三明市市區(qū)大氣顆粒物污染特征及源解析研究

李奇勇，李強(qiáng)

(1.三明學(xué)院資源與化工學(xué)院;2.福建省資源環(huán)境監(jiān)測與可持續(xù)經(jīng)營利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建三明365004)

三明市市區(qū)大氣顆粒物污染特征及源解析研究

李奇勇1，2，李強(qiáng)1，2

(1.三明學(xué)院資源與化工學(xué)院;2.福建省資源環(huán)境監(jiān)測與可持續(xù)經(jīng)營利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建三明365004)

為研究三明市市區(qū)大氣顆粒物污染情況，采集市區(qū)內(nèi)典型區(qū)域的大氣顆粒物樣品，然后進(jìn)行分析檢測，并采用化學(xué)質(zhì)量平衡受體模型(CMB模型)進(jìn)行源解析研究.研究結(jié)果表明，三明市市區(qū)大氣顆粒物污染中TSP指標(biāo)較好，PM10的達(dá)標(biāo)情況偏差，且“三鋼”和“三化”是市區(qū)內(nèi)大氣顆粒物污染的主要排放來源，其排放的煤煙塵和冶金塵為三明市市區(qū)大氣顆粒物污染的主要源類.

大氣顆粒物;污染特征;源解析;化學(xué)質(zhì)量平衡受體模型

三明市位于福建省西北部地區(qū)，被稱為中國最綠省份的最綠城市，素有中國綠都之稱，是中國優(yōu)秀旅游城市、全國文明城市.同時(shí)三明市也是一座新興的工業(yè)城市，隨著近年來經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題已成為其亟待解決的難題之一.由于三明市的地理位置、工業(yè)因素、氣象條件比較特殊，使得大氣污染成為其主要的環(huán)境污染問題，特別是市區(qū)的大氣污染最為嚴(yán)重，不僅影響市區(qū)密集人口的正常生活，而且由于大氣污染的擴(kuò)散性強(qiáng)，對市區(qū)周邊旅游業(yè)的發(fā)展也帶來一定影響.

在三明市市區(qū)的大氣污染中，顆粒物污染是主要的污染因子［1］，而大氣顆粒物污染的來源多種多樣，包括土壤塵、建筑塵、煤煙塵、冶金塵、道路塵等［2］.對于不同的大氣顆粒物污染源類，其對人體的危害以及防治措施存在較大差異［3］.為了詳細(xì)研究三明市市內(nèi)大氣顆粒物污染情況，并分析其主要污染來源，該研究首先對市區(qū)內(nèi)各主要區(qū)域的大氣顆粒物污染情況進(jìn)行檢測分析，然后采用化學(xué)質(zhì)量平衡受體模型(CMB模型)對TSP來源進(jìn)行解析，通過分析研究能夠?yàn)槿魇写髿馕廴痉乐喂ぷ魈峁┲笇?dǎo).

1 采樣與分析

1.1 研究區(qū)域介紹

三明市主要行政區(qū)域包括梅列區(qū)、三元區(qū)、沙縣、將樂縣、泰寧縣等12個(gè)區(qū)縣，其中梅列區(qū)和三元區(qū)為市轄區(qū)，而研究區(qū)域主要為大氣污染較為嚴(yán)重、人口比較密集的市中心區(qū)域，如圖1所示，包括列西區(qū)、列東區(qū)以及三元區(qū).在所研究的市區(qū)范圍內(nèi)列西區(qū)為工業(yè)區(qū)，主要包括“三鋼”(三鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司)和“三化”(三明化工有限責(zé)任公司)兩大生產(chǎn)型企業(yè)，是可能造成大氣污染物的主要來源區(qū)域;列東區(qū)和三元區(qū)主要為居民生活區(qū)，其緊鄰列西區(qū)，可能受大氣污染的影響最嚴(yán)重.由于大氣顆粒物污染受風(fēng)向及風(fēng)速影響較大，而三明市市區(qū)屬丘陵河谷地形，東西方向以山體為主、地勢較高，而南北方向地勢較低、比較平坦，導(dǎo)致市區(qū)內(nèi)年主導(dǎo)風(fēng)向以偏北風(fēng)為主，靜風(fēng)頻率為5.9%，年平均風(fēng)速為1.52m/s，三明市市區(qū)常年風(fēng)向玫瑰圖如圖2所示.

