內(nèi)蒙古烏達(dá)-烏斯太工業(yè)園環(huán)境單顆粒研究

王 哲,董樹屏,梁漢東*,陳 洋,詹 欽 (1.煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083；.國家環(huán)境分析測(cè)試中心,北京 10009；3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院,北京 100083；4.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083)

20世紀(jì)50年代我國建立了50多個(gè)煤礦基地,多數(shù)地處華北[1].這些煤礦基地大多還建有坑口電站和焦化企業(yè)等,改革開放以后各煤炭基地又相繼建立了以煤炭為原料的或高耗能的工業(yè)園[2],這些工業(yè)園往往成為我國環(huán)境保護(hù)的凹地,甚至成為污染物排放的“避難所”[3],因此關(guān)注和研究煤炭基地及其工業(yè)園的環(huán)境問題十分迫切.

我國尤其華北的大氣污染焦點(diǎn)無疑是大氣顆粒物[4].目前,大氣顆粒物研究對(duì)象早已不限于中心城市[5],已過渡到中小城市、礦業(yè)城市、甚至鄉(xiāng)村[6-7].內(nèi)蒙古烏海市常年灰霾天氣數(shù)目呈現(xiàn)為全自治區(qū)之最[8],表明烏達(dá)煤炭基地特別是其工業(yè)園存在嚴(yán)重的大氣污染問題.本文則關(guān)注與典型老煤炭基地關(guān)聯(lián)的烏海市烏達(dá)—烏斯太工業(yè)園.

顆粒物研究已有諸多成熟的方法[9],如基于全元素分析的源解析[10],基于離子色譜的致霾可溶物分析等[11],還有大氣氣溶膠單顆粒在線質(zhì)譜分析等新方法[12-13].基于掃描電鏡--能譜(SEM- EDX)的單顆粒分析是研究大氣顆粒物的傳統(tǒng)方法之一[14],它的優(yōu)勢(shì)在于將顆粒物的形貌、化學(xué)成分和粒徑三者統(tǒng)一表征[15],有利于提供新研究區(qū)大氣顆粒物的全局概況信息,從而為深入細(xì)致的后續(xù)研究創(chuàng)造條件,它的另一個(gè)相對(duì)優(yōu)勢(shì)是樣品用量少.因此本文運(yùn)用單顆粒分析方法初步表征烏達(dá)—烏斯太工業(yè)園的大氣顆粒物.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

烏達(dá)—烏斯太工業(yè)園位于內(nèi)蒙古中西部,中心坐標(biāo)為106°40′54.77"E,39°27'21.10"N,其地處烏達(dá)盆地,西北緊連烏達(dá)煤田,而烏達(dá)煤田的西南、正西和西北連接烏蘭布和沙漠.烏達(dá)煤田自1961年出現(xiàn)地下煤火(煤炭自燃),后來不斷加劇,到本世紀(jì)初被國際社會(huì)廣為關(guān)注[16].最近的研究表明地下煤火和煤矸石山燃燒都會(huì)排放汞[17-20],而且已有跡象表明烏達(dá)煤田汞排放加劇了烏達(dá)—烏斯太工業(yè)園地表落塵富集汞[21].這是因?yàn)樘幱诟叩貏?shì)的煤田位于工業(yè)園的上風(fēng)向.因此,該工業(yè)園既有我國華北諸多煤炭基地伴生工業(yè)園的共性,又有其地理環(huán)境決定的特殊性.

烏達(dá)—烏斯太工業(yè)園實(shí)際上是連成一片的兩個(gè)工業(yè)園,恰在烏海市與阿拉善盟(左旗)行政區(qū)劃交界位置,僅隔一條交界公路(見圖1),于上世紀(jì)80年代建立,現(xiàn)在主要有大型電廠、焦化廠(生產(chǎn)焦炭)、金屬冶煉廠、煤制炭廠、電石廠、汞法生產(chǎn)聚氯乙烯廠、其他重化工廠等.園區(qū)道路日常主要通行重型柴油卡車,為電廠等消耗煤炭企業(yè)運(yùn)煤.園區(qū)之外方圓20km內(nèi)除煤礦、洗煤廠、電廠之外幾乎再無其他工業(yè).

