北方港口煤堆場揚塵PM2.5化學(xué)組分特征分析

薛建峰神華黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司，河北滄州 061113

北方港口煤堆場揚塵PM2.5化學(xué)組分特征分析

薛建峰
神華黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司，河北滄州 061113

目前針對港口煤堆場環(huán)境中PM2.5化學(xué)組分的研究比較少，因此對北方典型港口煤堆場不同位置7個采樣點分別取樣，經(jīng)篩選后進行化學(xué)組分分析，初步分析了港口煤堆場不同位置PM2.5的化學(xué)組分特征，各采樣點元素組分以地殼組分為主，離子組分中普遍Ca+含量最高，OC/EC比值除碼頭辦公樓頂外均小于2，碳組分相對比較穩(wěn)定；各采樣點中港口煤碼頭雨污水處理沉淀池積煤泥中化學(xué)組分普遍高于其他采樣點，可能是因為沉淀池中常年積累所致，Cl-含量明顯高于其他采樣點可能是跟雨污水處理加氯消毒有關(guān)。

煤炭港口；PM2.5；化學(xué)組分

港口煤炭在堆存、裝卸、運輸過程中排放的PM2.5是所在地大氣細(xì)顆粒物污染的主要來源之一［1］，隨著近年來煤炭等易起塵貨種吞吐量的快速增長，港口散貨作業(yè)排放細(xì)顆粒物污染控制的難度和壓力進一步加大，顆粒物已成為我國城市大氣的首要污染物［2-3］。PM2.5是由有機碳（OC）、元素碳（EC）、銨鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、礦物塵、海鹽和痕量重金屬元素等成分組成的復(fù)雜混合體。PM2.5組分中的OC和EC分別通過光散射和光吸收對消光系數(shù)產(chǎn)生影響，共同作用甚至可以達到總消光的30％～40％；EC的強吸光能力會對氣溶膠的輻射強迫產(chǎn)生重要影響，甚至引起地氣系統(tǒng)增溫；OC可以通過大氣化學(xué)反應(yīng)生成二次有機碳SOC，并對人體健康造成危害。SO42-、NO3-和NH4+等水溶性離子具有較強的親水性，能促進云凝結(jié)核的形成，從而對氣候、能見度等產(chǎn)生重要的影響［4］。

目前針對PM2.5的研究很多，但是對港口煤堆場揚塵產(chǎn)生的PM2.5研究比較少，筆者在2014年9月24日至10月13日期間對北方某典型港口煤堆場遠近不同位置分別取樣，經(jīng)篩選后進行化學(xué)組分分析，初步分析了港口煤堆場不同位置PM2.5的化學(xué)組分特征，為以后的源解析研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1樣品采集

堆場揚塵采集參照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/ T 166—2004）或《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 20—1998）；積塵采集使用毛刷將窗臺、臺架等處長期積累的塵刷入袋內(nèi)，或在窗臺和樓頂上鋪置收集降塵的容器如紙盒、紙板之類。

根據(jù)煤堆場分布，在堆場內(nèi)和轉(zhuǎn)接塔以及外緣辦公樓頂分別取樣，4個采樣點分別為：某港口煤堆場碼頭辦公樓頂、港口煤碼頭轉(zhuǎn)接塔除塵器、港口煤碼頭堆場、港口煤碼頭雨污水處理沉淀池積煤泥。

收集的樣品過150目標(biāo)準(zhǔn)篩以獲取粒徑＜100μm的組分，過篩后的樣品置于恒溫恒濕箱（20℃，濕度20％）中干燥24h以上以去除其中的水分，避免高溫烘烤以盡量減少硝酸鹽和有機碳等揮發(fā)性組分的流失，待再懸浮重采樣。再懸浮是將將樣品經(jīng)過載氣吹入混合箱中，使顆粒物再懸?。ň唧w參數(shù)視不同再懸浮儀器設(shè)置而定），由特氟龍濾膜和石英濾膜平行采集分級收集PM2.5樣品。

