貴州省主要城市PM10污染特征分析

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(貴州大學 資源與環(huán)境工程學院, 貴陽 550003)

大氣可吸入顆粒物(PM10)指大氣顆粒物中空氣動力學當量直徑≤10 μm的顆粒。大量研究發(fā)現(xiàn)，大氣中PM10濃度的上升容易引起上呼吸道感染，使鼻炎、慢性咽炎、慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫、塵肺等呼吸系統(tǒng)疾病惡化，PM10每增加100 μg/ m3，成年人男、女性感冒咳嗽的發(fā)生率分別升高約4.81%和4.48%[1]。

近幾年來，我國的城市大氣污染日益嚴重，可吸入顆粒物已成為北京等大都市的首要空氣污染物[2]。從2011年中國環(huán)境狀況公報公布的監(jiān)測結果來看，地級以上城市環(huán)境空氣中可吸入顆粒物年均濃度達到或優(yōu)于二級標準的城市占90.8%，劣于三級標準的城市占1.2%；可吸入顆粒物年均濃度值0.025～0.352 mg/m3，且集中分布在0.060～0.100 mg/m3。

隨著工業(yè)的發(fā)展、城市人口的密集、煤炭和石化燃料使用量的迅猛增長，大氣環(huán)境質量日趨惡化，大氣污染已成為影響世界環(huán)境和人類身體健康的主要危害因素之一[3]。本文分析了貴州省主要城市PM10的污染水平及時空分布特征，旨在為貴州省城市空氣污染控制提供依據(jù)。

1 實 驗

1.1 采樣點的選擇

貴州省處在長江、珠江兩大水系的上游分水嶺，地勢西高東低。其中，畢節(jié)市和六盤水市屬貴州的第一梯級高原區(qū)，海拔高程1 600～2 200 m；遵義、貴陽、安順、都勻、興義等市屬貴州的第二梯級山原和丘陵區(qū)，海拔高程1 000～1 500 m；銅仁市和凱里市位于貴州的第三梯級低山丘陵區(qū)，海拔高程400～800 m。本文根據(jù)貴州省主要酸雨控制區(qū)的分布，確定了采樣區(qū)。采樣區(qū)分別在貴陽、畢節(jié)、遵義、都勻、安順、盤縣。采樣區(qū)的選擇如圖1所示。在各個采樣區(qū)，選擇具有代表性的采樣點對PM10進行系統(tǒng)性采樣。采樣點的布置如表1所示。

1.2 采樣儀器及方法

(1)采樣儀器包括：①青島金仕達電子科技有限公司生產的智能TSP-PM10中流量大氣采樣器(型號：KB-120F)，采樣時流量為100 L/min；②青島嶗山科技有限公司生產的TSP-PM10-PM2.5中流量大氣采樣器(型號：KC-6120)，采樣時流量為100 L/min；③濾紙為英國Whatman牌直徑90 mm的石英濾膜；④恒溫恒濕箱的箱內空氣溫度在15～30 ℃范圍內連續(xù)可調，控溫精度在±1 ℃，箱內空氣相對濕度控制在45%～55%范圍內；⑤十萬分之一天平；⑥濾紙袋、鑷子、X光看片機、氣壓計、溫度計。

圖1 采樣區(qū)的選擇

表1 采樣點的布置

(2)對貴州省主要城市(貴陽、畢節(jié)、遵義、都勻、安順、盤縣)10個采樣點PM10按照季節(jié)[2012年3月～5月(春)、6月～8月(夏)、9月～11月(秋)、12月～2013年2月(冬)]進行系統(tǒng)采樣，根據(jù)《環(huán)境空氣質量監(jiān)測規(guī)范(試行)》的要求，對每個點位進行5～7 d的樣品采集，每個樣品連續(xù)采集24 h(早上8：00至第二天早上8：00)。采樣時，采樣器位于各個采樣點樓頂或山頂，距離墻壁約1.5 m，以免影響空氣顆粒物的采集。大風、下雨、大霧天氣情況下停止采樣。記錄相應的溫度、相對濕度和風速等氣象要素。

1.3 樣品的處理與分析

依據(jù)空氣質量監(jiān)測PM10中流量采樣重量法[4]，測量PM10的質量濃度。

1.3.1 濾紙的處理

每張濾紙均需用X光看片機進行檢查，不得有針孔或任何缺陷。將濾紙放在恒溫恒濕箱中平衡24 h。平衡條件：溫度取10～30 ℃中任意一點；相對濕度控制在45%～55%范圍內。

