城市中大氣TSP污染的來源及防治對策研究

孟博

（青島大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境環(huán)境學(xué)院 科學(xué)系，山東 青島 266071）

1 引言

大氣總懸浮顆粒物（Total Suspended Particle，TSP）指能懸浮在空氣中，空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑≤100μm的顆粒物，它是大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)中的一個(gè)重要的污染指標(biāo)。總懸浮顆粒物的濃度以每立方米空氣中總懸浮顆粒物的毫克數(shù)表示。2012年年末我國東部多個(gè)地區(qū)相繼發(fā)生了嚴(yán)重的空氣污染現(xiàn)象——霧霾。而大氣總懸浮顆粒物是造成空氣污染的重要來源。

TSP中粒徑大于10μm的物質(zhì)，幾乎都可被鼻腔和咽喉所捕集，不進(jìn)入肺泡，對人體危害較小。而10μm以下的浮游狀顆粒物（又稱“飄塵”或“可吸入顆粒物”）對人體危害最大。飄塵可經(jīng)過呼吸道，直接進(jìn)入支氣管，并沉積于肺泡，對肺的氣體交換功能造成影響。據(jù)研究表明，長年接觸顆粒物濃度高于0.2μg／m3的空氣，胸悶、哮喘、支氣管炎等呼吸疾病的發(fā)病率明顯增加，甚至還會(huì)引發(fā)心血管病癥。另外，顆粒物種含有大量的污染物，對于機(jī)體同樣有損害作用。如多環(huán)芳烴（PAHs）是一類對生物具有致癌、致畸和致突變作用的半揮發(fā)性有機(jī)物，對于環(huán)境和人體的危害較大，而國內(nèi)外研究人員通過對大氣顆粒物的研究發(fā)現(xiàn)，顆粒物可以攜帶大量的PAHs。

2 大氣中TSP污染的來源

就目前所知，大氣中顆粒物的來源分為自然來源及人為來源。人為來源又包括工業(yè)源及非工業(yè)源；工業(yè)源由工業(yè)燃料燃燒、工業(yè)窯爐及生產(chǎn)性粉塵（包括冶金、建材、機(jī)械制造、建筑業(yè)等產(chǎn)生的粉塵）組成；非工業(yè)源為二次揚(yáng)塵及民用燃料燃燒所產(chǎn)生的粉塵。由于不同地方顆粒物的來源及形成條件不同，其化學(xué)組成和物理化學(xué)性質(zhì)差異較大。

2.1 自然來源

地形和氣候因素是影響城區(qū)大氣質(zhì)量、造成大氣污染的重要原因。其中，北方半干旱大陸性季風(fēng)氣候，具有黃土高原的明顯特征，氣候干燥，風(fēng)沙多，降水較少，四季分明，冬季寒冷干燥少雪，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季旱澇無常。由于西北風(fēng)作用，太原市的顆粒污染物會(huì)隨風(fēng)南移，加重城區(qū)的污染。城區(qū)晝夜溫差大，易形成逆溫層。由于當(dāng)?shù)啬鏈噩F(xiàn)象比較明顯，逆溫時(shí)，由于大氣穩(wěn)定，形成扇形排煙，它嚴(yán)重地妨礙空氣中顆粒污染物的垂直運(yùn)動(dòng)，只能朝水平方向運(yùn)動(dòng)，不利于大氣中顆粒污染物的擴(kuò)散和稀釋作用。山西晉城地處黃土高原，因地形影響，多風(fēng)沙，常發(fā)生TSP污染。其中，自然塵對TSP的貢獻(xiàn)率排在第3位。

另外，氣候還可以間接地影響到空氣中污染物的來源方式。通過對長沙市空氣顆粒物中多環(huán)芳烴的分析，發(fā)現(xiàn)其夏季來源于交通污染及天然氣燃燒，而秋季多產(chǎn)自燃燒來源。