圖1 采樣點(diǎn)示意Fig.1 Schematic map of the sampling site

1.2 樣品采集

表1 采樣時(shí)間及采樣期間氣象條件記錄表Table 1 Sampling time and meteorological conditions during sampling

續(xù)表1

2015年8月上旬使用日本MLY-60型大氣顆粒物采樣器,采用孔徑0.4μm、直徑47mm聚碳酸酯濾膜采樣,流量為20L/min,時(shí)長(zhǎng)30～40min,共在工業(yè)園內(nèi)采集14個(gè)單顆粒樣品,同時(shí)在烏達(dá)區(qū)內(nèi)公園、小島采集了2個(gè)對(duì)比環(huán)境樣(A1,A2).采樣完成后放入膜盒貼好標(biāo)簽并保存在冰箱里.表1中記錄了每個(gè)樣品的采集信息.2號(hào)樣品與1號(hào)樣品為同一采樣點(diǎn), 8號(hào)樣品和5號(hào)樣品為同一采樣點(diǎn).

1.3 樣品分析

采集的樣品先裝入E-1010型iron sputter噴涂Au,采用日立Hitachi S-2700掃描電子顯微鏡,加裝SEI二次電子探測(cè)器、美國EDAX公司genesis型EDX能譜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,每個(gè)樣品按照第一視場(chǎng)隨機(jī)選擇,隨后依次從左往右,從上往下對(duì)其中的顆粒物進(jìn)行分析,共分析1600個(gè)顆粒.

根據(jù)其形貌特征與元素組成判斷其種類,統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣品的各類顆粒物數(shù)量及粒徑分布.使用Origin分別按顆粒類型和粒徑分布進(jìn)行柱狀圖繪制.

2 結(jié)果與討論

2.1 顆粒物形態(tài)、類型及元素組成

全部樣品的能譜數(shù)據(jù)給出顆粒物主要含C、O、Na、Mg、Al、Si、S、Cl、K、Ca、Fe等元素,結(jié)合形貌特征歸納出研究區(qū)主要顆粒物呈3大類及9種類型,詳見表2.

2.1.1 礦物顆粒 硅鋁酸鹽顆粒形貌呈不規(guī)則塊狀且邊緣參差不齊;能譜顯示主要含Si、Al元素,且Si和Al峰顯著(圖2a),有時(shí)可見少量Fe等元素;碳酸鹽顆粒亦呈不規(guī)則塊狀,但能譜以C、O、Ca/Mg為主峰(圖2b).

表2 基于掃描電鏡及能譜數(shù)據(jù)的單顆粒分類Table 2 Classification of aerosol partical based on SEI and EDX data

風(fēng)化煤矸石顆粒的能譜顯示主要含C、O、Si、Al、Ca、Fe元素(圖2c),陳永春[22]和許紅亮[23]對(duì)淮南礦區(qū)和平頂山礦區(qū)煤矸石的物質(zhì)組成研究都發(fā)現(xiàn)其主要化學(xué)組成為SiO2、Al2O3和Fe2O3,其形貌上的特殊在于邊緣整齊,棱角分明,呈自然破碎特點(diǎn);沙塵顆粒主要呈不規(guī)則球形或雪花狀球形,能譜則呈現(xiàn)Si和O為主峰(圖2d).