1.3.2 樣品的采集

空氣中的PM10被抽進中流量采樣器時，收集在已稱量的濾紙上，連續(xù)采樣24 h。采樣后將濾紙按使用前的平衡條件再稱量。

1.3.3 PM10質量濃度計算

將上述采樣前后濾紙的質量之差除以采樣體積，可得到空氣中PM10的質量濃度。

2 結果與分析

2.1 PM10總體污染水平分析

2012年貴州省主要城市(貴陽、畢節(jié)、遵義、都勻、安順、盤縣)10個采樣點在春、夏、秋、冬四季PM10的質量濃度范圍，與《環(huán)境空氣質量標準》(GB 3095-2012)中PM10日平均濃度限值150 μg/m3[5]進行比較，計算出的超標率和超標倍數(shù)如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)來看，2012年貴州省主要城市10個采樣點的大氣污染較嚴重，PM10的質量濃度范圍在17.9～374.8 μg/m3，平均質量濃度為(139.3±16.2)μg/m3。對比《環(huán)境空氣質量標準》(GB 3095-2012)[5]中PM10日平均濃度限值150 μg/m3，超標率為0～100%，超標倍數(shù)范圍為0～1.499。

2.2 PM10的時空分布特征

2.2.1 PM10在季節(jié)上的變化規(guī)律

貴州省主要城市10個采樣點在2012年春、夏、秋、冬四季PM10的平均質量濃度如圖2所示。①春季PM10質量濃度為46.0～374.8 μg/m3。其中：安順一中、畢節(jié)環(huán)保局的PM10質量濃度分別為176.2～246.8 μg/m3、228.3～374.8 μg/m3，超標率都達到了100%，超標倍數(shù)范圍分別為0.108～0.645、0.522～1.499；背景點安順電力城和畢節(jié)農科所超標率也分別為80%和100%；都勻監(jiān)測站的PM10質量濃度范圍為72.1～149.6 μg/m3，超標率為0。②夏季PM10質量濃度為17.9～323.9 μg/m3。其中：盤縣環(huán)保局、畢節(jié)環(huán)保局的PM10超標率為100%，甚至在背景點畢節(jié)農科所PM10超標率也為100%；遵義丁字口和貴陽環(huán)保局PM10質量濃度范圍分別為60.4～113.8 μg/m3和30.1～39.5 μg/m3，超標率均為0。③秋季PM10質量濃度為25.7～239.2 μg/m3，超標率都在50%以下。其中：盤縣環(huán)保局、安順一中、安順電力城及貴陽高坡的超標率為0。除貴陽環(huán)保局剛剛超過標準濃度限值以外，其他城市采樣點的平均污染水平都在標準濃度限值以下。④冬季PM10質量濃度為39.0～320.0 μg/m3。其中遵義丁字口和都勻監(jiān)測站最為嚴重，PM10質量濃度分別為193.8～320.0 μg/m3和69.0～281.1 μg/m3，超標率達到100%和60%，超標倍數(shù)范圍為0～1.134和0～0.874；在背景點遵義鳳凰山PM10質量濃度為190.4～249.8 μg/m3，超標率達100%。除盤縣環(huán)保局的超標率為0以外，其他采樣點都稍有超標。

表2 2012年貴州省主要城市PM10質量濃度范圍、超標率及超標倍數(shù)范圍

圖2 2012年貴州省主要城市在各個季節(jié)的PM10平均質量濃度

盤縣環(huán)保局、安順電力城(背景點)、畢節(jié)環(huán)保局、畢節(jié)農科所(背景點)的PM10在季節(jié)分布上由高到低的變化規(guī)律為：春、夏、秋、冬；在安順一中，PM10在季節(jié)分布上由高到低的變化規(guī)律為：春、夏、冬、秋；遵義丁字口、遵義鳳凰山(背景點)的PM10在季節(jié)分布上由高到低的變化規(guī)律為：冬、春、秋、夏；都勻監(jiān)測站的PM10在季節(jié)分布上由高到低的變化規(guī)律為：冬、夏、秋、春；貴陽環(huán)保局的PM10在季節(jié)分布上由高到低的變化規(guī)律為：秋、春、冬、夏；在貴陽高坡(背景點)，PM10在季節(jié)分布上由高到低的變化規(guī)律為：冬、春、秋、夏。

從總體上看，秋季的PM10質量濃度最低，幾乎低于標準濃度限值。這是由于秋季貴州省氣候潮濕，經常陰雨綿綿，大量降水減少了空氣中可吸入顆粒物濃度，并使降水后一段時間內空氣中可吸入顆粒物濃度保持在較低水平。

