950°,N39.125°),ZD-TJ096(E117.950°,N38.618°)每個(gè)季度同步采集 TSP、PM10、PM2.5樣品各一組.采樣期間大部分時(shí)間風(fēng)向以西風(fēng)和西南風(fēng)為主,風(fēng)可以將沿海地區(qū)的污染物吹向近岸海域,因此近岸海域可能會(huì)受到沿海的影響. 采樣位置設(shè)在在采樣船 2層平臺(tái),距海面約 5m,上風(fēng)向不受任何障礙物的影響,距采樣船發(fā)動(dòng)機(jī)排煙口約 10m,采樣期間始終保持船的排煙口處于采樣平臺(tái)的下風(fēng)向.采樣期間同步記錄現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速等氣象參數(shù).

1.2 采樣儀器與設(shè)備

采用配有 TSP、PM10和 PM2.5切割頭的TH-150AⅡ智能中流量總懸浮微粒無(wú)碳刷采樣器(武漢天虹智能儀表廠)完成顆粒物樣品采集.不同粒徑顆粒物同時(shí)用 2臺(tái)儀器平行采樣,采樣流量設(shè)定為100L/min,采樣時(shí)間設(shè)置為24h.采樣濾膜分別選用直徑 90mm的石英濾膜和聚丙烯纖維濾膜,石英膜用于分析離子和碳,聚丙烯纖維濾膜用于分析元素.在采樣前后,樣品濾膜和空白濾膜置于鋁箔做成的樣品袋中妥善保存.采樣前烘烤溫度定在400,℃對(duì)石英膜烘烤2h;聚丙烯濾膜的烘烤溫度定為60,℃烘烤0.5h以消除雜質(zhì)的干擾.

1.3 樣品分析

用美國(guó) METTLER TOLEDO-XP26 Delta-Range十萬(wàn)分之一天平稱(chēng)量采樣前后濾膜質(zhì)量.將 1/2聚丙烯濾膜通過(guò)微波消解系統(tǒng)(ETHOSE,Milestone)進(jìn)行消解后,用電感耦合等離子光譜發(fā)生儀(ICP)(IRIS Intrepid II,Thermo Electron)-AES對(duì)其中的20種化學(xué)元素組分進(jìn)行分析,包括Na、Mg、Al、Si、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Sn、Ba、Pb、Bi、Ti和 Sb.樣品分析前使用一系列標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)對(duì)儀器的準(zhǔn)確性進(jìn)行定量校正,主要包括沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)系列(GSD1～GSD12)、土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)系列(GSS1～GSS8)、 巖 石 標(biāo) 準(zhǔn) 物 質(zhì) 系 列 (GSR1～GSR12)等.剪取1/4石英膜用 DX-120離子色譜測(cè)定等8種離子[7],采用DRI Model 2001A熱光碳分析儀分析有機(jī)碳(OC),元素碳(EC).

2 結(jié)果與討論

2.1 天津近岸海域不同粒徑大氣顆粒物質(zhì)量濃度的季節(jié)變化

采樣期間天津近岸海域 TSP,PM10和 PM2.5的質(zhì)量濃度分別為(294.98±3.95),(279.87±17.53),(205.50±38.13)μg/m3.3種粒徑顆粒物的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化,秋季顆粒物濃度最高,冬季次之,夏季最低(圖 2).秋冬兩季的 TSP濃度超出了國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8]300μg/m3;PM10春季和冬季超出了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8]150μg/m3,秋季則超出了國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8]250μg/m3.秋季和冬季航次采樣時(shí)間正處于北方采暖期,化石燃料的消耗量大幅增加,因此這2個(gè)季節(jié)污染比其他兩季嚴(yán)重.春季采暖期已經(jīng)結(jié)束,加之春季天氣干燥、多風(fēng),利于污染物的擴(kuò)散.夏季渤海天氣濕潤(rùn),一年中的主要降雨集中在夏季,尤其是采樣日之前渤海海面采樣區(qū)域有過(guò)明顯降雨,這對(duì)大氣顆粒物的沖刷作用很明顯,因此夏季大氣顆粒物濃度小于秋冬兩季.

值得注意的是,夏季航次采集到的TSP濃度為(144.80±4.70)μg/m3,而 1984 年戴樹(shù)桂等[9]在渤海開(kāi)展的海洋氣溶膠研究所得到的 TSP濃度僅為 10μg/m3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本次研究所得的濃度值.這種變化可能是由于20年來(lái)沿岸工業(yè)區(qū)域的不斷擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)所引起的,越來(lái)越多的大氣顆粒物被排放到空氣中,并在一定的氣象條件下被傳輸?shù)胶Ｑ笊峡?