2.2 人為來源

造成TSP污染的根本原因是人為的活動(dòng)。采用火焰原子吸收法（AAS）檢測大氣降塵中的Cr、Cu、Zn、Cd和Pb 5種重金屬，檢測出來的重金屬的含量遠(yuǎn)高于參比的土壤背景值，而這高含量的重金屬主要來源于人為活動(dòng)。付宗敏用帶能譜的環(huán)境掃面電鏡（ESEM／EDS）和X－衍射技術(shù)（XRD）檢測大氣降塵中的顆粒物的微觀形貌、化學(xué)組成以及礦物組成。結(jié)果表明，顆粒物的形狀包括球形的、片狀的、不規(guī)則形狀的和集合體狀的，尺寸介于4～200μm之間。根據(jù)能譜檢測結(jié)果，顆粒物可分為富含Al的、富含Si的、富含Ca的、富含C的顆粒物和集合體顆粒物。來源分析表明，這些檢測的顆粒物主要產(chǎn)生于施工建設(shè)的揚(yáng)塵、煤等燃料的燃燒、交通運(yùn)輸?shù)龋灿猩俨糠诸w粒物來源于生物降塵及大氣中物質(zhì)之間的二次化學(xué)反應(yīng)，如光化學(xué)反應(yīng)。

2.2.1 建筑塵

在已知的人為來源中，建筑塵對TSP貢獻(xiàn)率較大。這主要是由于目前國內(nèi)市區(qū)內(nèi)建筑施工點(diǎn)較多，分布范圍廣，且缺乏必要的監(jiān)管，特別是對于建設(shè)廢料的堆放和無組織排放的監(jiān)管。劉文菁等用化學(xué)元素平衡法（CMB）對南京市的TSP來源進(jìn)行解析研究，同時(shí)對地面積塵進(jìn)行解析。結(jié)果表明，建筑塵對TSP的貢獻(xiàn)為31%～45%，排在第一。Cheng等應(yīng)用MM5－ARPSCMAQ空氣質(zhì)量模型系統(tǒng)，得出2002年北京市施工揚(yáng)塵對PM10濃度的貢獻(xiàn)率為10.7%；趙普生等應(yīng)用ISC3模型，得出2003年11～12月期間天津市施工揚(yáng)塵占大氣PM10濃度的13.3%；張雯婷等應(yīng)用CALPUFF模型，得出2002年貴陽市施工揚(yáng)塵對 整個(gè)城區(qū)PM10的年均濃度貢獻(xiàn)接近12%。

2.2.2 交通運(yùn)輸

隨著城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，交通運(yùn)輸也隨之發(fā)展。特別是近年來，私人轎車的數(shù)量急遽增多。交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。汽車的尾氣中含有大量對人體有害的顆粒污染物，特別是一些柴油大貨車和冒煙車輛，排放的尾氣中夾雜著大量的可吸入顆粒物，是導(dǎo)致疾病的重要因素。據(jù)中國科學(xué)院王瑋博士介紹，一輛柴油車排放的尾氣中，夾雜的可吸入顆粒物幾乎是100輛汽油車夾帶的總和，是更嚴(yán)重的污染源。

運(yùn)輸產(chǎn)生的揚(yáng)塵也是一個(gè)非常重要的污染源。交通運(yùn)輸過程中灑落于道路上的沙、土、灰、渣以及沉積在道路上的其它排放源排放的顆粒物，經(jīng)來往的車輛輾壓后形成粒徑較小的顆粒物，隨后漂浮進(jìn)入空氣中，形成道路揚(yáng)塵。揚(yáng)塵與車的重量、車流量以及路面含水量等有關(guān)。

2.2.3 煤塵

進(jìn)過檢測，發(fā)現(xiàn)TSP中原煤塵的含量較高，尤其是北方城市，TSP中原煤塵占到了1／3。這主要有3個(gè)原因：一是煤炭的燃燒，產(chǎn)生了大量的顆粒物，由于缺乏有效的治理，使得顆粒物飄入到大氣中；二是在運(yùn)輸中，煤炭在沿途的拋撒十分嚴(yán)重；三是目前我國煤多露天堆放，如果遇到大風(fēng)，特別是在干旱地區(qū)，極易導(dǎo)致煤塵隨風(fēng)飛揚(yáng)，導(dǎo)致大氣TSP的增加。

3 TSP的測定

測定總懸浮顆粒物，國內(nèi)外廣泛采用濾膜捕集——重量法，原理為用采樣動(dòng)力抽取一定體積的空氣通過已恒重的濾膜，則空氣中的懸浮顆粒物被阻留在濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜質(zhì)量之差及采樣體積，即可計(jì)算TSP。濾膜經(jīng)處理后，可進(jìn)行化學(xué)組分分析。根據(jù)采樣流量不同，采樣分為大流量、中流量和小流量采樣法。大流量采樣法使用大流量采樣器連續(xù)采樣24h，按照下式計(jì)算TSP：