圖2 礦物顆粒SEM像及能譜圖Fig.2 SEM image of Mineral particles with EDX spectra

硅鋁酸鹽和碳酸鹽顆粒常見于文獻(xiàn)報(bào)道,楊書申等[24]在對(duì)鄭州的單顆粒污染特征分析研究時(shí)發(fā)現(xiàn)不規(guī)則礦物可能為粘土礦物顆粒等可能是由于工業(yè)園區(qū)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間大量運(yùn)輸車輛通行引起的,也有當(dāng)?shù)夭糠值乇砺懵兜挠绊慬15],邵龍義等[25]、趙承美等[26]在對(duì)北京地區(qū)顆粒物的研究中也認(rèn)為形狀不規(guī)則的礦物顆粒主要來源于風(fēng)沙、建筑揚(yáng)塵等.本文采樣時(shí)節(jié)未見研究區(qū)內(nèi)建筑施工,但工業(yè)園內(nèi)給電廠送煤的大型柴油車行駛引起的地表揚(yáng)塵日?？梢?毗鄰的烏斯太工業(yè)園卻沒有電廠,而少見顯著揚(yáng)塵.然而,全部單顆粒分析數(shù)據(jù)顯示,這兩個(gè)相鄰工業(yè)園的大氣顆粒物中均普遍存在這兩種類型顆粒,故而估計(jì)他們也有來自上風(fēng)向的貢獻(xiàn).以4號(hào)采樣點(diǎn)為例,采用HYSPLIT (Hybrid Single- Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模型對(duì)采樣點(diǎn)的72h后向氣流軌跡作了模擬(如圖3),使用GDAS數(shù)據(jù)庫的氣象數(shù)據(jù),以國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為準(zhǔn),軌跡模擬高度設(shè)為20m,結(jié)果顯示采樣期間主要為西北風(fēng)向.

圖3 采樣期間20m高度72h氣團(tuán)后向軌跡Fig.3 72-h backward air-mass trajectories at sampling height 20m

風(fēng)化煤矸石和沙塵顆?？赡苤饕獊碜陨巷L(fēng)向,分別源自烏達(dá)煤田地表的風(fēng)化煤矸石和西北方向的烏蘭布和沙漠,長(zhǎng)期的西北風(fēng)導(dǎo)致顆粒的棱角也被一定程度的磨圓[5,27].前人關(guān)于北京等城市大氣顆粒物研究中觀察到沙塵暴期的沙塵顆粒濃度顯著增加[28-29],而這里,在正常天氣下,沙塵顆粒普遍存在,表現(xiàn)在各采樣點(diǎn)均檢測(cè)出此類型顆粒.

2.1.2 燃燒產(chǎn)生顆粒 燃煤飛灰的能譜特征與硅鋁酸鹽類似,以Si、Al為主,有時(shí)也見Ca、Mg、Fe等元素,但形貌上成規(guī)則球形,見圖4(a1)和(a2),楊書申等[10]對(duì)鄭州市單顆粒污染特征的EDX分析也表明燃煤飛灰的主要成分常為Si和Al,并含有少量K、Ca等元素.

圖4 燃燒產(chǎn)生顆粒SEM像及能譜圖Fig.4 SEM image of combustion produces particles with EDX spectra

煙塵聚合體顆粒形貌呈有球狀(圖4b1)和不規(guī)則形狀(圖4b2),顆粒邊緣較為圓滑,主要含C元素,趙成美等[25]對(duì)元宵節(jié)期間北京PM2.5單顆粒分析發(fā)現(xiàn)煙塵集合體分為鏈狀、蓬松狀和密實(shí)狀.

煤塵顆粒能譜特征主要以C為主,呈不規(guī)則形狀,(如圖4(c1)和(c2)所示),顆粒有明顯斷口和棱角,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)這類顆粒物多為較粗顆粒.

絮狀碳質(zhì)顆粒同樣顯示出高的C特征峰,通過圖4(d1)和(d2)可發(fā)現(xiàn),形貌上呈現(xiàn)出多個(gè)碳質(zhì)小球構(gòu)成的絮狀或者雪花狀形態(tài).