圖1 三明市市區(qū)大氣監(jiān)測點(diǎn)位分布圖

圖2 多年氣象年平均風(fēng)向玫瑰圖

1.2 樣品采集

為了詳細(xì)研究三明市市區(qū)大氣顆粒物污染情況，在市區(qū)內(nèi)選取有代表性的區(qū)域進(jìn)行大氣顆粒物樣品采集.樣品采集點(diǎn)主要分布在群英小學(xué)(26°16'31.73″N，117°36'58.30″E)、三鋼子弟學(xué)校(26°15'45.18″N，117°37'15.93″E)、三化五村(26°15'16.88″N，117°37'13.85″E)、三明四中(26°14'44.25″N，117°36' 41.92″E)、三明二中(26°16'14.59″N，117°30'07.68″E)、三元區(qū)政府(26°14'15.87″N，117°36'10.58″E)，如圖1所示，其中群英小學(xué)、三鋼子弟學(xué)校、三化五村、三明四中為“三鋼”和“三化”周邊的采樣點(diǎn)，能夠較好的反映出工業(yè)生產(chǎn)排放大氣污染物的情況;而三明二中和三元區(qū)政府這兩個(gè)采樣點(diǎn)則能夠分別反映出列東區(qū)和三元區(qū)的大氣污染情況.

據(jù)調(diào)查［4－5］影響三明市空氣質(zhì)量的主要大氣顆粒物為PM10，因此確定樣品采集點(diǎn)后使用便攜式大氣顆粒物采樣器采集TSP(總懸浮微粒)樣品和PM10(小于10微米的顆粒物)樣品.采樣時(shí)間為2014年9月23日至29日，24h連續(xù)采樣.

1.3 樣品分析

對采集到的TSP樣品和PM10樣品進(jìn)行預(yù)處理后測定各采樣點(diǎn)的TSP和PM10質(zhì)量濃度，然后采用原子吸收分光光度計(jì)測定各TSP樣品中的Pb、Mg、Cr、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Hg等元素含量.

2 結(jié)果與討論

2.1 市區(qū)大氣顆粒物污染特征

將各采樣點(diǎn)采集的TSP和PM10質(zhì)量濃度及其平均值匯總于表1.

表1 各采樣點(diǎn)PM10及TSP質(zhì)量濃度(日均mg/m3)

由表1可知三明市市區(qū)的TSP平均濃度僅為0.087mg/m3，達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095－2012)中一級限度值以內(nèi)(日均0.12mg/m3)，TSP的達(dá)標(biāo)情況較好;而PM10平均濃度為0.063mg/m3，超過一級限度值(日均0.050mg/m3)，PM10的達(dá)標(biāo)情況偏差，且PM10占TSP的比例達(dá)到72.4%，表明三明市市區(qū)大氣顆粒物污染主要為PM10.

此外，大氣顆粒物在不同區(qū)域的分布上以群英小學(xué)和三明二中的顆粒物濃度最低，三鋼子弟學(xué)校、三明四中以及三元區(qū)政府的顆粒物濃度在市區(qū)平均水平左右，而三化五村的顆粒物濃度最高，達(dá)到0.100mg/m3.處于市區(qū)上風(fēng)向的群英小學(xué)和三明二中的顆粒物濃度最低表明市區(qū)北部區(qū)域的大氣顆粒物排放較少;三化五村顆粒物濃度最高表明其上風(fēng)向是市區(qū)大氣顆粒物排放的主要來源，而由圖1可知，三化五村上風(fēng)向緊鄰“三化”和“三鋼”，且這兩個(gè)企業(yè)為市區(qū)內(nèi)最大的生產(chǎn)型企業(yè)，因此可以推斷“三化”和“三鋼”為三明市市區(qū)內(nèi)主要的大氣顆粒物排放來源;三鋼子弟學(xué)校位于“三鋼”和“三化”東邊，雖然也與其緊鄰，但未處于下風(fēng)向，故大氣顆粒物濃度處于一般水平;三明四中和三元區(qū)政府雖然處于“三鋼”和“三化”下風(fēng)向，但與其相距較遠(yuǎn)，大氣顆粒物擴(kuò)散至此的濃度較低，所以其顆粒物濃度也處于一般水平.

