龙岩市PM10排放源污染元素富集因子分析

房春生，魏强，杨萌尧，王菊，陈克华，肖忠慎

(1.吉林大学环境与资源学院环境科学系，吉林长春130012;2.龙岩市环境监测站，福建龙岩340000)

龙岩市PM10排放源污染元素富集因子分析

房春生1，魏强1，杨萌尧1，王菊1，陈克华2，肖忠慎2

(1.吉林大学环境与资源学院环境科学系，吉林长春130012;2.龙岩市环境监测站，福建龙岩340000)

以福建省A层土壤元素背景值作为参考背景值，以Ti作为参考元素，应用富集因子分析方法对龙岩市内6种PM10主要排放源(道路尘、扬尘、钢铁厂尘、水泥厂尘、机动车尾气尘、燃煤尘)的污染元素进行了分析。分析结果表明，龙岩市各PM10排放源均存在着不同程度的污染元素富集污染现象，这些元素的富集污染程度易受人类活动的影响，并经过长时间的积累在城区内富集，使得城区内PM10的污染现象突出。研究结果为龙岩市大气环境治理提供了科学依据，有利于区域大气环境质量的改善。

富集因子;参考元素;参考背景值;排放源;污染元素

龙岩市位于福建省西部，地处丘陵河谷盆地，是福建省重要的矿区。由于其特殊的地理位置，特有的地形地貌及气象条件，以及历史残留的城市建设问题，加之近年来城区的大规模开发、机动车数量的大量增加以及餐饮业的快速发展，使得城区内大气中PM10的含量明显增加且不易扩散，PM10的污染现象较为严重。

富集因子法是分析环境中污染物来源和污染程度的有效手段，运用富集因子法对龙岩市大气中各PM10排放源的污染元素进行分析，确定各排放源中各元素的富集污染状况，可以为更深入地进行大气源解析工作提供重要依据［1］。

1 研究方法

1.1 富集因子法

富集因子指数的计算公式为:

式中:Ef为富集因子指数;Cn、Cref分别为大气总悬浮颗粒物中测量元素、选定参考元素的测量浓度;Bn、Bref分别为参比系统中的测量元素、选定参考元素的浓度［2］。

Ef值的大小反应元素富集的程度，Ef值越大说明该元素的富集程度越高，污染级别受到人为因素的影响也就越大。通常，当Ef值显著＞1时，表明该元素有明显的外来污染;当Ef值近似等于1时，表明该元素未被污染或淋溶;当Ef值＜1时，表明该元素被淋溶。根据Ef值的大小，可以将元素的富集程度分为5个级别［3～4］，详见表1。

表1 富集因子分级表

1.2 参考背景值的选择

由于A层土壤由表土层组成，并且其颗粒组成也较接近于本研究采集的各PM10排放源类［5］，因此，本文采用《中国土壤元素背景值》中福建省的A层土壤元素背景值作为参考背景值［6］。各元素背景值详见表2。

表2 福建省土壤元素背景值

1.3 参考元素的选择

关于参考元素的选择，通常情况下是选择地壳中大量存在，人为污染小，化学稳定性较好和挥发性较低的元素。Ti在地壳中的含量排第十位，耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，具有稳定的化学性质，自然界中的钛易与其他元素结合成稳定的化合物，是一种比较稳定的元素且缺少明显的人为污染源，因此本研究中将Ti做为参考元素［7～8］。

2 样品的采集与分析

2.1 样品的采集

本次研究的污染源样品采集包括道路尘、扬尘、钢铁厂尘、水泥厂尘、机动车尾气尘和燃煤尘6个主要尘源类别。

道路尘样品在市区内主要交通干道(主要是在干道的十字路口)取样，共取样56个;扬尘采集于居民区内二、三楼道内长期未打扫的窗台上的积灰，共采集样品28个;燃煤尘包括工业燃煤尘及民用燃煤尘，其中工业燃煤尘采自城区内热电厂燃煤锅炉尘样，民用燃煤尘采自街边小店的民用小煤炉。其中工业燃煤尘采集样品6个，民用燃煤尘采集样品4个，共10个;机动车尾气尘收取机动车排气管内积灰，采集样品1个。水泥厂尘采集于龙岩市水泥厂除尘器落灰样品，共2个;钢铁厂尘采集于钢铁厂除尘旧灰样品2个，铁矿石样品2个，共4个。本次污染源样品的采集工作于2009年9月16～23日内完成。

2.2 样品分析

污染源样品的分析测试由长春市环境监测中心站完成。源样品的分析测试采用美国环境保护署1999年6月发布的《环境空气中的无机化合物检测方法汇编》中利用X荧光质谱检测大气颗粒物中的金属元素的分析方法。最终选取了Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Ba、Pb这17个标识元素。源样品的成分谱见表3。

3 结果分析

龙岩市各主要PM10排放源富集因子分析结果见表4和图1。

表3 龙岩市各污染源成分谱(mg/kg)

