西宁市环境空气中TSP和PM10来源解析研究

赵旭东， 石丽娜， 杨永顺， 马小涓

（1.青海省环境监测中心站，青海 西宁810007； 2.甘肃农业大学，甘肃 兰州730070；3.青海师范大学，青海 西宁810002）

西宁市环境空气中TSP和PM10来源解析研究

赵旭东1，2， 石丽娜3， 杨永顺1， 马小涓1

（1.青海省环境监测中心站，青海 西宁810007； 2.甘肃农业大学，甘肃 兰州730070；3.青海师范大学，青海 西宁810002）

在西宁市7个采样点分别采集了环境空气中的总悬浮颗粒物（TSP）和可吸入颗粒物（PM10），用化学质量平衡（CMB） 受体模型和二重源解析技术解析了TSP和PM10的来源。结果表明：扬尘、煤烟尘和土壤风沙尘是造成该市TSP和PM10污染的主要源类。扬尘是造成该市颗粒物污染的首要因素，控制城市扬尘污染是城市环境空气颗粒物达标的关键。

颗粒物；源解析；二重源解析；TSP；PM10

颗粒物是造成我国大部分城市空气污染严重的主要因素，是环境空气污染治理的重点[1]。由于颗粒物来源复杂，因此在制定科学合理的颗粒物污染防治措施时，首先应该解析环境空气中颗粒物的来源及各主要源类的贡献率[2~3]。

2009年西宁市监测结果表明：市区二氧化氮（NO2） 年平均浓度值0.032mg/m3，达到国家空气质量一级标准（0.04 mg/m3）[4]；二氧化硫（SO2） 年平均浓度值为0.041 mg/m3，达到国家空气质量二级标准（0.06mg/m3）；可吸入颗粒物年平均浓度值0.132 mg/m3，仅达到国家空气质量三级标准（0.15 mg/m3），与SO2和NO2污染相比，可吸入颗粒物污染不容乐观。因此，如何彻底改变西宁市大气污染状况，尤其是颗粒物污染状况，是全市人民和环境管理部门面临的严峻问题。笔者用化学质量平衡（CMB）受体模型和二重源解析技术解析了西宁市环境空气中TSP和PM10的来源。

1 实验部分

1.1 环境样品的采集

分别在西宁市7个采样点（青海大学、振兴、朝阳、马坊、颐豪、开发区、多巴）采集了大气环境样品，采样高度距地面10～15m。

采样时间分别安排在采暖期2009年9月17日~23日，非采暖期2010年3月26日~4月1日，风沙期2010年5月6日~12日。采用24 h连续采样方式。采样仪器为武汉市天虹仪表有限责任公司生产的TH-150A智能中流量颗粒物采样器，流量为100 L/min。每一采样点同时用2台采样仪，分别用聚丙烯滤膜和石英滤膜采集TSP和PM10样品。

1.2 排放源样品的采集

颗粒物源类的化学成分谱是利用CMB模型进行源解析研究的基础。根据西宁市颗粒物排放源的识别，本研究采用的排放源类为土壤风沙尘、城市扬尘、道路积尘、煤烟尘、建筑水泥尘、冶炼尘、汽车尾气尘和其他尘等。除机动车尾气尘源成分谱为文献 [1]数据外，其余排放源样品均为本研究采得。

排放源样品经自然晾干后，过150目的尼龙筛，用巴柯粒度分级仪分离出10μm以下的排放源样品。

1.3 样品分析

（1） 采用美国Agilent公司的 Agilent 7500a型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析样品中的 30种元素，包括 Li、Be、Na、P、K、Sc、 As、 Rb、 Y、 Mo、 Cd、 Sn、 Sb、 Cs、 La、V、Cr、 Mn、 Co、 Ni、Cu、 Zn、Ce、 Sm、W、Tl、Pb、Bi、Th、U，用电感耦合等离子光谱法（ICP-OES） 测定样品中9种元素，包括Zr、Al、Sr、 Mg、 Ti、 Ca、 Fe、 Ba、 Si， 共测试了 39 种元素。

（2） 采用美国戴安公司的DX-120 IC型离子色谱分析 Na+、 Mg2+、 Ca2+、 K+、 NH4+、 SO42-、Cl-和 NO3-。

（3）采用美国沙漠研究所研制的DRI MODEL2001热光碳分析仪（Thermal/optical carbon Analzer）分析 TC、OC和EC。

2 结果与讨论

2.1 TSP和PM10质量浓度的时空分布特征

通过对西宁市内青海大学、振兴、朝阳、马坊、颐豪、开发区、多巴分别在采暖期、风沙期及非采暖期TSP和PM10的测定，得到颗粒物的质量浓度，见表1、表2。

由监测结果可知，颗粒物污染的时间分布特点是：TSP在采暖季污染最重，非采暖季最轻。PM10污染的时间分布特征与TSP一样。就TSP而言，各点位监测浓度均超标（二级国标，200 μg/m3）。和全市平均水平相比，马坊点位和振兴点位污染最为严重，颐豪酒店点位和朝阳点位污染最轻。就PM10而言，各点位监测浓度均未达标（二级国标，100μg/m3）。和全市水平相比，开发区点位污染最重，其次是振兴点位，马坊和青海大学点位较轻。

2.2 源成分谱特征分析

土壤风沙尘、城市扬尘、煤烟尘、建筑水泥尘、机动车尾气尘、电解铝尘和钢铁尘等是西宁市大气颗粒物的主要源类，因此分别建立了TSP源、PM10源的成分谱。各化学组分的质量分数为同一源类不同样品分析结果的平均值，不确定度为样品的标准偏差。结果作为CMB模型的基础数据进行最终解析。