2.2 主要污染源大氣顆粒物排放情況

通過對三明市市區(qū)各采樣點(diǎn)大氣顆粒物污染特征分析，可以推斷“三鋼”和“三化”為市區(qū)大氣顆粒物排放的主要來源.為了研究“三鋼”和“三化”大氣顆粒物污染排放的具體情況，分別對其廠界TSP濃度進(jìn)行監(jiān)測并匯總于表2.

表2 “三鋼”和“三化”廠界TSP濃度(日均mg/m3)

由表2可知，“三鋼”和“三化”廠界的平均TSP濃度遠(yuǎn)高于市區(qū)平均值，達(dá)0.300mg/m3左右，且在下風(fēng)向廠界TSP濃度中“三鋼”最高達(dá)到0.595mg/m3、“三化”最高達(dá)到0.456mg/m3.另外，在上風(fēng)向廠界TSP濃度中，“三鋼”為0.091 mg/m3，是由于受風(fēng)向影響，大氣顆粒物濃度較低;而“三化”上風(fēng)向廠界TSP濃度為0.156 mg/m3，主要是由于“三化”與“三鋼”緊鄰，且處于“三鋼”下風(fēng)方向，所以上風(fēng)向廠界TSP濃度受“三鋼”影響而較高.

2.3 市區(qū)大氣顆粒物源解析研究

為了詳細(xì)研究市區(qū)大氣顆粒物的來源解析，將各樣品采集點(diǎn)采集到的TSP樣品進(jìn)行成分分析，其分析結(jié)果見表3.然后采用CMB模型對各采樣點(diǎn)的TSP進(jìn)行源解析［6－8］，其分析結(jié)果見表4.

表3 各采樣點(diǎn)TSP中元素質(zhì)量濃度(μg/m3)

表4 各采樣點(diǎn)TSP的源解析結(jié)果(分擔(dān)率/%)

從表4的TSP源解析結(jié)果來看，三明市市區(qū)內(nèi)不同采樣點(diǎn)的大氣TSP主要排放源類存在明顯差異:(1)群英小學(xué)TSP的主要源類為煤煙塵和冶金塵，其分擔(dān)率分別為37.42%和45.49%，而其他源類的分擔(dān)率均低于10%.由圖1可知，群英小學(xué)緊鄰“三鋼”，距“三化”也較近，且地處偏僻，所以“三鋼”排放的冶金塵分擔(dān)率最高，“三化”排放的煤煙塵次之，而建筑塵、土壤塵、道路塵由于周邊交通不便、工地較少，其分擔(dān)率均很低.(2)三化五村與群英小學(xué)類似，但由于三化五村緊鄰“三化”、靠近“三鋼”，所以其TSP源類以煤煙塵最高、冶金塵次之，分擔(dān)率分別為42.27%和37.94%.(3)三明四中與三化五村相距較近，且均處于“三鋼”和“三化”的下風(fēng)向，因此其TSP源類同樣以煤煙塵最高、冶金塵次之.但由于三明四中周邊工地較多，因而其土壤塵和建筑塵的分擔(dān)率略高，分別達(dá)到20.48%和15.62%.(4)三鋼子弟學(xué)校由于緊鄰“三鋼”和“三化”，且周邊交通運(yùn)輸繁重，因此其TSP源類以道路塵、煤煙塵、冶金塵為主，分擔(dān)率分別為32.82%、27.16%和28.76%.(5)三明二中由于地處市中心最繁華地帶，且上風(fēng)向?qū)儆陂_發(fā)區(qū)，建筑工地較多，所以道路塵和建筑塵為最主要的TSP源類，其分擔(dān)率分別為34.62%和38.62%.(6)三元區(qū)政府與三明二中類似，處于三元區(qū)中心，但其周邊建筑工地較少，且處于“三鋼”和“三化”下風(fēng)向，因此其TSP源類主要為道路塵、煤煙塵和冶金塵，分擔(dān)率分別為30.68%、24.18%和22.67%.