表4 龙岩市各PM10排放源富集因子指数

从图1中可以看出，龙岩市Ca元素的富集污染程度最为严重，除燃煤尘中Ca元素的富集程度为显著污染外，其它污染源的Ca元素富集都达到了极强污染。Ca元素是水泥厂尘、水泥成品及建筑尘的标识性元素，龙岩市之所以出现了Ca元素的高强度富集污染是由于龙岩市存在着水泥厂包围城区的现象，尽管近年来取缔了一些小型水泥厂，但水泥厂对城区内的影响并未得到明显缓解，因此便出现了图中所示的结果。另外，受城市开发建设活动的影响，建筑施工产生的建筑尘通过大气沉降进一步加重了道路尘和扬尘中Ca元素的富集污染现象。

Mn、Cu、Pb、Zn、As 5种元素在龙岩市各PM10排放源中也存在着不同程度的富集污染现象。这5种元素均是燃煤尘的标识性元素。近年来，龙岩市的餐饮业得到了快速发展，城区内街边出现了许多小炉灶，这些炉灶大多数以原煤为燃料，且油烟大都不经任何处理直接排放，形成点多面广的无组织排放源。污染物经过长期的积累并通过大气沉降影响了道路尘、扬尘中这些元素的富集。此外，各金属元素也均是金属冶炼的标识性元素，因此在钢铁厂尘中出现了各金属元素的高度富集现象。

在机动车尾气尘中，上述各元素的富集污染现象也十分严重。Mn、Zn的富集污染甚至达到了极强污染级别。在龙岩，摩托车是最为普遍的交通工具，但这些摩托车大部分档次较低，排放的尾气中含有大量烟尘等有害污染物质。同时可以看出，机动车尾气尘与燃煤尘共同成为了龙岩市区内As元素富集的最主要来源。

4 结论与建议

富集因子法是识别大气系统中元素自然来源和人为来源的有效途径，它通过计算富集因子指数来判断系统内各元素富集的程度，是一种简便易行的评价方法。

本文通过对龙岩市内6种主要PM10排放源的污染元素进行富集因子分析后发现，在龙岩市区内，各PM10排放源中Ca元素的富集污染现象最为严重，是龙岩市最主要的污染元素。其次，Mn、Cu、Pb、Zn、As也均存在着不同程度的富集污染现象，其中Mn、Cu、Pb、Zn在机动车尾气尘中富集的最为严重，加之龙岩市内机动车量大质次，因此也造成了道路尘和扬尘中的这四种元素的富集污染现象。同时，龙岩市区内点多面广的小炉灶燃煤尘的无组织排放与机动车尾气尘共同构成了As元素的最主要排放源。

通过富集因子法得出的结果可以看出，龙岩市PM10排放源污染元素的富集污染现象绝大程度上受人为活动的影响。今后应加强对PM10排放源的污染控制，通过关停重度污染企业，推行清洁煤的使用，淘汰档次过低、尾气排放量过大的机动车等一系列措施来加强人为污染源的深入治理，以便改善龙岩市大气环境质量现状。

［1］张秀芝，鲍征宇，唐俊红.富集因子在环境地球化学重金属污染评价中的应用［J］.地质科技情报，2006，25(1).

［2］王玉婷，白宪洲，何明友，等.嵊泗海域大气总悬浮颗粒物的特征［J］.海洋学研究，2009，27(1).

［3］郭海全，郝俊杰，李天刚.河北平原土壤重金属人为污染的富集因子分析［J］.生态环境学报，2010，19(4).

［4］Georgiana D.Vasile·Luminita Vdescu.Cadmium partition in river sediments from an area affected by mining activities［J］.Environ Monit Assess，2010，(167).

［5］姬亚芹，朱坦，冯银厂.用富集因子法评价我国城市土壤风沙尘元素的污染［J］.南开大学学报(自然科学版)，2006，39(2).

［6］中国环境监测总站.中国土壤元素背景值［M］.北京:中国环境科学出版社，1990.

［7］王玉婷，白宪洲，何明友，等.宜宾江安桐梓镇土地整理区耕地土壤重金属富集因子评价［J］.地球与环境，2009，37(3).

［8］袁媛.开封市近地层大气颗粒物垂直分布特征研究［D］.开封:河南大学，2010.

An Enrichment Factor Analysis of the Pollution Elements in PM10Emission Sources in Longyan City

FANG Chun－sheng1，WEI Qiang1，YANG Meng－yao1，WANG Ju1，CHEN Ke－hua2，XIAO Zhong－shen2(1.Environmental Science Department of Environment and Resources College，
Jilin University，Changchun Jilin 130012 China)

The pollution elements of the six major emission sources in Longyan City have been analyzed by enrichment factor.These sources are road dust，fugitive dust，steel and iron plant dust，cement factory dust，vehicle exhaust dust and coal dust.The background value of the Strata A soil element in Fujian Province and Ti element are selected as reference during the analysis.It shows that the pollution elements in these emission sources are enriched to certain extent，and it is susceptible to the human activity.The accumulation of these pollution elements in a long duration makes PM10 a serious pollution in the urban center.The research provides a scientific basis for the air environment control and is helpful for improving the environmental air quality.

enrichment factor;reference element;reference background value;emission source;pollution elements

X508

A

1673－9655(2012)01－0080－04

2011－08－16

吉林大学青年教师创新项目资助(421031674425);吉林大学种子基金项目资助(421021614425)。

房春生(1971－)，男，汉族，吉林大学环境与资源学院教授，博士学位，主要研究方向为环境规划与管理。