重庆市主城区PM2.5污染源源成份谱的建立

张 丹，周志恩，张 灿，孟小星，白志鹏，胡金南

（1.重庆市环境科学研究院，重庆401147；2.南开大学，天津300071；3.中国环境科学研究院，北京100012）

颗粒物污染是近年影响我国城市大气环境质量的主要问题，特别是粒径小于2.5μm的细颗粒物，在降低局地能见度水平，改变区域环境气候的同时，由于较小的粒径和较大的比表面积，易吸附较多的有毒有害物质，给人类健康带来巨大的影响［1－4］。

颗粒物的来源解析可以有效地辨别颗粒物的来源以及各种来源的贡献，因此真实准确的源成份谱就成为能否正确掌握颗粒物各种污染源贡献的关键。为获取重庆市主城区PM2.5源成份谱，在识别主城区主要的PM2.5污染源的基础上，采集各种污染源的样品，并对样品进行碳物质、水溶性组分、以及无机元素的分析工作，建立主城区PM2.5的源成份谱。

1 PM2.5污染来源的辨别

重庆市主城区位于四川盆地东部，坐落在中梁山和真武山之间的丘陵地带，海拔约为168～400m，面积为5 473km2。主城区属亚热带湿润季风气候区，降水量充沛，多伏旱、日照少、湿度大、雾日多、风速小，特殊的地形和气象条件导致重庆市主城区大气扩散条件较差，不利于大气污染物的扩散和衰减。

颗粒物特别是细颗粒物除了污染源的直接排放外，由SO2，NOX，VOC等污染物排放后在大气环境中发生物理化学反应生成的二次颗粒物也十分重要，因此细颗粒物的来源众多，成份也较为复杂，根据重庆市主城区地形、气象特征并结合能源消费的结构特点，以及细颗粒物的传输和转化方式，将重庆市大气环境中PM2.5的来源划分为土壤风沙尘、道路扬尘、建筑尘、二次粒子（硫酸盐和硝酸盐）、机动车尾气尘、燃煤尘、生物质燃烧尘和餐饮油烟尘共8类污染源。

2 各类污染源样品的采集

本次源样品采样工作除机动车尾气尘，其他污染源样品都采取了先采集有代表性的生产过程、末端治理以及无组织的固态样品，再采取再悬浮的采样分析方式，最大限度的确保污染源样品的真实可靠。

2.1 土壤尘样品采集和处理

在主城各区选取较为空旷的裸露土地或农田采集土壤样品。采样前先用干净的铁铲挖开地表土20cm以下，再用木铲收集土样装到聚四氟乙烯塑料袋中，收集量约为1～2g／袋。共采集了主城区13个地点的土壤样品，采样点位分布见表1。

表1 土壤尘采样点位

2.2 道路尘样品采集和处理

在主城9区每个区内选取典型水泥路面、沥青路面共3条分别进行采样，共采集27个道路尘样品。每次采样时，划定一定的采集范围，运用吸尘器、扫帚、毛刷等工具将所在范围内的灰尘清扫干净，道路尘采集点位见表2。

表2 道路尘采样点位

2.3 燃煤尘样品采集和处理

工业燃煤尘采集选择正常运行燃烧的、典型吨位、不同燃烧和除尘方式的燃煤工业锅炉，包括火电厂锅炉和一般工业锅炉，本次共采集主城区3家典型的燃煤企业燃煤尘样品5个，见表3。采样的位置选择烟道内壁、烟道底部和除尘器，每次采集样品1～2kg。

2.4 建筑尘样品采集和处理

选择主城区2个典型的规模较大的水泥企业，在正常生产期间采集各除尘器除下的灰，以及水泥磨、车间、成品库等处无组织排放的水泥尘样品7个。建筑尘采集点位见表4。

表4 建筑水泥尘采样点位

2.5 冶金尘样品采集和处理

选取主城区某钢铁公司作为冶金企业的代表，在其高炉出铁场布袋除尘器灰库和烧结机尾电除尘灰库，采集样品，同时清扫出部分厂区内无组织排放的灰尘，采集点位见表5。

表5 钢铁尘采样点位

2.6 机动车尾气尘样品采集和处理

本次机动车尾气采样采用了SEMTECH－DS机动车尾气分析系统，采样时将采样探头插入机动车排气管内，并进行密封处理，确保流量的稳定。选择不同排量、不同燃料类型的机动车4台，在机动车实际工况、怠速以及模拟2540工况的情况下，直接采集机动车尾气排放管的尾气，样品采集后干燥保存，以备分析。采样情况具体见表6。

