济源市环境空气PM2.5/PM10比值比及其离子成份和无机物占比研究

2015-01-16范存峰安永生

绿色科技 2015年12期

关键词：济源市成份环境空气

范存峰，安永生

(河南省济源市环境监测站，河南济源 459000)

济源市环境空气PM2.5/PM10比值比及其离子成份和无机物占比研究

范存峰，安永生

(河南省济源市环境监测站，河南济源 459000)

分析了济源市PM10和PM2.5同步监测结果，得出济源市空气颗粒物污染中PM2.5在PM10中占有较大比重，并通过对采样滤膜的硫酸根、硝酸根、氯离子进行离子分析，以及对铁、锰、铜、铅、砷、镉、钙等无机元素进行分析，得出了二次污染物硫酸盐等主要存在于PM2.5中且占有较大比重，以钙为代表的建筑水泥尘和钢铁尘为PM10的主要来源的结果。

PM2.5；PM10；PM2.5/PM2.5质量比值；二次污染物

1 引言

颗粒物是空气质量最常见的一项指标，不同粒径的颗粒物会吸附不同的有害物质，进入人的呼吸系统，诱发多种疾病，PM2.5由于表面积大，更容易携带大量的重金属、病原体微生物和气溶胶进入人体肺部造成危害[1，2]，因而更受社会关注。加上近年空气雾霾的加剧，国家对颗粒物的监测逐渐由PM10监测向与细颗粒物PM2.5监测并重转变，2016年起环境空气质量新标准(GB3095-2012)将PM2.5纳入全面监测并评价。为摸清济源市PM2.5现状及其与PM10的关系，分析影响PM2.5的主要因素，选取了市区和偏远山区两个测点同时进行PM10和PM2.5监测，得出济源市环境空气中PM2.5和PM10质量比值关系，同时分析两者中人类活动影响较大的几种无机物和二次污染物(在空气中以气溶胶形式存在的硫酸盐、硝酸根盐、氯酸盐等盐类)为环境管理决策提供更科学的依据。

2 研究准备

点位选择：按照环境空气质量监测技术规范对监测点位要求，分别在市区和山区(距城市约20 km，周边无明显人为污染源)各选一点位同时进行监测。

研究内容：PM2.5/PM10质量比值研究、PM2.5中离子成份质量占比分析(主要分析二次污染物硫酸根离子、氯离子、硝酸根离子)、根据当地工业特点对PM2.5中无机物铅、铬、铁、锰、钙、砷、铜、镉进行全量占比分析。

采样设备选择：两个点位监测采样均选用同种型号的青岛崂应2050型采样器进行采样，切割头均选用与此仪器配套的冲击式颗粒物切割器。在采样开始前对所选用仪器进行流量校准和气密性检查，并对切割头进行清洗和密封件检查。

分析设备选择：滤膜称量采用梅特勒AE200S型的万分之电子分析天平，离子分析选用美国戴安公司ICS-90型离子色谱分析，无机物铅、镉、砷采用美国安捷伦公司的7700型ICP-MS分析，铁、铜、锰、钙采用PE公司Aanalyst600型原子吸收分析分光光度计分析，所有使用仪器均在检定有效期内。

现场采样：两个点位同期分别进行PM10和PM2.5采样，均采集日均值，每期采样4 d。

分析质量保证：实验室按环境空气PM10和PM2.5的测定方法HJ618-2011进行分析，做到滤膜恒重，每次称量前对标准滤膜进行称量误差控制在规定范围内。现场每期按分析类别不同各带空白样，室内分析由持证人员按标准分析方法进行分析，并进行自控[3]。

3 研究结果及结论

3.1 PM2.5和PM10质量比质研究结果

2015年2月和4月对两个监测点位共进行了两个周期监测，分别在市区点位和山区点位对PM2.5和PM10进行同步监测，并计算市区点和山区点PM2.5/ PM10质量比值，共获得8组有效数据，分析结果见表1。

表1 环境空气中PM2.5在PM10中的质量比

由以上数据可以看出：①同期山区PM2.5/ PM10质量比值普遍比市区PM2.5/ PM10质量比值低，说明PM2.5主要由人类生产和生活等人为活动引起；②不论市区还是山区2月份PM2.5/ PM2.5质量比值普遍比PM2.5/ PM10质量比值高，2月份为北方冬季刚刚结束，基本仍属冬季性气候，而4月份已明显进行春季，说明冬季空气颗粒物污染主要为PM2.5，其质量占比达70%以上，而夏季其质量占比明显较低；③总体来看，济源市城市环境空气中PM2.5/ PM10质量比值较高，最低达60%，最高达93%，可以看出城市空气颗粒物污染主要为较细颗粒PM2.5污染物，因此济源市空气污染颗粒物的防治重点在于PM2.5。

3.2 PM2.5和PM10中的离子成份质量占比研究结果

研究对2月份同步采集的PM2.5和PM10滤膜进行离子成份分析，分别计算其离子成分与采样颗粒物的重量比，最后得出3种离子在PM2.5和PM10中的质量占比，结果数据见表2。

表2 环境空气中各离子与PM2.5和PM10的质量比值

由以上数据可以看出：①在PM2.5中3种离子的占比从大到小依次为硫酸根>硝酸根>氯离子，其占PM2.5尘重比的范围分别为4.6%～23.8%、1.9%～16.7%、0.7%～5.9%，3种离子占PM2.5尘重排序与其占PM10尘重排序一致；②在3种离子的PM2.5尘重比值与PM10尘重比值范围分别为：硫酸根(PM2.5/ PM10)0.65～1.66、硝酸根(PM2.5/ PM10)0.61～1.18、氯化物(PM2.5/ PM10)0.15～4.45，可以看出3种离子较多的存在于PM2.5中，即二次污染物硫酸根、硝酸根和氯化物多于细颗粒形式存在；③由上表统计可知，在3种离子在PM2.5尘重中占比之和的范围为6.5%～46.4%，平均占比为24.9%，可见在PM2.5中二次污染物3种离子占有较大比重，最大占比将近一半，因此要降低PM2.5污染，治理形成这些二次污染物的二氧化硫、氮氧化物等一次污染物显得尤其重要。

3.3 PM10中的无机成份质量占比研究结果

济源市工业以电力、钢铁和有色金属冶炼为代表，且工业在国民经济中占有较大比重，因此研究选择以铁、锰、铜、铅、镉为主进行分析，并在4月份抽样分析了PM10颗粒中元素钙和砷。分析结果见表3。

由以上数据可看出：①在研究分析的7种无机元素中，钙在PM10中占比最大，平均为27.5%，钙的主要来源为建筑水泥尘和钢铁尘[4]，这正与济源当地的工业结构和城市建设现状相对应；②在研究分析的其他6种元素的PM10占比从大到小依次为铁>砷>铅>锰>铜(镉)，最大为铁，占比达2.69%，最小为铜和镉，占比为0.08%。6种元素在PM10中平均供献值4.3%。对比重庆市主城区PM10源成份谱，其砷和铅所有源类最大百分比分别为0.01%、0.19%[5]，远小于表3中0.75%和0.57，可见济源市PM10中钢铁和冶炼行业具有一定的贡献。