表1 西宁市TSP监测浓度 μg·m-3

表2 西宁市PM10的监测浓度μg·m-3

2.3 “二重源解析法”解析结果

城市扬尘和道路尘是特殊的源类，具有以下特征：（1）混合源类由各单一尘源类的颗粒物混合组成。实际上各单一尘源类所排放的颗粒物只是部分“进入”了城市扬尘和道路尘，各单一尘源类所排放的颗粒物在城市扬尘和道路尘中所占份额不同。（2） 部分“进入”城市扬尘和道路尘的各单一尘源类的颗粒物的形态和化学组成一般不会变化，或是这种变化可以忽略，单一尘源类的颗粒物没有进入城市扬尘和道路尘的部分，仍以原来的形态存在。（3） 城市扬尘和道路尘既可以视为环境空气中颗粒物的排放源类，又可以视为各单一尘源类所排放的颗粒物的接受体，所以城市扬尘和道路尘既是排放源类，又是接受体。（4） 城市扬尘、道路扬尘均与各单一尘源类存在不同程度的共线性[5～6]。

对TSP源和PM10源进行二重源解析时，分别用道路尘成分谱代替与之共线性严重的土壤风沙尘成分谱，并和煤烟尘、建筑水泥尘、机动车尾气尘、钢铁尘、电解铝尘成分谱纳入CMB模型进行拟合，结果模型无解。

对TSP源和PM10源进行二重源解析时，分别用城市扬尘成分谱代替与之共线性严重的土壤风沙尘成分谱，并和煤烟尘、建筑水泥尘、机动车尾气尘、钢铁尘、电解铝尘成分谱纳入CMB模型进行拟合，得到最终源解析的结果。

分别对7个监测点的TSP和PM10进行“二重源解析”，解析结果如表3和表4所示。

由表3可以看出，对于TSP而言，在所有的点位中扬尘的贡献值都是最大的，其中贡献值最高的是振兴和马坊两个点位，煤烟尘的贡献值仅次于扬尘，居第二位，其中马坊的点位贡献值最大。机动车尾气尘贡献值较大的点位是马坊和青海大学，开发区和朝阳比较低，而建筑水泥尘贡献值最高的两个点位是马坊和开发区。马坊点位钢铁尘的贡献值最高，而青海大学点位电解铝尘贡献值最高。土壤风沙尘由于与扬尘存在严重的共线性，因而在所有的点位都有所降低，其中开发区的贡献值最高。

表3 西宁市7个监测点TSP的源解析结果（年）

由表4可以看出，对PM10而言，扬尘对朝阳、开发区点位的贡献值最大，而煤烟尘对青海大学、马坊和多巴等点位的贡献值最大。机动车尾气在所有点位的贡献值都居于第三位，各点位之间的差异不大。建筑水泥尘由于与扬尘存在共线性，部分贡献值被扬尘分担了，因而贡献值有所下降，其中马坊点位的贡献值最高，青海大学最低。

表4 西宁市7个监测点PM10的源解析结果（年）

3 结论

首次利用二重源解析技术得到了该市各单一尘源类进入扬尘中的比例及各单一尘源类在扬尘中的贡献率。

综上所述，西宁市环境空气颗粒物污染现状及源解析结果主要为：

（1）扬尘、煤烟尘和土壤风沙尘是造成该市颗粒物污染的主要源类。扬尘主要来源于道路建筑施工和城市裸地等，煤烟尘主要来源于大量的工业锅炉和民用锅炉的燃煤排放，土壤风沙尘主要来源于城市周边、市内裸地及施工开挖等。

（2）扬尘是造成该市颗粒物污染的首要因素，因此，控制城市扬尘污染是颗粒物达标的关键。

[1]唐孝炎，张远航，邵敏.大气环境化学[M].北京：高等教育出版社，1990：164.

[2]邵龙义，时宗波，黄勤.都市大气环境中可吸入颗粒物的研究[J].环境保护，2000（ 1）：24-26，29.

[3]魏复盛，滕恩江，吴国平，等.我国4个大城市空气PM2.5、PM10污染及其化学组成[J].中国环境监测，2001，17（ 7）：1-6.

[4]国家环境保护局.GB 3095—1996环境空气质量标准[S].北京：中国环境科学出版社，1996.

[5]冯银厂，白志鹏，朱坦.大气颗粒物二重源解析技术原理与应用[J].环境科学，2002（ S1）：106-108.

[6]赵宏，郭光焕，白志鹏，等.“二重源解析”技术及其系统实现[J].环境污染与防治，2009，31（ 6）：11-13，18.

Source Apportionment Research on TSP and PM10in Environmental Air of Xining City

Zhao Xudong1，2,Shi Lina3,Yang Yongshun1,Ma Xiaojuan1
（1.Qinghai Provincial Environmental Monitoring Centre,Xining Qinghai 810007,China；2.Gansu Agricultural University,Lanzhou Gansu 7300702,China；3.Qinghai Normal University,Xining Qinghai 810002,China）

In this paper,ambient air total suspended particles （TSP） and inhalable particulate matter （PM10） were collected at seven sampling points in Xining city.Chemical mass balance（CMB） receptormodel and re-source parsing techniqueswere adopted to parse the TSP and PM10sources.The results showed that raise dusts,coal dusts and soil wind dusts were themajor source for the city's TSP and PM10pollution.Raise dusts are the primary cause of the city's particulate pollution,control raise dust pollution was the key to meet the urban ambient air particulate standard.

particulatematter； source analysis； double source analysis； TSP； PM10

X513

A

1008-813X（2012）03-0059-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.03.017

2012-04-09

赵旭东（1981-），男，河北省涿鹿县人，甘肃农业大学资源与环境专业2011级博士研究生，主要从事环境监测、环境化学等方面研究。