燃燒產(chǎn)生顆粒主要元素為碳,可以吸收太陽輻射,且在研究中發(fā)現(xiàn)該類顆粒占該研究區(qū)域的顆粒物總數(shù)的80%之多,因此可能對(duì)研究區(qū)域的氣候變暖有一定的貢獻(xiàn).蘆亞玲等[30]在對(duì)北極地區(qū)氣溶膠單顆粒的研究也表明煙塵顆粒對(duì)北極地區(qū)氣候變化有貢獻(xiàn)作用.燃煤飛灰顆粒物在形成時(shí)可能經(jīng)過高溫燃燒過程,形貌特征可以反映出顆粒物的來源;邵龍義[31]在對(duì)北京地區(qū)的顆粒物研究中也提出相同來源的碳質(zhì)顆粒物在大氣中發(fā)生”吸濕”等作用可使其形貌發(fā)生變化;楊書申[32]對(duì)澳門夏季大氣顆粒物單顆粒微觀形貌分析研究發(fā)現(xiàn)柱狀顆粒物與化石燃料不完全燃燒有關(guān).煙塵聚合體顆粒可能主要來源于化石燃料的不完全燃燒,球形和無定形狀顆粒物和燃煤有很大的關(guān)系,球形顆粒物表明可能經(jīng)歷了高溫的過程,可能來源于工業(yè)園內(nèi)大量的電廠、焦化廠、洗煤廠等企業(yè)排放;煤塵顆?？赡軄碓从跒踹_(dá)煤田的煤塵,或者工業(yè)園以煤作為主要化石燃料的工廠在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的煤塵;絮狀碳質(zhì)顆粒主要來源于工業(yè)園區(qū)內(nèi)柴油和汽油汽車尾氣,Bérubé等[33]對(duì)柴油機(jī)排氣顆粒的研究也認(rèn)為由細(xì)小碳質(zhì)小球構(gòu)成的雪花絮狀的顆粒物是典型的柴油車尾氣顆粒物.

2.1.3 含硫顆粒 此類顆粒物多含C、Ca和S元素,見圖5a,其總含量高于除碳氧之外的其他元素原子質(zhì)量總和的30%.這類顆粒物形貌多不規(guī)則,邊角圓滑,無分明棱角.其可能來源于碳酸鹽顆?；蚱渌跫?jí)礦物塵在大氣中經(jīng)過反應(yīng)形成的反應(yīng)礦物塵,也可能來源于西北方向?yàn)踹_(dá)煤田煤火燃燒釋放的污染物.趙承美[16]對(duì)北京地區(qū)的顆粒物研究中也認(rèn)為硫酸鹽顆粒一般是大氣的一次污染物經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)形成的二次顆粒物.

2.1.4 氯化鈉顆粒 此類顆粒物僅在3號(hào)樣品中觀察到(圖5b),形狀不規(guī)則,邊角圓滑.根據(jù)采樣期間調(diào)查的采樣點(diǎn)附近的地理位置環(huán)境得知附近有一個(gè)已停產(chǎn)3a的火堿廠,因此這種氯化鈉顆粒物可能來源該火堿廠,由此得知盡管已經(jīng)停產(chǎn)3a,但其產(chǎn)生的顆粒物依然存在于周邊環(huán)境中.

圖5 含硫顆粒和氯化鈉顆粒SEM像及能譜圖Fig.5 SEM image of Sulfur bearing and NaCl particles with EDX spectra

總之,以上前9種類型的顆粒物在毗鄰的兩個(gè)工業(yè)園大氣中出現(xiàn)具有普遍性,很可能是園內(nèi)排放,以及上風(fēng)向采煤活動(dòng)和上風(fēng)向沙漠自然活動(dòng)共同影響的結(jié)果.氯化鈉顆粒是采樣地工業(yè)企業(yè)原地排放的結(jié)果.

烏達(dá)區(qū)公園和湖區(qū)小島未檢測(cè)到燃煤飛灰和煤塵顆粒,單沙塵顆粒和煙塵聚集體居多,可能主要來源于沙漠自然活動(dòng)和工業(yè)園排放.

2.2 顆粒物粒徑分布特征

顆粒物粒徑統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見表3和表4),分析結(jié)果見圖6,發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的大氣顆粒物粒徑主要分布于2.5μm以下,1號(hào)、2號(hào)、6號(hào)、7號(hào)和9號(hào)樣品中2.5μm以下的顆粒物百分比達(dá)到80%以上,其中PM1.0～2.5為主要部分;其余樣品中2.5μm以下的顆粒也占到50%以上,這表明該研究區(qū)域的顆粒物主要為2.5μm以下的細(xì)顆粒.對(duì)比A1和A2樣品,公園和湖區(qū)小島的樣品中主要為粒徑小于1.0μm的細(xì)顆粒,占80%～90%的比例,大于2.5μm的顆粒物相對(duì)較少.