1.2分析方法

1.2.1元素分析方法

采集PM2.5中鉛等元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法，測定了鋁（Al），鎂（Mg），硅（Si），鐵（Fe），鈣（Ca），鉻（Cr），錳（Mn），鍶（Sr）等元素。

測定按照《空氣和廢氣 顆粒物中鉛等金屬元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》（HJ 657—2013）方法執(zhí)行。

1.2.2離子分析方法

離子分析采用離子色譜法測定，通過加入一定量的二次去離子超聲萃取，將離子從顆粒物轉(zhuǎn)移至水中，過濾后進入離子色譜儀分析。離子色譜法測定離子是利用離子交換原理進行分離。根據(jù)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中各離子出峰的保留時間以及峰高（或峰面積）可定性和定量樣品中的離子。

1.2.3碳組分分析方法

碳組分采用熱—光透射法進行測定，使用熱光法OC/EC分析儀進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1各采樣點化學(xué)組分的含量

經(jīng)過實驗室分析，共獲得了PM2.5中59種化學(xué)組分的質(zhì)量百分比，選取其中含量相對較高的33種化學(xué)組分（元素組分13種，離子組分10種，碳組分2種）進行分析，4個采樣點的元素組分、離子組分和碳組分分別占的百分比見下圖1～圖5。

由圖1可知，在碼頭辦公樓頂取得的樣品中，元素組分中Al、Si、Fe的含量明顯高于其他元素組分，分別占PM2.5質(zhì)量的3.77％、3.33％、2.98％，其次是Ca、Mg、K含量較高，在0.34％～1.24％之間，其他元素含量較少，主要元素組分還是以地殼組分為主，污染元素含量較少；離子組分中Ca+含量最高，為0.61％，其次為SO42-、NO2-、NO3-、NH4+、Cl-含量比較高，在0.14％～0.26％之間，其他離子含量均在0.10％以下，比較少，由于港口臨海，離子組分可能來自海水飛沫；樣品中OC含量為4.56％，EC含量為2.23％，OC/EC為2.04。

OC/EC比值常被用來識別碳?xì)馊苣z的排放和轉(zhuǎn)化特征以及評價和鑒別顆粒物的二次來源。EC具有良好的穩(wěn)定性，在大氣中不會發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，因此被作為人為一次源排放的示蹤物。而OC既可以來自污染源直接排放的一次有機碳POC，又包含通過光化學(xué)反應(yīng)生成的二次有機碳SOC［5］。Chow［6］等人認(rèn)為，當(dāng)OC/ EC＞2時指示大氣中有SOC生成，該比值越大則表示SOC的濃度越高。另外，除了光化學(xué)反應(yīng)之外，生物質(zhì)燃燒會釋放大量的OC，而對EC的影響相對較小，因此也會產(chǎn)生較高的OC/EC比值。本樣品中OC/EC為2.04＞2，表明大氣中有SOC產(chǎn)生，但比較少。

由圖2可知，在港口煤碼頭轉(zhuǎn)接塔除塵器取得的樣品中，元素組分中Al、Si、Fe的含量明顯高于其他元素組分，分別占PM2.5質(zhì)量的6.96％、4.89％、3.49％，其次是Ca、Mg、K含量較高，在0.88％～2.19％之間，其他元素含量較少，主要元素組分還是以地殼組分為主，污染元素含量較少；離子組分中Ca+含量最高，為1.40％，其次為SO42-、NO2-、NO3-、Cl-、NH4+、Na+、K+含量比較高，在0.17％～0.96％之間，Mg2+和F-含量均在0.10％以下，比較少，由于港口臨海，離子組分可能來自海水飛沫；樣品中OC含量為24.87％，EC含量為46.60％，OC/EC為0.53＜2，表明大氣中無SOC產(chǎn)生，碳組分具有良好的穩(wěn)定性。