春秋冬三季天津近岸海域的顆粒物樣品中PM10分別占到TSP的78.4%,94.7%和65.7%,而PM2.5則占到PM10的57.0%,78.2%和78.9%.渤海大氣中細(xì)粒子所占比例較大,燃煤,機(jī)動(dòng)車(chē)、船的尾氣及二次粒子可能是導(dǎo)致這樣一個(gè)結(jié)果的重要原因.由于細(xì)粒子更容易被人體吸入,因此該海域大氣顆粒物對(duì)人類(lèi)健康存在潛在的威脅.

圖2 采樣期間顆粒物質(zhì)量濃度季節(jié)變化Fig.2 Seasonal variation of atmospheric particulate matter during sampling periods

2.2 主要無(wú)機(jī)組分的粒徑分布

天津近岸海域大氣顆粒物主要無(wú)機(jī)化學(xué)組分的質(zhì)量濃度見(jiàn)表1. TSP、PM10和PM2.5中總元素濃度分別為 48.759,47.935,32.078 μg/m3,占TSP、PM10和 PM2.5質(zhì)量濃度的 16.5%,17.1%和15.6%.Mg、Al、Si、Ca、Fe、Zn、Pb 在 3 種不同粒徑顆粒物上的含量均較高,這 7種元素占到總元素質(zhì)量的97%以上.Mg、Al、Si和Ca在土壤中均有較高含量,這些元素在大氣顆粒物中的高含量表明地殼物質(zhì)源類(lèi)對(duì)渤海天津近岸海域地區(qū)的大氣環(huán)境具有一定的影響.Fe、Zn和 Pb是與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)的元素.除了地殼物質(zhì)源類(lèi)外,鋼鐵冶煉工業(yè)是 Fe元素的一個(gè)重要來(lái)源.Zn主要是由輪胎的磨損、鍍鋅材料和橡膠產(chǎn)品中鋅化合物的使用所貢獻(xiàn)的[10-11].同時(shí) Pb也是燃煤或燃油飛灰中的典型元素.Fe、Zn和 Pd幾種元素含量較高,表明研究區(qū)域大氣顆粒物受到人為污染的影響很大.氣溶膠中Al和Fe常被用作地殼風(fēng)化源的指示因子,Al/Fe的值在巖石圈和土壤中分別為 1.7和 1.9[12].研究區(qū)大氣TSP,PM10和PM2.5中該值分別為2.09,3.10和7.64,并且TSP中Al/Fe的值在春季和冬季分別為1.81和 1.49,可以得出該春季海域粗顆粒的主要來(lái)源為土壤塵,且受到較大范圍輸送影響,冬季化石燃料的燃燒則可能是其主要來(lái)源.TSP、PM10和PM2.5中總離子濃度分別為 1.063,1.515,0.997μg/m3,碳組分含量分別為 45.475,42.466,33.434μg/m3,兩者共占到 TSP、PM10和 PM2.5質(zhì)量濃度的15.4%,15.2%和16.3%.

表1 天津近岸海域大氣顆粒物主要無(wú)機(jī)化學(xué)組分(μg/m3)Table 1 Inorganic chemical species of atmospheric particulate matter in Tianjin offshore area(μg/m3)

中國(guó)海區(qū)近岸海域大氣顆粒物元素組成的濃度隨著時(shí)間和空間的變化而不斷變化.表 2所示為近年來(lái)在中國(guó)海域和其他地區(qū)開(kāi)展的研究中部分元素(Na、Mg、Al、Si、Ca、V、Mn、Fe、Cu、Zn、Cd和Pb)的含量水平.根據(jù)表2中所列數(shù)據(jù),天津近岸海域大氣顆粒物中 Na元素的濃度水平要低于其他研究中的數(shù)據(jù),表明采樣期間由于受到陸風(fēng)的影響,海鹽粒子對(duì)大氣顆粒物的貢獻(xiàn)率有所減少.但是,其他一些在海鹽粒子中含量較高的元素,如Mg、K和Ca,在本研究中的含量要高于文獻(xiàn)中一些區(qū)域研究的結(jié)果,這與陸地污染源的干擾有關(guān).

