贵州省主要城市PM10污染特征分析

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(贵州大学 资源与环境工程学院, 贵阳 550003)

大气可吸入颗粒物(PM10)指大气颗粒物中空气动力学当量直径≤10 μm的颗粒。大量研究发现，大气中PM10浓度的上升容易引起上呼吸道感染，使鼻炎、慢性咽炎、慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、尘肺等呼吸系统疾病恶化，PM10每增加100 μg/ m3，成年人男、女性感冒咳嗽的发生率分别升高约4.81%和4.48%[1]。

近几年来，我国的城市大气污染日益严重，可吸入颗粒物已成为北京等大都市的首要空气污染物[2]。从2011年中国环境状况公报公布的监测结果来看，地级以上城市环境空气中可吸入颗粒物年均浓度达到或优于二级标准的城市占90.8%，劣于三级标准的城市占1.2%；可吸入颗粒物年均浓度值0.025～0.352 mg/m3，且集中分布在0.060～0.100 mg/m3。

随着工业的发展、城市人口的密集、煤炭和石化燃料使用量的迅猛增长，大气环境质量日趋恶化，大气污染已成为影响世界环境和人类身体健康的主要危害因素之一[3]。本文分析了贵州省主要城市PM10的污染水平及时空分布特征，旨在为贵州省城市空气污染控制提供依据。

1 实 验

1.1 采样点的选择

贵州省处在长江、珠江两大水系的上游分水岭，地势西高东低。其中，毕节市和六盘水市属贵州的第一梯级高原区，海拔高程1 600～2 200 m；遵义、贵阳、安顺、都匀、兴义等市属贵州的第二梯级山原和丘陵区，海拔高程1 000～1 500 m；铜仁市和凯里市位于贵州的第三梯级低山丘陵区，海拔高程400～800 m。本文根据贵州省主要酸雨控制区的分布，确定了采样区。采样区分别在贵阳、毕节、遵义、都匀、安顺、盘县。采样区的选择如图1所示。在各个采样区，选择具有代表性的采样点对PM10进行系统性采样。采样点的布置如表1所示。

1.2 采样仪器及方法

(1)采样仪器包括：①青岛金仕达电子科技有限公司生产的智能TSP-PM10中流量大气采样器(型号：KB-120F)，采样时流量为100 L/min；②青岛崂山科技有限公司生产的TSP-PM10-PM2.5中流量大气采样器(型号：KC-6120)，采样时流量为100 L/min；③滤纸为英国Whatman牌直径90 mm的石英滤膜；④恒温恒湿箱的箱内空气温度在15～30 ℃范围内连续可调，控温精度在±1 ℃，箱内空气相对湿度控制在45%～55%范围内；⑤十万分之一天平；⑥滤纸袋、镊子、X光看片机、气压计、温度计。

图1 采样区的选择

表1 采样点的布置

(2)对贵州省主要城市(贵阳、毕节、遵义、都匀、安顺、盘县)10个采样点PM10按照季节[2012年3月～5月(春)、6月～8月(夏)、9月～11月(秋)、12月～2013年2月(冬)]进行系统采样，根据《环境空气质量监测规范(试行)》的要求，对每个点位进行5～7 d的样品采集，每个样品连续采集24 h(早上8：00至第二天早上8：00)。采样时，采样器位于各个采样点楼顶或山顶，距离墙壁约1.5 m，以免影响空气颗粒物的采集。大风、下雨、大雾天气情况下停止采样。记录相应的温度、相对湿度和风速等气象要素。

1.3 样品的处理与分析

依据空气质量监测PM10中流量采样重量法[4]，测量PM10的质量浓度。

1.3.1 滤纸的处理

每张滤纸均需用X光看片机进行检查，不得有针孔或任何缺陷。将滤纸放在恒温恒湿箱中平衡24 h。平衡条件：温度取10～30 ℃中任意一点；相对湿度控制在45%～55%范围内。

