北京主要交通區(qū)域不同功能區(qū)空氣懸浮物組成分析

(1.北京應(yīng)對(duì)氣候變化研究和人才培養(yǎng)基地，北京 100044；2.中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100048；3.北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100044)

北京主要交通區(qū)域不同功能區(qū)空氣懸浮物組成分析

岳冠華1于英漢2呂國(guó)琴3郭麗平3張雪瑤3

(1.北京應(yīng)對(duì)氣候變化研究和人才培養(yǎng)基地，北京 100044；2.中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100048；3.北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100044)

隨著城市機(jī)動(dòng)車的飛速發(fā)展，目前北京市機(jī)動(dòng)車保有量位居全國(guó)各大城市前列，其中私人小汽車的保有量為全國(guó)第一位，近年來(lái)一直呈快速上升之勢(shì)。機(jī)動(dòng)車的激增不僅極大地增加了城市的交通壓力，而且排放的污染物是制造霧霾天氣的主要來(lái)源之一，對(duì)北京市的氣候變化有著極大的影響。本研究通過(guò)采集并分析測(cè)定采暖期和非采暖期內(nèi)北京市不同交通區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境中PM2.5的化學(xué)組成，找到了各種機(jī)動(dòng)車污染物的時(shí)空分布規(guī)律及其成分之間的差異，從而可以有針對(duì)性的制定相關(guān)措施，減少機(jī)動(dòng)車尾氣污染對(duì)環(huán)境和人體的危害。

北京；交通區(qū)域；空氣懸浮物；組成分析

1 引 言

近年來(lái)中國(guó)大城市的機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)迅速，例如北京、成都、武漢等城市機(jī)動(dòng)車年增長(zhǎng)率均在20%以上[1]。截止到 2013年底，北京市機(jī)動(dòng)車數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了驚人的543.7萬(wàn)輛[2]，而且數(shù)量還在不斷增加，一年的凈增量就幾乎與香港的機(jī)動(dòng)車保有總量相當(dāng)。機(jī)動(dòng)車行業(yè)是能源消耗大戶，機(jī)動(dòng)車消耗了全部70%以上的汽油、50%以上的柴油和幾乎100%的煤油[3]。機(jī)動(dòng)車的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致城市交通嚴(yán)重?fù)矶潞涂諝馕廴?，同時(shí)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)城市交通區(qū)域的PM2.5濃度水平高的更多[4-5]，因此有針對(duì)性的研究機(jī)動(dòng)車發(fā)展對(duì)城市氣候變化的影響極其相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施已經(jīng)刻不容緩。由于受到各種條件的影響，城市大氣環(huán)境中機(jī)動(dòng)車污染物的濃度始終處在不斷地變化當(dāng)中，在不同的交通區(qū)域，空氣懸浮物的主要成分也不盡相同。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

使一定體積的空氣進(jìn)入空氣切割器，使空氣中的懸浮顆粒物進(jìn)行分離，小于2.5μm的微粒隨著氣流經(jīng)分離器的出口被阻留在已恒重的濾膜上。根據(jù)采樣前后濾膜的重量差及采樣體積，計(jì)算出顆粒物的平均濃度。運(yùn)用X射線熒光光譜方法(XRF)對(duì)采集到的顆粒物樣品的部分金屬元素的含量進(jìn)行分析，使用熱解分析儀對(duì)樣品的的有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳含量金策測(cè)定，同時(shí)使用離子色譜對(duì)樣品的部分離子的含量進(jìn)行測(cè)定。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

嶗應(yīng)2030中流量采樣器；FA-2004精密電子分析天平(常州科源電子)；Rigaku ZSX Primus II X射線熒光光譜儀；DRI Mode 2001A型熱解分析儀；LC-20A離子色譜儀；聚丙烯濾膜。

2.3 實(shí)驗(yàn)區(qū)域

采樣點(diǎn)位的選擇注意一下幾點(diǎn)：(1)采樣點(diǎn)附近無(wú)高大建筑物遮擋，采樣點(diǎn)比較開闊，沒(méi)有遮擋；(2)采樣點(diǎn)附近的干擾源較少，排除偶然性因素影響；(3)采樣點(diǎn)具有代表性，能代表某一功能區(qū)內(nèi)的顆粒物組成?？紤]到以上原則，按城市道路、郊區(qū)道路、居民生活區(qū)區(qū)、餐飲娛樂(lè)區(qū)四類功能區(qū)分別采樣。采樣點(diǎn)位如表1所示，點(diǎn)位示意圖如圖1所示。

表1 受體樣品采樣點(diǎn)位

圖1 受體樣品采樣點(diǎn)位分布示意圖

2.4 研究?jī)?nèi)容

(1)使用嶗應(yīng)2030型大氣顆粒物采樣器，選取非采暖期(2014年6月11日～2014年6月17日)和采暖期(2014年11月21日～2014年11月27日)兩個(gè)時(shí)間段作為采樣周期，在不同交通區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行PM2.5懸浮顆粒物的采樣，受體采樣高度為1.2m，采樣流量為100L/min，每個(gè)濾膜采集36h(每工作4h中間停機(jī)1h)，將收集到PM2.5受體樣本的濾膜妥善保存。同時(shí)選取合適的采樣點(diǎn)，收集源類顆粒物樣品。

(2)對(duì)采集到的不同顆粒物樣品進(jìn)行化驗(yàn)，分析其無(wú)機(jī)元素、重金屬元素、碳元素和無(wú)機(jī)離子等四類化學(xué)組分的含量。