在遵義、都勻、貴陽地區(qū)，夏季比冬季PM10平均質量濃度低，一是由于冬季降水較夏季少，刮風天氣較少，光照較弱，日照時間短，逆溫出現(xiàn)頻率最高，且溫度較低，大氣對流不活躍等不利于空氣中污染物質擴散的因素較多，空氣污染嚴重。夏季由于太陽輻射較強，大氣對流活動旺盛，逆溫層存在的時間縮短，且降雨天氣較多，降雨量很大，對污染物質清除作用明顯，使空氣污染程度相對減輕[6]。二是在冬季進入采暖期，燃煤是貴州省的主要采暖方式，也是造成冬季顆粒物濃度高的主要原因。但是，盤縣、安順、畢節(jié)PM10的質量濃度夏季高于冬季。貴州省常年雨量充沛，時空分布不均，降水量的地區(qū)分布趨勢是南部多于北部，東部多于西部。從降水的季節(jié)分布看，一年中的大多數(shù)雨量集中在夏季，但下半年降水量的年際變率大，常有干旱發(fā)生。因此，降雨少、干旱是導致盤縣、安順、畢節(jié)PM10的質量濃度夏季高于冬季的主要原因。

2.2.2 PM10在空間上的分布特征

2012年貴州省主要城市PM10平均質量濃度如圖3所示。從圖3可以看出，2012年貴州省主要城市，在空間分布上PM10質量濃度的總體變化規(guī)律由大到小為：畢節(jié)、遵義、盤縣、都勻、安順、貴陽。污染最嚴重的畢節(jié)環(huán)保局的PM10質量濃度為(206.8±42.6) μg/m3；污染最輕的貴陽環(huán)保局的PM10質量濃度為(113.3±26.9) μg/m3。

畢節(jié)環(huán)保局的PM10質量濃度最高,一是因為畢節(jié)地區(qū)石漠化情況嚴重[7]，導致畢節(jié)地區(qū)森林覆蓋率低。森林和綠地對PM10有明顯的吸收降低作用[8]，植被可以降低風速，阻止來自附近交通干道上的汽車尾氣和地面揚塵，有效地降低顆粒物的濃度[9]；二是因為畢節(jié)地區(qū)的建設活動較為頻繁，施工過程中產生的大量建筑揚塵在風力作用下進入大氣中，使PM10的質量濃度升高。

背景點畢節(jié)農科所的PM10質量濃度也相對較高，為(162.0±40.0) μg/m3。這是因為畢節(jié)農科所周圍居民較多，有一個農貿市場，并且在采樣期間有大量的拆遷活動，導致空氣中PM10的質量濃度較高。

圖3 2012年貴州省主要城市PM10平均質量濃度

背景點遵義鳳凰山、貴陽高坡的PM10的質量濃度比遵義丁字口、貴陽環(huán)保局低，一是因為在背景點森林覆蓋率高；二是因為遵義丁字口、貴陽環(huán)保局處于城市中心，人流量、車流量較大，工業(yè)污染較少，PM10主要的產生源為機動車尾氣的排放。尾氣中的顆粒物對城市大氣中顆粒物的貢獻值不容忽視[10-11]；機動車本身附帶塵土或裝運物料在車輛行駛時由于震動和氣流的沖擊而散落地面，其次車輛在行駛過程中車身氣流擾動還對由于各種原因造成的路面降塵產生真空抽吸作用，從而造成路面降塵的二次飛揚，使大氣中的顆粒物濃度增加[12]。

3 貴州省與其他城市PM10污染水平的比較

參考環(huán)境保護部發(fā)布的2012中國環(huán)境狀況公報，并與鄭州市、呼和浩特市、北京市、?？谑薪鼛啄甑腜M10污染水平相比較，2012年貴州省主要城市空氣質量處于全國中等偏上水平(見表3)[13-16]。

表3 與國內部分城市PM10污染水平比較

4 結 語

(1)2012年貴州省主要城市PM10污染水平，從季節(jié)分布上看，盤縣、安順和畢節(jié)春、夏季PM10污染較重，其中畢節(jié)市區(qū)與背景點的超標率均達到了100%，其他采樣點冬季污染較重；從空間分布上看，畢節(jié)、遵義污染較嚴重，畢節(jié)市區(qū)點PM10平均濃度為(206.8±42.6) μg/m3；貴陽污染較輕，市區(qū)點PM10平均濃度為(113.3±26.9) μg/m3。

(2)參考環(huán)境保護部發(fā)布的2012中國環(huán)境狀況公報空氣質量狀況，并與鄭州市、呼和浩特市、北京市、海口市近幾年PM10污染水平相比較，2012年貴州省主要城市PM10有一定程度的超標，空氣質量在全國城市中較好。

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