表2 不同海域大氣顆粒物中元素含量比較(ng/m3)Table 2 Comparison of elements in the aerosols sampled in different expeditions (ng/m3)

圖3給出了3種粒徑顆粒物上主要水溶性離子和碳組分的季節(jié)變化特征.結(jié)果顯示,3種粒徑顆粒物上主要水溶性離子含量秋、冬季明顯高于春季和夏季,TSP上夏季最低.秋、冬季節(jié)為采暖期,燃煤排放等人為源的影響是這兩季離子和碳含量高的一個(gè)重要原因.而春、秋兩季天津近岸海域多大風(fēng)天氣,陸上大氣污染物容易對(duì)海上產(chǎn)生影響,而且該季海面上船只較多,造成顆粒物離子濃度較高;夏季風(fēng)力較小,陸上污染物不容易傳輸擴(kuò)散到海上,且夏季是渤海休漁期,海面船只較少,同時(shí)夏季豐富的降水對(duì)水溶性離子的沖刷作用明顯,是造成夏季離子濃度最低的主要原因.

與PM10和PM2.5不同的是,TSP上含量最高的是Na+,在4個(gè)季節(jié)中分別占TSP上水溶性離子總量的 56.8%,42.4%,66.5%和 45.8%.其次是Mg2+,在4個(gè)季節(jié)中對(duì)總離子的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到了17.4%,16.8%,11.9%和17.6%.陳立奇[12]認(rèn)為海洋氣溶膠中的 Na主要來(lái)自海水,部分來(lái)自陸源物質(zhì).Na+濃度較高反映了采樣期間大氣顆粒物受到海洋氣溶膠的影響.另外,SO42-對(duì)總離子的平均貢獻(xiàn)率達(dá)到了 10.3%,這其中除了海鹽粒子的貢獻(xiàn)外,陸上燃煤源污染向海上的輸送也是SO42-濃度較高的一個(gè)原因.陸源硫酸鹽對(duì)海洋氣溶膠的貢獻(xiàn)可按式(1)計(jì)算[20]:

式中,SO42-

圖3 TSP、PM10、PM2.5上水溶性離子和碳組分的季節(jié)變化Fig.3 Seasonal variation of water-soluble ions and carbon components in TSP, PM10, PM2.5

PM10和 PM2.5上含量較高的離子是 Cl-,在冬、秋、春3個(gè)季節(jié)中分別占到PM10中水溶性離子總量的41.6%,26.6%和39.3%;占到PM2.5中水溶性離子總量的26.5%,26.0%和47.4%.其次是NH4+,在3個(gè)季節(jié)中分別占到PM10中水溶性離子總量的30.4%,36.8%和29.6%,占到PM2.5中水溶性離子總量的41.6%,35.9%和14.6%.Cl-受燃煤、工業(yè)排放等人為污染源的影響[22].NH4+主要由氣態(tài)前體物 NH3在大氣中通過(guò)復(fù)雜的氣相或液相反應(yīng)形成[23].在城市大氣中,PM2.5中NH4+的一次來(lái)源貢獻(xiàn)很小,可以認(rèn)為主要來(lái)自二次轉(zhuǎn)化[24].Cl-和 NH4+在 PM10和 PM2.5的富集表明該海域大氣中細(xì)顆粒物受到燃燒源和二次轉(zhuǎn)化的影響.

天津近岸海域氣溶膠的EC總體維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的濃度水平,但 OC濃度秋、冬兩季明顯高于春、夏兩季,秋季OC分別占TSP,PM10和PM2.5的 40.6%,52.5%和 51.9%,冬季 OC分別占TSP,PM10和PM2.5的30.3%,33.3%和31.2%.最重要的原因就是秋季和冬季航次都處于中國(guó)北方的采暖期,燃煤污染嚴(yán)重,而秋季航次采樣期間海面漁船也較多,這可能造成了秋季碳濃度總體上高于冬季.機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣尤其是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是城市大氣中EC的重要來(lái)源,EC常被作為衡量機(jī)動(dòng)車(chē)污染的一項(xiàng)指標(biāo)[25],機(jī)動(dòng)車(chē)污染沒(méi)有明顯的季節(jié)變化特征可以解釋EC濃度的季節(jié)變化不大這一特征.