此外，根據(jù)表4中不同TSP源類在各采樣點(diǎn)的分擔(dān)率情況可知:煤煙塵和冶金塵在三明二中以外的其他區(qū)域均為主要的TSP來源;土壤塵除了在三明四中的分擔(dān)率達(dá)到20.48%外，其他區(qū)域的分擔(dān)率均低于10%;建筑塵除了在三明二中的分擔(dān)率達(dá)到38.62%外，其他區(qū)域的分擔(dān)率均低于20%，且群英小學(xué)、三鋼子弟學(xué)校、三化五村均低于10%;道路塵主要在市內(nèi)比較繁華的三明二中、三元區(qū)政府、三鋼子弟學(xué)校的分擔(dān)率較高，其他區(qū)域的分擔(dān)率均低于10%.再結(jié)合市區(qū)各采樣點(diǎn)大氣顆粒物TSP質(zhì)量濃度的情況，即三化五村TSP濃度最高，三鋼子弟學(xué)校、三明四中、三元區(qū)政府TSP濃度中等，群英小學(xué)和三明二中TSP濃度最低，可以推斷三明市市區(qū)大氣顆粒物污染的主要源類為煤煙塵和冶金塵.

3 結(jié)論

通過對三明市市區(qū)大氣顆粒物污染特征及源解析研究，得到以下結(jié)論:

(1)三明市市區(qū)大氣顆粒物污染中TSP指標(biāo)較好，達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一級限度值要求，而PM10的達(dá)標(biāo)情況偏差，未達(dá)到一級限度值要求，且PM10為市區(qū)大氣顆粒物污染的主要組成.

(2)“三鋼”和“三化”為三明市市區(qū)大氣顆粒物污染的主要來源，且其下風(fēng)向廠界TSP濃度遠(yuǎn)高于上風(fēng)向廠界TSP濃度，對下風(fēng)向的大氣污染更為嚴(yán)重.

(3)三明市市區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的大氣TSP主要排放源類差異較大，列西區(qū)以煤煙塵和冶金塵為主;列東區(qū)以道路塵和建筑塵為主;三元區(qū)以道路塵、煤煙塵和冶金塵為主.

(4)“三鋼”和“三化”排放的煤煙塵和冶金塵為三明市市區(qū)大氣顆粒物污染的主要源類.

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Research on the Pollution Characteristics and Source Apportionment of Atmospheric Particulates in Sanming Downtown Area

LI Qi－yong1，2，LI Qiang1，2
(1.School of Resources and Chemical Engineering，Sanming University，Sanming，365004;
2.Fujian Provincial Key Laboratory of Resources and Environment Monitoring＆Sustainable Management and Utilization，Sanming，365004，China)

To investigate the pollution of atmospheric particulates in Sanming downtown area，the samples of atmospheric particulates was collected from representative region in urban area and put into analysis，in which chemical mass balance receptor model was adopted to the conduction of source apportionment.The results showed that the TSP index of the pollution caused by atmospheric particulates was better than that of PM10and it should be noted that Sangang and Sanhua were the main emissions of the atmospheric particulates.The soot of coal combustion and metallurgical engineering which were released by the above two constituted the main source class of the particle pollution in urban area.

atmospheric particulates;pollution characteristics;source apportionment;chemical mass balance receptor model

R122.2

A

1672－2590(2016)03－0091－05

2016－03－22

三明學(xué)院科研基金項(xiàng)目(B201301/G)

李奇勇(1971－)，男，福建浦城人，三明學(xué)院資源與化工學(xué)院教授級高級工程師，福建省資源環(huán)境監(jiān)測與可持續(xù)經(jīng)營利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會委員.