表3 工業(yè)園不同類型顆粒物的粒徑分布Table 3 Particle size distribution of different types of particles in Industrial Park

表4 環(huán)境樣不同類型顆粒物的粒徑分布Table 4 Particle size distribution of different types of particles in environmental sample

顆粒物分析結(jié)果(圖6和圖7)也表明2.5μm以下的顆粒占主要部分.硅鋁酸鹽顆粒的粒徑主要分布于1.0～2.5μm及2.5～10μm之間,碳酸鹽與其類似;風(fēng)化煤矸石顆粒主要集中在2.5～10μm;沙塵顆粒則主要集中在1.0μm以下,1.0～2.5μm也有少量;燃煤飛灰較少,主要為1.0～2.5μm的顆粒;煙塵聚合體在燃燒產(chǎn)生顆粒中占主要部分,粒徑為2.5μm以下;絮狀碳質(zhì)顆粒與煙塵聚合體類似;含硫顆粒主要為1.0～2.5μm.表明工業(yè)園顆粒物主要為2.5μm以下的細(xì)顆粒,且主要為燃燒產(chǎn)生顆粒.

圖6 各樣品中不同類型顆粒物的相對(duì)豐度Fig.6 Relative abundance patterns of different types of particles in each sample

圖7 工業(yè)園不同類型顆粒物的粒徑分布Fig.7 Particle size distribution of different particle types in Industrial Park

結(jié)合后向氣流軌跡圖發(fā)現(xiàn)在采樣期間研究區(qū)域主要以西北風(fēng)向?yàn)橹?工業(yè)園的西北方向主要為烏達(dá)煤田區(qū)和烏蘭布和沙漠,烏達(dá)煤田是中國北方典型的煤火區(qū),近年也逐漸呈現(xiàn)出戈壁化的現(xiàn)狀,常年的煤火現(xiàn)狀釋放大量的污染物,造成嚴(yán)重的空氣污染問題,所以工業(yè)園的燃燒產(chǎn)生顆粒污染也可能部分來源于烏達(dá)煤火區(qū);而沙塵顆粒、硅鋁酸鹽顆?？赡芏鄶?shù)來源于沙漠,由此可見常年的風(fēng)沙肆虐和煤田戈壁化現(xiàn)狀對(duì)烏達(dá)區(qū)環(huán)境的影響也較為明顯.

環(huán)境樣的粒徑分布(圖8)結(jié)果顯示公園環(huán)境樣中主要為1.0μm以下的顆粒,且主要為煙塵聚合體和沙塵顆粒,這與工業(yè)園呈現(xiàn)出一致性,而工業(yè)園1.0～2.5μm和2.5～10μm的顆粒物可能多數(shù)為園區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)所造成.

圖8 環(huán)境樣不同類型顆粒物的粒徑分布Fig.8 Particle size distribution of different particle types in environmental sample

2.3 顆粒物整體化學(xué)組成特征

顆粒物類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖9和圖10所示,其中礦物顆粒為主要的顆粒類型,占到總數(shù)的55%,其中硅鋁酸鹽顆粒和沙塵顆粒分別占到21%和15%;燃燒產(chǎn)生顆粒占41%,其中煙塵顆粒為主要部分,占27%,絮狀碳質(zhì)顆粒也占到不小的部分;含硫顆粒所占的比例較小,為4%;公園和湖區(qū)小島中煙塵聚合體和沙塵顆粒分別占33%和40%,與工業(yè)園的結(jié)果相似,由此發(fā)現(xiàn)工業(yè)園與居民區(qū)公園的主要污染顆粒物類型上也存在一定的相關(guān)性;但含硫顆粒物公園及湖區(qū)小島卻遠(yuǎn)高于工業(yè)園,占到15%,一般認(rèn)為工業(yè)園應(yīng)該為含硫顆粒物排放的主要來源,而實(shí)際數(shù)據(jù)卻呈現(xiàn)出相反的結(jié)果,原因可能在于公園及湖區(qū)小島的相對(duì)濕度較大,根據(jù)實(shí)際記錄達(dá)到50%～70%左右,促進(jìn)了SO2的異相反應(yīng),大氣中排放的SO2附著在顆粒物上,并和空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng),形成CaSO4,因此在公園的對(duì)比樣中發(fā)現(xiàn)大量的含硫顆粒;環(huán)境樣品中沒有發(fā)現(xiàn)燃煤飛灰和煤塵顆粒,由于公園位于工業(yè)園區(qū)的西北方向,結(jié)合72h氣團(tuán)后向軌跡發(fā)現(xiàn)采樣期間多為西北風(fēng)向,則這類顆粒可能為園區(qū)內(nèi)特有的顆粒類型.