2.3 天津近岸海域大氣顆粒物的來(lái)源分析

2.3.1 地殼物質(zhì)富集因子 富集因子也稱(chēng)富集系數(shù)(EF),它被定義為元素或其化合物在海洋氣溶膠中的組成與它們來(lái)源組成的比值[26-27],利用富集因子可以定性描述或判斷大氣顆粒物的來(lái)源.其優(yōu)點(diǎn)是能消除采樣過(guò)程中各種不定因素的影響,用相對(duì)濃度來(lái)解釋源的性質(zhì).地殼物質(zhì)富集因子 EFc常用來(lái)檢測(cè)或估算非地殼物質(zhì)源的對(duì)于采集樣品上的元素濃度的貢獻(xiàn).元素的 EFc值是參考了地殼物質(zhì)的平均組成而計(jì)算的,對(duì)于單一元素來(lái)說(shuō),其EFc值的計(jì)算依據(jù)式(2):

式中,(E/Al)air和(E/Al)crust分別是元素E和Al在顆粒物和地殼物質(zhì)中組成之比.Al作為參比元素,這是因?yàn)槠湓谕寥乐泻枯^高.在 EFc計(jì)算中,通常采用的方法是使用全球公認(rèn)的土壤組成,但是在本研究中采用了天津地區(qū)土壤元素背景值的組成成分[7]計(jì)算EFc.

圖4 不同季節(jié)顆粒物上元素富集因子Fig.4 Enrichment factors of elements in TSP/PM10/PM2.5for different seasons

富集因子(EFc)接近于 1的元素來(lái)自地殼物質(zhì)的可能性較大,而來(lái)自人為污染源的可能性就相對(duì)較小,而 EFc值較高的重金屬元素則主要由人為污染源貢獻(xiàn).如圖 3所示,Na、Al、Fe、V、Co、Ba的EFc值小于或接近1,這些元素在顆粒物中不富集,主要來(lái)源于地殼物質(zhì);而 Mg、Ca、Cr、Mn、Ni,其EFc值大部分介于1到30之間,其來(lái)源就不僅僅是地殼物質(zhì),同時(shí)可能有人為源或者其他源類(lèi),其中Mg和Ca的富集可以通過(guò)海鹽粒子的貢獻(xiàn)加以解釋[4-5].Cu、Zn和Pb的EFc值較高,其中Pb在冬季PM10中富集達(dá)到最高為741.3,很明顯是來(lái)源于人為污染源.與春季相比,秋冬兩季元素主要富集在 PM10上,且冬季各元素的富集因子都普遍高于春季,這與秋冬季燃煤取暖等人為污染源強(qiáng)增大有關(guān).

2.3.2 比值法 根據(jù) NO3-和 SO42-質(zhì)量濃度比值可以判斷大氣中N和S的流動(dòng)源和固定源的相對(duì)重要性[23,28-29].在以機(jī)動(dòng)車(chē)為主的地區(qū),的濃度往往高于 SO42-(如美國(guó)洛杉磯和加利福尼亞州南部地區(qū),二者的比值為 2和5,后一地區(qū)不使用煤作為燃料[30]).我國(guó)由于含硫煤的廣泛使用,此值通常較低,為 0.3～0.5[31].如圖 4所示,本研究中 NO3-/SO42-范圍為 0.28～0.85,平均值為0.46,春夏季該比值較高于秋冬季,反映了天津近岸海域同時(shí)受燃煤與機(jī)動(dòng)車(chē)污染的影響,這與前面所分析的秋冬季由于采暖燃煤量增大相一致.

圖5 不同季節(jié)TSP、PM10和PM2.5的OC/EC和比值Fig.5 The OC/EC and NO3-/SO42-ratio for TSP、PM10and PM2.5in different seasons

EC主要來(lái)自含碳燃料的不完全燃燒[32],性質(zhì)穩(wěn)定,在大氣中不易發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化,所以被用來(lái)評(píng)價(jià)顆粒物的一次來(lái)源[23].OC則包括污染源直接排放的一次有機(jī)顆粒物(POC)和氣態(tài)有機(jī)物通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)等途徑形成的二次有機(jī)碳(SOC)[23,33].OC與EC的比值可以表征大氣中二次污染的程度[23,32].Chow等[34]認(rèn)為,OC/EC超過(guò)2時(shí),可認(rèn)為存在SOC,該臨界值已被國(guó)內(nèi)外眾多研究者采用[23-24,33-34].本研究中OC/EC的值除春季PM10為1.93外,其余季節(jié)3種粒徑的OC/EC為2.13～5.58,表明天津近岸海域氣溶膠中存在著大量SOC.Castro等[35]用式(3)估算SOC:

估算結(jié)果表明,TSP,PM10和 PM2.5的中秋季SOC值最高,分別為24.57,31.70和14.83 μg/m3,占OC的比例分別為41.5%,60.5%和37.8%.主要原因是秋季采樣期間天氣晴好,氣溫適中,陽(yáng)光充足,同時(shí)燃煤取暖增加了半揮發(fā)性有機(jī)物和有機(jī)氣體的排放,有助于 SOC顆粒物生成[36].春季風(fēng)速大,促進(jìn)了大氣的擴(kuò)散,降低了大氣滯留時(shí)間,導(dǎo)致一些氣態(tài)前體物無(wú)法轉(zhuǎn)化為有機(jī)氣溶膠 ,從而降低了大氣中 SOC的含量[33].而冬季氣溫低,大氣光化學(xué)活性差,不利于污染物的二次轉(zhuǎn)化.同時(shí)SOC對(duì)OC的較高的貢獻(xiàn)表明天津近岸海域污染物明顯受到外界污染物輸送的影響,在輸送過(guò)程中發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)導(dǎo)致更多的SOC形成.