1.3.2 样品的采集

空气中的PM10被抽进中流量采样器时，收集在已称量的滤纸上，连续采样24 h。采样后将滤纸按使用前的平衡条件再称量。

1.3.3 PM10质量浓度计算

将上述采样前后滤纸的质量之差除以采样体积，可得到空气中PM10的质量浓度。

2 结果与分析

2.1 PM10总体污染水平分析

2012年贵州省主要城市(贵阳、毕节、遵义、都匀、安顺、盘县)10个采样点在春、夏、秋、冬四季PM10的质量浓度范围，与《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)中PM10日平均浓度限值150 μg/m3[5]进行比较，计算出的超标率和超标倍数如表2所示。

从表2数据来看，2012年贵州省主要城市10个采样点的大气污染较严重，PM10的质量浓度范围在17.9～374.8 μg/m3，平均质量浓度为(139.3±16.2)μg/m3。对比《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)[5]中PM10日平均浓度限值150 μg/m3，超标率为0～100%，超标倍数范围为0～1.499。

2.2 PM10的时空分布特征

2.2.1 PM10在季节上的变化规律

贵州省主要城市10个采样点在2012年春、夏、秋、冬四季PM10的平均质量浓度如图2所示。①春季PM10质量浓度为46.0～374.8 μg/m3。其中：安顺一中、毕节环保局的PM10质量浓度分别为176.2～246.8 μg/m3、228.3～374.8 μg/m3，超标率都达到了100%，超标倍数范围分别为0.108～0.645、0.522～1.499；背景点安顺电力城和毕节农科所超标率也分别为80%和100%；都匀监测站的PM10质量浓度范围为72.1～149.6 μg/m3，超标率为0。②夏季PM10质量浓度为17.9～323.9 μg/m3。其中：盘县环保局、毕节环保局的PM10超标率为100%，甚至在背景点毕节农科所PM10超标率也为100%；遵义丁字口和贵阳环保局PM10质量浓度范围分别为60.4～113.8 μg/m3和30.1～39.5 μg/m3，超标率均为0。③秋季PM10质量浓度为25.7～239.2 μg/m3，超标率都在50%以下。其中：盘县环保局、安顺一中、安顺电力城及贵阳高坡的超标率为0。除贵阳环保局刚刚超过标准浓度限值以外，其他城市采样点的平均污染水平都在标准浓度限值以下。④冬季PM10质量浓度为39.0～320.0 μg/m3。其中遵义丁字口和都匀监测站最为严重，PM10质量浓度分别为193.8～320.0 μg/m3和69.0～281.1 μg/m3，超标率达到100%和60%，超标倍数范围为0～1.134和0～0.874；在背景点遵义凤凰山PM10质量浓度为190.4～249.8 μg/m3，超标率达100%。除盘县环保局的超标率为0以外，其他采样点都稍有超标。

表2 2012年贵州省主要城市PM10质量浓度范围、超标率及超标倍数范围

图2 2012年贵州省主要城市在各个季节的PM10平均质量浓度

盘县环保局、安顺电力城(背景点)、毕节环保局、毕节农科所(背景点)的PM10在季节分布上由高到低的变化规律为：春、夏、秋、冬；在安顺一中，PM10在季节分布上由高到低的变化规律为：春、夏、冬、秋；遵义丁字口、遵义凤凰山(背景点)的PM10在季节分布上由高到低的变化规律为：冬、春、秋、夏；都匀监测站的PM10在季节分布上由高到低的变化规律为：冬、夏、秋、春；贵阳环保局的PM10在季节分布上由高到低的变化规律为：秋、春、冬、夏；在贵阳高坡(背景点)，PM10在季节分布上由高到低的变化规律为：冬、春、秋、夏。

从总体上看，秋季的PM10质量浓度最低，几乎低于标准浓度限值。这是由于秋季贵州省气候潮湿，经常阴雨绵绵，大量降水减少了空气中可吸入颗粒物浓度，并使降水后一段时间内空气中可吸入颗粒物浓度保持在较低水平。