圖9 工業(yè)園不同類型顆粒物百分比Fig.9 Percentage of different particle types in Industrial Park

圖10 環(huán)境樣不同類型顆粒物百分比Fig.10 Percentage of different particle types in environmental sample

2.4 細(xì)顆?；瘜W(xué)組成特征

細(xì)顆粒類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖11)顯示,粒徑小于1.0μm的細(xì)顆粒中燃燒產(chǎn)生顆粒為主要類型.其中煙塵顆粒占主要部分,在各樣品中均占到50%以上,8號(hào)樣品中占到了90%,與8號(hào)同一位置的5號(hào)樣品卻呈現(xiàn)出相反的特征,該采樣點(diǎn)位于工業(yè)園西北部,并且在采樣期間均為西北風(fēng)向,由此表明工業(yè)園的煙塵顆?？赡芙^大部分來源于工業(yè)園區(qū)內(nèi)部的工業(yè)生產(chǎn),烏達(dá)煤田對(duì)這類顆粒物的貢獻(xiàn)較小;另外3號(hào)和4號(hào)樣品中絮狀碳質(zhì)顆粒也占到50%左右,3號(hào)采樣點(diǎn)位于工業(yè)園最北部一個(gè)廢棄的火堿廠內(nèi),4號(hào)采樣點(diǎn)也位于工業(yè)園最北部區(qū)域化工廠附近,工業(yè)園西北部緊鄰礦區(qū)和城區(qū),估計(jì)機(jī)動(dòng)車尾氣對(duì)大氣環(huán)境的污染可能有很大一部分來自于城區(qū)和礦區(qū)的機(jī)動(dòng)車輛.公園和湖區(qū)小島的對(duì)比樣中卻有很大不同,主要顆粒為沙塵顆粒,約占50%,在地理位置上城區(qū)位于烏蘭布和沙漠及工業(yè)園之間,且在采樣期間為西北風(fēng),所以沙塵顆?？赡苤饕獊碓从谏衬畵P(yáng)塵.

1.0～2.5μm的顆粒物分布比較雜亂,但在多數(shù)樣品中依然呈現(xiàn)出煙塵顆粒為主要類型的特征,其次為硅鋁酸鹽和碳酸鹽類型的礦物顆粒.公園和湖區(qū)小島中則比較均勻,含硫顆粒比較突出,較工業(yè)園明顯增多.

2.5～10μm的顆粒物中硅鋁酸鹽和碳酸鹽的貢獻(xiàn)較為明顯,另外風(fēng)化煤矸石顆粒也較為突出,表明這類顆粒多為粒徑較大的粗顆粒,可能與煤矸石的風(fēng)化情況有關(guān),并且在公園和小島樣品中也占很大的比例,證明這類顆粒物可能主要來源于礦區(qū).湖區(qū)小島沒有發(fā)現(xiàn)粒徑大于2.5μm的顆粒,說明湖區(qū)小島的環(huán)境顆粒物中礦物建筑揚(yáng)塵的影響較小.

圖11 不同粒徑顆粒物的相對(duì)豐度Fig.11 Relative abundance of different particle sizes

3 結(jié)論

3.1 采用掃描電鏡能譜得到該地區(qū)的顆粒物不僅有硅鋁酸鹽、碳酸鹽和沙塵3種通常的礦物顆粒和燃煤飛灰、煙塵聚合體、絮狀碳質(zhì)顆粒3種常見的燃燒產(chǎn)生顆粒以及含硫顆粒,另有風(fēng)化煤矸石和原煤塵顆粒這些特殊顆粒.