3 結(jié)論

3.1 采樣期間天津近岸海域TSP,PM10和 PM2.5的質(zhì)量濃度分別為(294.98±3.95),(279.87±17.53),(205.50±38.13)μg/m3,三者接近或明顯超出國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn).3種粒徑顆粒物的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化,秋季顆粒物濃度最高,冬季次之,夏季最低.

3.2 Mg、Al、Si、Ca、Fe、Zn、Pb 是 3 種粒徑顆粒物上含量較高的元素,平均占到總元素質(zhì)量的97%.TSP上含量最高的是Na+和Mg2+,平均占到TSP上水溶性離子總量的52.9%和15.9%.PM10和PM2.5上含量較高的離子是Cl-,分別占到PM10和 PM2.5水溶性離子總量的 35.8%和33.3%.OC濃度秋、冬兩季明顯高于春、夏,秋季OC分別占TSP,PM10和PM2.5的40.6%,52.5%和51.9%,冬季 OC 分別占 TSP,PM10和 PM2.5的30.3%,33.3%和31.2%.

3.3 TSP中 Al/Fe的值在春季和冬季分別為1.81和 1.49,表明春季該海域粗顆粒的主要來(lái)源為土壤塵,冬季化石燃料的燃燒則可能是其主要來(lái)源.Cu、Zn和Pb的EFc值較高,其中Pb在冬季PM10中富集達(dá)到最高為 741.3,主要受人為污染源影響.NO3-/SO42-為 0.28～0.85,平均值為 0.46,春夏季該比值較高于秋冬季,反映了天津近岸海域同時(shí)受燃煤與機(jī)動(dòng)車(chē)污染的影響.而OC/EC的值除春季 PM10為 1.93外,其余季節(jié) 3種粒徑的OC/EC為2.13～5.58,表明天津近岸海域氣溶膠中存在著大量SOC.

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Seasonal variation of inorganic composition in ambient particulate matter in Tianjin offshore area and its source analysis.

JI Hong-liang, ZHAO Hong, KONG Shao-fei, BAI Zhi-peng*, HAN Bin, (State Environmental Protection Key Laboratory of Urban Ambient Air Particulate Matter Pollution Prevention and Control, College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin 300071, China). China Environmental Science, 2011,31(2)：177～185

Atmospheric particulate matter with different diameters (TSP, PM10and PM2.5) were collected during four cruises in Tianjin offshore area in 2006～2007 to analyze mass concentrations, main chemical components including elements, ions and carbon. The sources were analyzed using enrichment factors and ratios. The mass concentrations of TSP, PM10and PM2.5were (294.98±3.95), (279.87±17.53) and (205.50±38.13)μg/m3, respectively and they represented obviously seasonal variation, with the highest value in autumn, then coming winter and the lowest in summer. The total element concentrations were 48.75, 47.94 and 32.08μg/m3in TSP, PM10and PM2.5. The highest ion was Na+for TSP. The richest ion was Cl-for PM10and for PM2.5. The concentrations of OC for PM were all higher in autumn and winter than in spring and summer. The main source was soil for TSP in spring, but coal combustion translation particles influenced most for PM10and PM2.5in autumn and winter according to the Al/Fe value. Higher EFcvalues for Cu、Zn and Pb were found with the highest value 741.3 for Pb in PM10in winter. NO3-/SO42-ranged from 0.28to 0.85, with higher values in spring and summer than autumn and winter, which indicated that coal combustion and vehicle emission were both main sources.The variation range of OC/EC in 2.13～5.58indicated the existence of secondary organic carbon in this region.

Tianjin offshore area；atmospheric particulate matter；inorganic components；sources

X131.1

A

1000-6923(2011)02-0177-09

2010-06-21

國(guó)家海洋局“908”專(zhuān)項(xiàng)(908-TJ-09)

* 責(zé)任作者, 教授, zbai@nankai.edu.cn

姬洪亮(1985-),男,天津人,南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生,研究方向?yàn)榇髿忸w粒物來(lái)源解析.發(fā)表論文1篇.