在遵义、都匀、贵阳地区，夏季比冬季PM10平均质量浓度低，一是由于冬季降水较夏季少，刮风天气较少，光照较弱，日照时间短，逆温出现频率最高，且温度较低，大气对流不活跃等不利于空气中污染物质扩散的因素较多，空气污染严重。夏季由于太阳辐射较强，大气对流活动旺盛，逆温层存在的时间缩短，且降雨天气较多，降雨量很大，对污染物质清除作用明显，使空气污染程度相对减轻[6]。二是在冬季进入采暖期，燃煤是贵州省的主要采暖方式，也是造成冬季颗粒物浓度高的主要原因。但是，盘县、安顺、毕节PM10的质量浓度夏季高于冬季。贵州省常年雨量充沛，时空分布不均，降水量的地区分布趋势是南部多于北部，东部多于西部。从降水的季节分布看，一年中的大多数雨量集中在夏季，但下半年降水量的年际变率大，常有干旱发生。因此，降雨少、干旱是导致盘县、安顺、毕节PM10的质量浓度夏季高于冬季的主要原因。

2.2.2 PM10在空间上的分布特征

2012年贵州省主要城市PM10平均质量浓度如图3所示。从图3可以看出，2012年贵州省主要城市，在空间分布上PM10质量浓度的总体变化规律由大到小为：毕节、遵义、盘县、都匀、安顺、贵阳。污染最严重的毕节环保局的PM10质量浓度为(206.8±42.6) μg/m3；污染最轻的贵阳环保局的PM10质量浓度为(113.3±26.9) μg/m3。

毕节环保局的PM10质量浓度最高,一是因为毕节地区石漠化情况严重[7]，导致毕节地区森林覆盖率低。森林和绿地对PM10有明显的吸收降低作用[8]，植被可以降低风速，阻止来自附近交通干道上的汽车尾气和地面扬尘，有效地降低颗粒物的浓度[9]；二是因为毕节地区的建设活动较为频繁，施工过程中产生的大量建筑扬尘在风力作用下进入大气中，使PM10的质量浓度升高。

背景点毕节农科所的PM10质量浓度也相对较高，为(162.0±40.0) μg/m3。这是因为毕节农科所周围居民较多，有一个农贸市场，并且在采样期间有大量的拆迁活动，导致空气中PM10的质量浓度较高。

图3 2012年贵州省主要城市PM10平均质量浓度

背景点遵义凤凰山、贵阳高坡的PM10的质量浓度比遵义丁字口、贵阳环保局低，一是因为在背景点森林覆盖率高；二是因为遵义丁字口、贵阳环保局处于城市中心，人流量、车流量较大，工业污染较少，PM10主要的产生源为机动车尾气的排放。尾气中的颗粒物对城市大气中颗粒物的贡献值不容忽视[10-11]；机动车本身附带尘土或装运物料在车辆行驶时由于震动和气流的冲击而散落地面，其次车辆在行驶过程中车身气流扰动还对由于各种原因造成的路面降尘产生真空抽吸作用，从而造成路面降尘的二次飞扬，使大气中的颗粒物浓度增加[12]。

3 贵州省与其他城市PM10污染水平的比较

参考环境保护部发布的2012中国环境状况公报，并与郑州市、呼和浩特市、北京市、海口市近几年的PM10污染水平相比较，2012年贵州省主要城市空气质量处于全国中等偏上水平(见表3)[13-16]。

表3 与国内部分城市PM10污染水平比较

4 结 语

(1)2012年贵州省主要城市PM10污染水平，从季节分布上看，盘县、安顺和毕节春、夏季PM10污染较重，其中毕节市区与背景点的超标率均达到了100%，其他采样点冬季污染较重；从空间分布上看，毕节、遵义污染较严重，毕节市区点PM10平均浓度为(206.8±42.6) μg/m3；贵阳污染较轻，市区点PM10平均浓度为(113.3±26.9) μg/m3。

(2)参考环境保护部发布的2012中国环境状况公报空气质量状况，并与郑州市、呼和浩特市、北京市、海口市近几年PM10污染水平相比较，2012年贵州省主要城市PM10有一定程度的超标，空气质量在全国城市中较好。

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