式中：m為阻留在濾膜上的總懸浮顆粒物的質(zhì)量，mg；qvs為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的采樣流量，m3／min；t為采樣時(shí)間，min。

采樣器在使用期內(nèi)，每月應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)孔口流量校準(zhǔn)器串接在采樣器前，在模擬采樣狀態(tài)下，進(jìn)行不同采樣流量值的校驗(yàn)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)孔口流量校準(zhǔn)器的標(biāo)準(zhǔn)流量曲線值標(biāo)定采樣器的流量曲線，以便由采樣器壓力計(jì)的壓差值（液壓差，以cm為單位）直接得知采氣流量，有的采樣器設(shè)有流量記錄器，可自動(dòng)記錄采氣流量。

4 TSP污染的防治

對于TSP的防治，關(guān)鍵在于源頭的防治。對于煤炭、化工行業(yè)，加強(qiáng)對于尾氣的處理，除去有害的顆粒物和氣體。重力沉降是目前應(yīng)用較多的技術(shù)。該工藝是利用含塵氣體中的顆粒受到重力的作用而自然沉降的原理，將顆粒污染物與氣體分離的過程。重力沉降是所有污染控制裝置中最簡單的一種。它的結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低，便于維護(hù)管理，壓力損失小，而且可以處理高溫氣體。其主要缺點(diǎn)是，沉降小顆粒的效率低，一般只能除去50μg以上的大顆粒。因此，重力沉降主要用于高效除塵裝置的前級(jí)除塵。含塵氣流通過橫斷面比管道大得多的沉降室時(shí)，流速大大降低，氣流中大而重的塵粒，在隨氣流流出沉降室之前，由于重力的作用，緩慢降落至沉降室底部而被清除。

政府方面應(yīng)加強(qiáng)立法監(jiān)管工作。治理環(huán)境污染，必須堅(jiān)持預(yù)防為主、防治結(jié)合的原則，實(shí)現(xiàn)全面規(guī)劃，合理布局。環(huán)保部門應(yīng)切實(shí)做好環(huán)境的監(jiān)測調(diào)查工作。①加強(qiáng)對空氣污染源的監(jiān)控，實(shí)施城市空氣質(zhì)量周報(bào)或日報(bào)預(yù)報(bào)，使社會(huì)有關(guān)各方及時(shí)了解可能出現(xiàn)的空氣污染情況，使一些污染物排放較大的單位和對空氣污染物敏感的人群能預(yù)做準(zhǔn)備。②制定嚴(yán)格的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)關(guān)閉不合格的沙石料場，對于建筑工地，要求承包商在工地周圍加高護(hù)屏；對一些飛灰、塵土要隨時(shí)運(yùn)出市區(qū)，要求運(yùn)貨車加蓋遮篷，以免建筑材料散落街頭。③采取必要的應(yīng)對措施，并可為環(huán)境管理決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確全面的環(huán)境質(zhì)量信息。同時(shí)，投資興建以監(jiān)控、信息、檢測等三大系統(tǒng)為核心的環(huán)境指揮中心，配備機(jī)動(dòng)車尾氣遙感監(jiān)測車，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)理標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。為使環(huán)境保護(hù)工作根深蒂固地開展起來，建立適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和市場經(jīng)濟(jì)的有利于環(huán)境保護(hù)的環(huán)境法律體系是必不可少的。在此基礎(chǔ)上實(shí)行環(huán)境執(zhí)法監(jiān)督，以國家環(huán)境政策、法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，圍繞國家環(huán)保工作重心，結(jié)合城區(qū)環(huán)保工作重點(diǎn)，運(yùn)用國家法律賦予的權(quán)利和城區(qū)政府授予的行政管理權(quán)限，以城區(qū)環(huán)保局為主體，在有關(guān)部門的配合下對一切與環(huán)境保護(hù)有關(guān)的經(jīng)濟(jì)行為進(jìn)行有效的監(jiān)督行動(dòng)。