3.2 煙塵聚合體、硅鋁酸鹽和沙塵對(duì)工業(yè)園區(qū)大氣環(huán)境的污染貢獻(xiàn)較大,這三者占顆粒物總數(shù)的64%,其中煙塵聚合體和沙塵主要為超細(xì)顆粒(＜1.0μm),分別占59.3%和53.2%,而2.5μm以下達(dá)到93.3%和82.4%;風(fēng)化煤矸石塵和原煤塵主要呈現(xiàn)為可吸入顆粒(2.5～10μm)分別占到61.3%和45.5%;絮狀碳質(zhì)顆粒2.5μm以下占92.5%.揭示該典型煤炭工業(yè)園區(qū)大氣顆粒物主要來源是:園內(nèi)燃煤排放和交通;上風(fēng)向礦區(qū)煤炭生產(chǎn)和上風(fēng)向沙漠自然活動(dòng).

3.3 對(duì)比公園和湖區(qū)小島相對(duì)污染較輕的地方發(fā)現(xiàn),在顆粒類型上呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性,主要顆粒為沙塵顆粒和煙塵聚合體,占72.5%,表明在長(zhǎng)期的工業(yè)生產(chǎn)中,公園和湖區(qū)小島也受其影響.

[1] 吳 鋼,魏 東,周政達(dá),等.我國大型煤炭基地建設(shè)的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究綜述 [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014,34(11):2812-2820.

[2] 周啟星,張倩茹.東北老工業(yè)基地煤炭礦區(qū)環(huán)境問題與生態(tài)對(duì)策[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2005,24(3):287-290.

[3] 王 龍.關(guān)于造成工業(yè)園區(qū)排污事件的原因分析和管理對(duì)策建議 [J]. 環(huán)境與發(fā)展, 2015,27(2):1-2.

[4] 楊雨靈,譚吉華,孫家仁,等.華北地區(qū)一次強(qiáng)灰霾污染的天氣學(xué)效應(yīng) [J]. 氣候與環(huán)境研究, 2015,20(5):555-570.

[5] 張學(xué)磊,鄔光劍,岳雅慧,等.拉薩市夏季大氣降塵單顆粒礦物組成及其形貌特征 [J]. 巖石礦物學(xué)雜志, 2011,30(1):127-134.

[6] 史美鮮,彭 林,白慧玲,等.忻州市環(huán)境空氣PM10和TSP中水溶性陰離子特征分析 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2014,34(7):1825-1832.

[7] Liu H X, Zheng J R, Qu C K, et al. Characteristics and Source Analysis of Water-Soluble Inorganic Ions in PM10in a Typical Mining City, Central China [J]. Atmosphere, 2017,8:1-13.

[8] 劉克利,孫紅斌,金柏青,等.內(nèi)蒙古主要城市灰霾天氣的氣候特征分析 [J]. 內(nèi)蒙古氣象, 2007,6:3-5.

[9] Liang C S, Duan F K, He K B, et al. Review on recent progress in observations, source identifications and countermeasures of PM2.5[J]. Environment International, 2016,86:150-170.

[10] Boman J, Shaltout A A, Abozied A M, et al. On the elemental composition of PM2.5in central Cairo, Egypt [J]. X-Ray Spectrom, 2013,42:276-283.

[11] Hu G Y, Zhang Y M, Sun J Y, et al. Variability, formation and acidity of water-soluble ions in PM2.5in Beijing based on the semi-continuous observations [J]. Atomspheric Research, 2014,145:1-11.

[12] 余南嬌,黃 渤,李 梅,等.大氣細(xì)顆粒物揚(yáng)塵源單顆粒質(zhì)譜特征 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2017,37(4):1262-1268.

[13] Yang J, Ma S X, Gao B, et al. Single particle mass spectral signatures from vehicle exhaust particles and the source apportionment of on-line PM2.5by single particle aerosol mass spectrometry [J]. Science of The Total Environment, 2017,593:310-318.