(3)對(duì)全年內(nèi)不同時(shí)期、不同交通區(qū)域內(nèi)的PM2.5組成進(jìn)行對(duì)比解析。

3 結(jié)果與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 北京市部分區(qū)域受體細(xì)顆粒物成分譜(%)

根據(jù)表2，按照地殼元素、碳元素、重金屬元素、無(wú)機(jī)離子和其他五種不同類型的組分，將各樣品的元素含量進(jìn)行分類，各組分的含量如表3所示，同時(shí)可以做出如圖2所示的柱狀圖，直觀的表示各類型組分的含量差異。

表3 北京市PM2.5受體樣品在采暖期和非采暖期中不同類型組分的百分含量(%)

圖2 北京市PM2.5受體樣品在采暖期和非采暖期中不同類型組分的含量

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(1)無(wú)論在采暖期還是非采暖期，四個(gè)交通功能區(qū)的PM2.5樣品中無(wú)機(jī)離子和碳元素的含量都較高，而地殼元素(不含氧元素)和重金屬含量都較低，說(shuō)明PM2.5受體樣品主要由碳元素和二次粒子組成。

(2)四個(gè)交通功能區(qū)PM2.5樣品的無(wú)機(jī)離子含量還是碳元素含量，在非采暖期都高于采暖期。這可能是由于非采暖期氣溫較高，利于二次粒子產(chǎn)生，同時(shí)由于在非采暖期道路揚(yáng)塵濃度顯著降低，造成碳元素的百分含量上升。

(3)無(wú)論在采暖期還是非采暖期，城市交通區(qū)和近郊交通區(qū)域的無(wú)機(jī)離子含量、碳元素含量和重金屬含量都要高于居住區(qū)和餐飲娛樂(lè)區(qū)，而機(jī)動(dòng)車排放是造成含量差異的主要原因。

4 結(jié) 論

PM2.5的化學(xué)組成非常復(fù)雜，主要由地殼元素、無(wú)機(jī)離子、有機(jī)碳與元素碳和一些重金屬元素組成。不同時(shí)期不同點(diǎn)的PM2.5組成相差極大。無(wú)論在采暖期還是非采暖期，城市交通區(qū)和近郊交通區(qū)域的無(wú)機(jī)離子含量、碳元素含量和重金屬含量都要高于居住區(qū)和餐飲娛樂(lè)區(qū)，而機(jī)動(dòng)車排放是造成含量差異的主要原因。

[1]傅立新，郝吉明，何東全等.北京市機(jī)動(dòng)車污染物排放特征[J].環(huán)境科學(xué)，2000，21(3)：68-70.

[2]謝紹東，張遠(yuǎn)航.我國(guó)城市地區(qū)機(jī)動(dòng)車污染現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].環(huán)境科學(xué)研究，2000，13(4)：22-25.

[3]北京市統(tǒng)計(jì)局.2005—2011北京市統(tǒng)計(jì)年鑒[EB/OL].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社.http：//www.bjstats.gov.crd.

[4]陳建華，王瑋，劉紅杰等.北京市交通路口大氣顆粒物污染特征研究(I)-大氣顆粒物污染特征及其影響因素[J].環(huán)境科學(xué)研究，2005，15(2)：34-38.

[5]朱易.南寧市大氣顆粒物TSP、PM10、PM2.5污染水平研究[J].環(huán)境污染與防治，2004，26(3)：65-73.

[6]白煜，羅海江，封雪，等.北京與杭州空氣污染物變化特征研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(4):173-178.

[7]王鉬婕，張明順.空氣污染防治:歐盟的經(jīng)驗(yàn)及對(duì)我國(guó)的啟示[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(4):86-88.

[8]蔣春來(lái)，王金南，宋曉暉，吳紅.基于環(huán)境質(zhì)量的大氣總量減排管理體系研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(1):29-32.

AnalysisontheChemicalCompositionofAtmosphericSuspendedMattersinDifferentFunctionalAreasofBeijing'sMainTrafficAreas

YUE Guanhua1YU Yinghan2LV Guoqin3GUO Liping3ZHANG Xueyao3

(1.Beijing Climate Change Respond Research and Education Centre(BCCRC)，Beijing，100044； 2.China Institute of Building standard design and research，Beijing 100048； 3.Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture，Environment and Energy Engineering，Beijing 100044)

With the rapid development of urban motor vehicles，now the number of motor vehicles in Beijing ranks first in the major cities in China. Among those motor vehicles，the number of private cars is the highest in the country and has been rapidly rising in recent years. The surge in motor vehicles has not only greatly increased traffic pressure，but also emitted pollutants as one of the major sources of smog and has a huge impact on climate change in Beijing. In this study，by collecting and analyzing the chemical composition of atmospheric suspended matters in different functional areas of Beijing's main traffic areas during the heating period and the non-heating period，the composition law of atmospheric suspended matter was found and its source was summarized. According to the law and the summary，relevant measures can be developed to reduce the environmental and human hazards of motor vehicle exhaust pollution.

Beijing，traffic area，atmospheric suspended matter，composition analysis

岳冠華，碩士，副教授，從事氣候變化、環(huán)境化學(xué)、節(jié)能減排及再生資源循環(huán)利用等方面研究

于英漢，理學(xué)碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境規(guī)劃與管理

文獻(xiàn)格式：岳冠華 等.北京主要交通區(qū)域不同功能區(qū)空氣懸浮物組成分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(6)：143-145.

X21

A

1673-288X(2017)06-0143-03