加強(qiáng)宣傳，發(fā)動(dòng)群眾，完善城市的綠化體系。在城區(qū)范圍內(nèi)大規(guī)模植樹種草，在搞好垂直綠化的基礎(chǔ)上，實(shí)行立體綠化，使室內(nèi)、地面、樓頂、墻體形成一個(gè)立體的綠化網(wǎng)，在凈化空氣、涵養(yǎng)水土的同時(shí)，還可以阻止細(xì)菌霉菌的生長。

5 結(jié)語

清潔的空氣是人類和生物賴以生存的環(huán)境要素之一。隨著工業(yè)及交通運(yùn)輸事業(yè)等的發(fā)展，特別是煤和石油的大量使用，將產(chǎn)生的大量有害物質(zhì)如煙塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳?xì)浠衔锏扰欧诺娇諝庵校?dāng)其濃度超過環(huán)境所能允許的極限并持續(xù)一定時(shí)間后，就會(huì)改變空氣的正常組成，破壞自然的物理、化學(xué)和生態(tài)平衡體系，從而危害人們的生活、工作和健康，破壞自然資源。而目前，人們對環(huán)境保護(hù)的潛伏性、長期性、緊迫性和艱難性認(rèn)識(shí)不足，對政府的環(huán)境保護(hù)政策不理解，導(dǎo)致行為上的不夠積極，不夠配合。如在城區(qū)東部的桃園巷，本身道路坑洼不平，塵土飛揚(yáng)，再加上市民自身素質(zhì)不高，亂扔垃圾隨處可見。特別是每逢集市過后，更是滿地狼藉，這無疑加重了空氣中顆粒污染物的濃度。

因此要重視城市大氣TSP污染的防治處理。政府和社會(huì)應(yīng)共同作用，加強(qiáng)立法、監(jiān)管和宣傳工作，摒棄短期利益行為，真正做到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

［1］康寶華.淺議 PM2.5的危害與防治［J］.科技視野，2012（24）：208，288.

［2］趙普生，馮銀廠，張?jiān)７?，?建筑施工揚(yáng)塵排放因子定量模型研究及應(yīng)用［J］.中國環(huán)境科 學(xué)，2009，29（6）：567～573.

［3］申新力.晉城空氣總懸浮顆粒物污染現(xiàn)狀及防治對策［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2001，11（1）：4～6.

［4］白志鵬，蔡斌彬，董海燕，邊海灰霾的健康效應(yīng)［J］.環(huán)境污染與防治，2006（3）.

［5］董雪玲.大氣可吸入顆粒物對環(huán)境和人體健康的危害冊［J］.資源、產(chǎn)業(yè)，2004，（5）.

［6］安愛萍，郭琳芳，董慧青.我國大氣污染及氣象因素對人體健康影響的研究進(jìn)展［J］.環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學(xué)，2005（3）.

［7］云素枝，連惠勇，黃素軍.呼市城市大氣TSP污染現(xiàn)狀及防治對策［J］.內(nèi)蒙古環(huán)境保護(hù)，2004，17（3）：32～37.

［8］劉海燕，羅妙容，張 晶，等.廣西大學(xué)空氣中NOx和TSP來源及控制對策研究［J］.廣西大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，31（2）：108～111.

［8］王起超，李東俠，方鳳滿.長春市空氣中總懸浮微粒分布規(guī)律及來源的探討［J］.地理科學(xué)，2002，22（3）：355～359.

［10］姬亞芹，馮銀廠，吳建會(huì)，等.天津市TSP中元素分布特征及其來源分析［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2006，22（3）：75～80.

［11］陶 俊，陳剛才，鐘昌琴.重慶市大氣總懸浮顆粒物來源解析［J］.中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào)，2006，22（4）：489～493.

［12］沙維奇.ADMS模型解析城區(qū)總懸浮顆粒物來源［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2007，23（2）：110～112.

［13］黃輝軍，劉紅年，蔣維楣，等.南京市主城區(qū)大氣顆粒物來源探討［J］.氣象科學(xué)，2007，27（2）：162～168.

［14］李祚泳，彭荔紅.基于遺傳算法的大氣顆粒物的源解析［J］.環(huán)境科學(xué)究，2000，13（6）：19～21.

［15］王淑蘭，柴發(fā)合，楊天行.北京市不同尺度大氣顆粒物元素組成的特征分析［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2002，15（4）：10～12.