[14] 劉咸德,賈 紅,齊建兵,等.青島大氣顆粒物的掃描電鏡研究和污染源識(shí)別 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 1994,7(3):11-16.

[15] Liu X D, Dong S P, Li Y W, et al. Characterisation of atmospheric aerosol: single particle analysis with scanning electron microscope [J]. Environmental Chemistry, 2003,22(3):223-226.

[16] Liang Y C, Liang H D, Zhu S Q. Mercury emission from spontaneously ignited coal gangue hill in Wuda coalfield, Inner Mongolia, China [J]. Fuel 182, 525-530.

[17] Hong X P, Liang H D, Lv S, et al. Mercury emissions from dynamic monitoring holes of underground coal fires in the Wuda Coalfield, Inner Mongolia, China. International Journal of Coal Geology.181: 78-86..

[18] 敖衛(wèi)華.內(nèi)蒙古烏達(dá)礦區(qū)煤矸石中有害物質(zhì)環(huán)境地球化學(xué)效應(yīng)研究 [D]. 北京:中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 2005.

[19] Liang Y C, Liang H D, Zhu S Q. Mercury emission from coal seam fire at Wuda, Inner Mongolia, China [J]. Atmospheric Environment, 2014,83:176-184.

[20] Wang S B, Luo K L, Wang X, et al. Estimate of sulfur, arsenic,mercury, fluorine emissions due to spontaneous combustion of coal gangue: An important part of Chinese emission inventories[J]. Environmental Pollution, 2016,209:107-113.

[21] 李春輝,梁漢東,陳 洋,等.中國烏達(dá)煤炭基地塵土汞分布特征[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2017,37(6):2203-2210.

[22] 陳永春,李守勤,周春財(cái).淮南礦區(qū)煤矸石的物質(zhì)組成特征及資源化評(píng)價(jià) [J]. 中國煤炭地質(zhì), 2011,23(11):20-23.

[23] 許紅亮,郭 輝,姜三營(yíng),等.平頂山礦區(qū)一礦煤矸石特征及其利用途徑分析 [J]. 中國礦業(yè), 2012,21(7):49-52.

[24] 楊書申,邵龍義,李鳳菊,等.鄭州市大氣可吸入顆粒物單顆粒污染特征分析 [J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,27(5):774-777.

[25] 邵龍義,楊書申,時(shí)宗波,等.城市大氣可吸入顆粒物物理化學(xué)特征及生物活性研究 [M]. 北京:氣象出版社, 2006:28-54.

[26] 趙承美,邵龍義,侯 聰,等.元宵節(jié)期間北京PM2.5單顆粒的物理化學(xué)特征 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2015,35(4):1004-1012.

[27] Zhang X L,Wu G J,Yao T D,et al.Characterization of individual fly ash particles in surfacesnow at Urumqi Glacier No. 1, Eastern Tianshan [J]. Chinese Science Bulletin, 2011,56(32):3464-3473.

[28] 劉慶陽,劉艷菊,趙 強(qiáng),等.2012年春季京津冀地區(qū)一次沙塵暴天氣過程中顆粒物的污染特征分析 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2014,35(8):2843-2850.

[29] 張興贏,莊國順,袁 蕙.北京沙塵暴的干鹽湖鹽漬土源--單顆粒物分析和XPS表面結(jié)構(gòu)分析 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2004,24(5):533-537.

[30] 蘆亞玲,賈銘鑫,李文凱.等.北極夏季大氣氣溶膠單顆粒研究[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2014,34(7):1642-1648.

[31] 邵龍義,時(shí)宗波.北京西北城區(qū)與清潔對(duì)照點(diǎn)夏季大氣PM10的微觀特征及粒度分布 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2003,24(5):11-16.

[32] 楊書申,邵龍義,王志石,等.澳門夏季大氣顆粒物單顆粒微觀形貌分析 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2009,30(5):1514-1519.

[33] Bérubé K A, Jones T P, Williamson B J, et al. Physicochemical characterization of diesel exhaust particles: factor for assessing biological activity [J]. Atmospheric Environment, 1999,33:1599-1614.