各类污染源样品的具体采样位置见图1。

图1 污染源样品的采集点位

表6 汽车尾气尘采样情况

2.7 源样品的处理和再悬浮

源样品的处理分为滤膜源样品处理和粉末源样品处理。滤膜采集的源样品（机动车尾气）放在冰箱中（4℃）低温保存，以备分析。颗粒、粉末态的源样品（土壤尘、道路尘、燃煤尘、建筑尘和冶金尘），先分类将其平铺在牛皮纸上，在专用的烘干室内自然烘干。烘干后将大颗粒的样品如土壤样品等，先用木锤敲击成小块；道路扬尘样品将其中的碎石、树叶、烟头等杂物挑出。将各种污染源样品分别通过60目、120目和200目的筛子依次筛选，筛选完成后，将在不同地点采集的同类源样品按照一定的比例混合，密封保存。

再悬浮采样方法是指将粉状样品通过机械手段在密闭的空间中扬起，用滤膜二次捕集各种污染源样品。本次再悬浮工作在国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室（天津南开大学）进行，再悬浮仪器为NK－ZXF采样器。每类源做3组平行样，每组同时用特氟龙滤膜和石英纤维滤膜采集，以备不同的成份分析。不同源样品在悬浮采集后的滤膜见图2，从左到右依次为燃煤尘、建筑尘、道路尘、土壤尘和冶金尘。

图2 采集后的源样品

样品采集后称重计算颗粒物的总质量，采用X－射线荧光（XRF）分析技术对膜样品中的24种元素进行分析，包括：Na，Mg，Al，Si，S，K，Ca，Sc，Ti，Cr，V，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，As，Se，Br，Sr，Cd，Ba， Pb；采用C，H，N元素自动分析仪分析样品中的有机碳（OC）和元素碳（EC）的浓度；用离子色谱分析颗粒物中的水溶性组分，分别为SO42－，NO3－，Cl－，NH4＋，Ca2＋，K＋，Na＋，Mg2＋。计算各种成份的含量后得到PM2.5的源成份谱。

表7给出了PM2.5的源成份谱，从表7中看出各种污染源的成份谱特征十分明显。在建筑尘中，建筑材料的主要成份Ca以及Ca2＋的含量要明显高于其他污染源中含量，是建筑尘典型的标识元素；土壤尘中主要是以Si为代表的地壳类元素的含量较高；冶金尘中含量相对较大的是Fe和Mn，同时Cu，Pb等重金属的含量也较高；在燃煤尘中Al和Ti的含量要高于其他污染源中的含量，EC的含量也较高，Al和Ti是包括其他一些地壳物质广泛的存在于燃煤中，而EC则是不完全燃烧的产物；道路尘中Ca以及S的含量也相对较高，道路尘是一种相对较为复杂的混合类尘，其中的S可能来自于行驶在路面上机动车燃料燃烧后的排放，而Ca，Si等地壳元素可能来自车辆自身装载的土壤、建筑材料的撒漏，以及由于风力作用带来的其他污染源；在机动车尾气中主要是OC和EC的含量占了绝大部分，尤其是EC其含量要明显高于其他污染源，主要来自柴油车特别如大型货运、客运以及大型工程施工车辆的排放。由于仪器设备和采样环境的限制，本次源成份谱中在生物质燃烧源和餐饮油烟源成份谱采用了文献的数据，并经过本地化后处理使用［5］。

表7 PM2.5的源成份谱

续表7

3 结 论

（1）根据重庆市主城区能源消耗以及扩散条件特征，将主城区PM2.5的污染来源分为土壤风沙尘、道路扬尘、建筑尘、二次粒子（硫酸盐和硝酸盐）、机动车尾气尘、燃煤尘、生物质燃烧尘和餐饮油烟尘共8类污染源。

（2）采用了SEMTECH－DS机动车尾气分析系统采集机动车尾气样品，采用再悬浮的采样分析方法采集燃煤尘、道路尘、土壤尘、冶金尘和建筑尘源样品。共采集6类污染源累计59个样品。

（3）对采集的样品进行碳成份、水溶性成份和无机元素成份分析，计算各种成份的含量。建立主城区PM2.5的源成份谱，分析表明各种污染源的物质组成特征十分明显。

［1］ Sverre Vedal.Ambient particles and health：linest hat divide［J］.Journal of the Air ＆Waste Management Association，1997，47（5）：551－581.

［2］ 张 灿，周志恩，张 丹，等.重庆市主城降尘监测研究［J］.三峡环境与生态，2010，32（5）：18－21.

［3］ SlossL L，Smith I M.PM10and PM2.5：an international perspective［J］.Fuel Processing Technology，2000，65－66：127－141.

［4］ 蒋红梅，王定勇.大气可吸入颗粒物的研究进展［J］.环境科学动态，2001（1）：11－15.

［5］ Judith C.Chow，John G.Source profiles for industrial，mobile，and area sources in the Big Bend Regional Aerosol Visibility and Observational study［J］.Chemosphere，2004，54：185－208.