寧夏地區(qū)大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的污染分布特征研究

王慧 韓春景 韓春香(寧夏澤瑞隆環(huán)保技術(shù)有限公司，寧夏 銀川 750005)

0 引言

社會的進(jìn)步推動了科技研究的發(fā)展領(lǐng)域與其側(cè)重點(diǎn)，PAHs的研究方式與重點(diǎn)進(jìn)行了質(zhì)的過度變化，且日益發(fā)展。目前對于城市化管理方面的研究已然替代了先前鄉(xiāng)村式的研究，主要的研究內(nèi)容也轉(zhuǎn)向了對生態(tài)環(huán)境影響的研究，大的方向?yàn)椋撼鞘薪煌ㄎ廴?、工業(yè)垃圾污染、焚燒污染，空氣指數(shù)檢測等指標(biāo)體系，對PAHs的主要來源及其散布軌跡的研究也逐漸變得重要，還包括對居住環(huán)境以及水源的研究也日益凸顯。經(jīng)研究表明，對寧夏等地區(qū)城市來說，日益增長的人口、加快的城市化進(jìn)程以及人均消費(fèi)水平的提高等大多因素決定了PAHs在城市地區(qū)的排放和分布。

1 樣品的采集

1.1 樣品采集方法

空氣中PAHs的采樣方法多種多樣，每一種都有其優(yōu)點(diǎn)和缺陷，一般分為主動采樣(active sampling)和被動采樣(passive sampling)兩種。對于其各自的利弊不能一言以避之，應(yīng)該采取辯證分析法以及實(shí)際情況對二者做出選擇。

1.2 樣品的采集

樣品采集一般采用現(xiàn)代化器械對采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行采集，市面上有眾多的采樣器械設(shè)備，合理選擇適合本研究的設(shè)備廠商制造的器械進(jìn)行相應(yīng)的研究。本研究最終選擇了青島金仕達(dá)電子有限公司，其生產(chǎn)制造的產(chǎn)品KB-1000型大流量大氣采樣設(shè)備精度高，便于實(shí)驗(yàn)。本研究利用該儀器來進(jìn)行對試驗(yàn)區(qū)空氣樣本的收集與采樣。影響本次實(shí)驗(yàn)研究的主要數(shù)據(jù)標(biāo)本為-空氣中被顆粒態(tài)的PM10所吸附的PAHs玻璃纖維濾膜。

1.3 樣品的預(yù)處理

經(jīng)過詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作以及對數(shù)據(jù)的整理分析，接下來，對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行預(yù)處理如下：

(1)前期處理。使用具塞磨口錐形瓶稱取10g土，置于實(shí)驗(yàn)瓶中放置；于回收率指示物標(biāo)記樣品中加入PAHs；加活性銅片脫硫，計(jì)量為2g；將200mL二氯甲烷與丙酮進(jìn)行比例混合，體積比為1:1。

(2)中期處理。溫度控制：對水浴的溫度使用冰塊來進(jìn)行控制，控制溫度：40℃，控制時間：1h；超聲波操作：過濾平底燒瓶內(nèi)的有機(jī)溶液，量度：500mL，操作：超聲提取，操作時間：30min，操作次數(shù)：3次完整實(shí)驗(yàn)。

(3)后期處理。合并實(shí)驗(yàn)提取物，轉(zhuǎn)移樣品，轉(zhuǎn)移地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；實(shí)驗(yàn)環(huán)境：溫度30℃、量程130bar: 空氣含量為真空；濃縮結(jié)果量度：3～4mL，后將其轉(zhuǎn)移到離心管中，并加入相同劑量的濃硫酸進(jìn)行磺化。分離實(shí)驗(yàn)：對樣品進(jìn)行分析；實(shí)驗(yàn)操作：更換提取液為環(huán)已烷，使用硅膠層析柱分離樣品。溶液比例為50mL V(正戊烷):V(二氯甲烷)=1:2。最后分離得到烷烴、多環(huán)芳烴等極性組分。最后在平底燒瓶中盛放多環(huán)芳烴的組分物質(zhì)；濃縮蒸發(fā)量：10mL，使用N2濃縮至1mL；保存環(huán)境：冷凍與低溫試驗(yàn)箱。

參照8300和EPA8100的方法對SPMD進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)預(yù)處理，主要分為提取、脫硫、抽提、凈化、濃縮、分析等步驟，具體實(shí)驗(yàn)操作如下：

(1)脫硫。用濾紙將經(jīng)過實(shí)驗(yàn)采集PAHs后的SPMD進(jìn)行包裹；加入2g銅片進(jìn)行樣本脫硫操作，然后進(jìn)行抽提操作。

(2)抽提。實(shí)驗(yàn)溶劑：150mL的二氯甲烷(CH2Cl2)；實(shí)驗(yàn)操作時間：48h；抽提具體操作：等待溶液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮至5～10mL；加入10～15mL的正己烷，加入次數(shù)：3次；濃縮量度：1mL；之后將壓縮溶液倒入5mL樣品瓶進(jìn)行抽提操作。

(3)分離。使用硅膠一氧化鋁對層析柱中的活化硅膠進(jìn)行分離凈化，操作：沖洗：首先沖洗50mL V(正己烷):V(二氯甲烷)=1:1的混合液；分析：將濃縮后的沖洗液轉(zhuǎn)移至1mL的樣品瓶中進(jìn)行定量分析；分析辦法：基于HPLC的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行整個實(shí)驗(yàn)樣品的分析歸納。