由圖3可知，在港口煤碼頭堆場取得的樣品中，元素組分中Si、Al的含量明顯高于其他元素組分，分別占PM2.5質(zhì)量的14.84％、13.50％，其次是Fe、Ca、Mg含量較高，在2.16％～6.20％之間，K、Ti、Na、Cr含量分別為0.73％、0.57％、0.42％、0.37％，其他元素含量較少，主要元素組分還是以地殼組分為主，污染元素含量較少；離子組分中Ca+含量最高，為1.48％，其次為NO3-、NO2-、SO42-、Cl-、NH4+、Na+、K+含量比較高，在0.20％～1.14％之間，Mg2+和F-含量均在0.10％以下，比較少，由于港口臨海，離子組分可能來自海水飛沫；樣品中OC含量為25.77％，EC含量為44.09％，OC/EC為0.58＜2，表明大氣中無SOC產(chǎn)生，碳組分具有良好的穩(wěn)定性。

由圖4可知，在港口煤碼頭雨污水處理沉淀池積煤泥取得的樣品中，元素組分中Si、Al、Fe的含量明顯高于其他元素組分，分別占PM2.5質(zhì)量的22.33％、17.40％、15.25％，其次是Ca、Mg、Na、K、Ti含量較高，在1.09％～5.81％之間，其他元素含量較少，主要元素組分還是以地殼組分為主，污染元素Cr含量為0.78％，含量也較少；離子組分中Cl-含量最高，為2.48％，其次為Ca+、Na+、SO42-、NO2-、Mg2+、NO3-、NH4+、K+含量比較高，在0.33％～2.48％之間，F(xiàn)-含量在0.10％以下，比較少，由于港口臨海，離子組分可能來自海水飛沫，Cl-含量最高可能是因為除海水飛沫外，還受雨污水處理過程加氯消毒的影響；樣品中OC含量為56.79％，EC含量為59.54％，OC/EC為0.95＜2，表明大氣中無SOC產(chǎn)生，碳組分具有良好的穩(wěn)定性，但是有機碳污染比其他采樣點要高。

由圖5可以看出，不同采樣點化學(xué)組分含量趨勢大體一致，表明各采樣點PM2.5化學(xué)組分特征基本相同，差異不明顯。在各化學(xué)組分中，均是港口煤碼頭雨污水處理沉淀池積煤泥中含量比較高，可能是由于沉淀池長年累月積累造成，特別是Cl-明顯高于其他采樣點，可能是雨污水處理過程中加氯消毒造成。

3 結(jié)論

1）在各采樣樣品中，元素組分中普遍Si、Al的含量明顯高于其他元素組分，其次是Fe、Ca、Mg、K含量較高，其他元素含量一般較少，主要元素組分還是以地殼組分為主；離子組分中普遍Ca+含量最高，Na+、SO42-、NO2-、NO3-、NH4+含量相對也比較高；各采樣點OC/EC為除碼頭辦公樓頂以為均小于2，表明大氣中無有SOC產(chǎn)生，碳組分具有良好的穩(wěn)定性。

2）不同采樣點化學(xué)組分含量趨勢大體一致，表明各采樣點PM2.5化學(xué)組分特征基本相同，差異不明顯，這些樣品的化學(xué)組分可以用于構(gòu)建煤堆場揚塵源成分譜，用于以后源解析研究。在各化學(xué)組分中，均是港口煤碼頭雨污水處理沉淀池積煤泥中含量比較高，特別是Cl-明顯高于其他采樣點，可能是雨污水處理過程中加氯消毒造成。

［1］林春江.《2010中國交通運輸統(tǒng)計年鑒》出版發(fā)行［J］.城市軌道交通研究，2012（3）：23.

［2］劉忠馬，徐義邦，樊孝俊，等.南昌市秋季大氣PM2.5濃度及化學(xué)組分特征分析［J］.環(huán)境污染與防治，2015，37 （9）：55-59.

［3］林宇，楊瑩，李美玲，等.港口煤炭作業(yè)細(xì)顆粒物（PM2.5）排放特征研究［J］.水道港口，2015，36（6）：578-582.

X5

A

1674-6708（2016）170-0196-03

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資金項目，細(xì)顆粒物（一次源）排放清單研究（TKS150104）。

薛建峰，助理工程師，神華黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司，主要從事環(huán)境保護管理工作。