2 結(jié)果與討論

2.1 寧夏地區(qū)大氣中多環(huán)芳烴的分布特征

氣相以及顆粒相方式這兩種形式是大氣中的PAHs存在的主要方式，本研究對寧夏地區(qū)的兩種形式的PAHs的相對數(shù)量進(jìn)行了綜合性的系統(tǒng)研究分析，主要有兩種對應(yīng)的表現(xiàn)方式：其一種為來自氣相的代表，主要研究內(nèi)容是國槐葉和SPMD；另外一種就是PM10的相對含量，其主要的存在形式是顆粒相。

實(shí)驗(yàn)具體的操作過程是，通過對寧夏地區(qū)包括寶湖路、地質(zhì)勘察院、仙桃高中、金豐路、寧夏報業(yè)、凱能實(shí)業(yè)、制藥廠和印刷廠這8個采集點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)研究，將這8個采集點(diǎn)采集到的國槐葉片的實(shí)驗(yàn)標(biāo)本與SPMD中的PAHs進(jìn)行數(shù)據(jù)行對比。在具體的實(shí)驗(yàn)操作中，由于環(huán)境氣候及人為等一系列不可避免地問題影響下，對實(shí)驗(yàn)中國槐葉SPMD以及PAHs的樣本數(shù)據(jù)的采集，只在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)中進(jìn)行采集，而不能跨區(qū)域進(jìn)行采集。對實(shí)驗(yàn)PM10樣品的采集也只能在凱能實(shí)業(yè)、制藥廠和印刷廠3個采集點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，但是采集結(jié)果和實(shí)驗(yàn)預(yù)期基本吻合。

2.2 SPMD和國槐葉中多環(huán)芳烴的總量分布特征

寧夏地區(qū)SPMD和國槐葉中PAHs的空間分布如圖1所示。對于氣態(tài)化合物和溶解態(tài)化合物的采集來說，二者是對于SPMD的技術(shù)來說最為關(guān)鍵的兩部分。由圖1可知，對于寧夏地區(qū)的氣態(tài)多環(huán)芳烴的濃度范圍表現(xiàn)一般為420～929ng/d。其中工業(yè)區(qū)的制藥廠含量最高，仙桃高中含量最低，相比之下其二者總量的差異比是1.2倍。而對于寧夏報業(yè)這個傳統(tǒng)行業(yè)，在SPMD中的含量卻也是相對來說是比較高的，這可能是因?yàn)樵诓蓸舆^程中，實(shí)驗(yàn)采樣點(diǎn)的地理位置偏向于居民生活區(qū)，所以該區(qū)的SPMD含量比較高，這是該區(qū)生活的居民對其PAHs所帶來的影響。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與山東477ng/d、佛山416ng/d、順德301ng/d的SPMD含量范圍只有少部分的偏頗，也就是實(shí)驗(yàn)證明各地都是處于中等污染程度的地區(qū)，通過劉國卿等人對PUF被動采樣技術(shù)的研究為基本參照，可以對寧夏地區(qū)的大氣污染防治起到一定的指導(dǎo)性建議。

圖1 寧夏地區(qū)大氣中SPMD與樹葉中 PAHs 的含量分布

2.3 顆粒態(tài)多環(huán)芳烴的組分分布特征

圖2為寧夏地區(qū)大氣顆粒相中PAHs的平均組成分布圖?？芍瑢τ陬w粒相中的PAHs來說，其組分的濃度特征主要表現(xiàn)在：(1)分子量大，不易揮發(fā)，故而其在寧夏地區(qū)的偏遠(yuǎn)地區(qū)的存在指標(biāo)相對比較大；(2)指標(biāo)濃度大。該分子的指標(biāo)量在數(shù)據(jù)研究中占據(jù)主要的相對量，在數(shù)量級別上與其他物質(zhì)是沒有太大的差異的，其指標(biāo)占顆粒相總分子數(shù)濃度的54%。接下來占比最大的是4環(huán)內(nèi)分子量化合物，占總分子數(shù)的39%，其在整體的數(shù)值研究中的占比也是非常多的，具有較高的研究意義。而對于僅占總分子數(shù)的10%的2環(huán)化合物來說，其含量相對來說就是比較少的。這些化合物共同組成了大氣顆粒相，其與PAHs含量較高的國槐樹葉中的組分不同，但是和SPMD中國槐樹葉的組分分布則非常接近，而對于PAHs中含量值最高的有機(jī)化合物則是顆粒態(tài)燃煤標(biāo)志物(BaA)化合物。

圖2 寧夏地區(qū)大氣顆粒相中PAHs的平均組成分布

3 結(jié)語

本文研究分析了寧夏地區(qū)關(guān)于氣態(tài)和顆粒態(tài)的多環(huán)芳烴的分布特征，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及分析，現(xiàn)對寧夏地區(qū)大氣顆粒物中多環(huán)芳烴污染分布特征研究做出如下結(jié)論：(1)大氣污染顆粒相中PAHs總量在其整個研究區(qū)處于一個中等情況的污染水平。PAHs的分布情況主要是以分子量大、不易揮發(fā)的城區(qū)為主要污染源。(2)研究通過對特征源的比值進(jìn)行相關(guān)性的具體分析，總結(jié)了寧夏地區(qū)大氣中PAHs的主要來源就是通過石油的污染源以及煤炭不完全燃燒污染源所造成的。而對于偏遠(yuǎn)的工業(yè)區(qū)的大氣中，PAHs的來源主要是因?yàn)槊喝紵怀浞炙鶐淼奈廴拘杂绊憽?/p>