贵阳市二氧化硫浓度变化分析

2015-10-19叶辉李存雄张勇

湖北大学学报(自然科学版) 2015年2期

叶辉，李存雄，张勇

（1.贵阳医学院公共卫生学院，贵州贵阳 550001；2.贵州师范学院化学与生命科学学院，贵州贵阳 550018；3.贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室（贵州师范大学），贵州贵阳 550001）

0 引言

随着现代社会的发展，人和经济的增长刺激了对资源的需求，同时也诱发了对资源的不合理的开发和利用，从而导致了环境的破坏.尤其是工业和交通运输业迅速发展以及化石燃料的大量使用，将粉尘、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、臭氧等物质排入大气层，使大气层质量严重恶化.近十年统计数据显示城市地区呼吸道疾病和肺癌的发病率居高不下，使得人们不得不对城市的大气环境质量倍加关注［1].研究表明，大气污染与心血管疾病的关系密切，可导致心律失常、心肌缺血、心衰等疾病［2]，尤其是大气颗粒物可导致心血管疾病［3].随着国家西部大开发战略的实施，贵阳市的经济发展不断加快，人口不断增长，能源的利用量不断增加，贵阳市大气污染依然是人们关心的主要问题.本文中以贵阳市大气中SO2为研究对象，分析贵阳市的SO2浓度变化特征，为贵阳市大气污染的预防提供依据.

1 研究区概况

贵阳市是贵州的省会，位于贵州省中部，是全省的政治、经济和文化中心，土地总面积8 034 km2，占全省面积的4.56%.贵阳市海拔高度在1 100m左右，地处黔中山原丘陵中部，长江与珠江分水岭地带.总地势西南高、东北低.处于费德尔环流圈，常年受西风带控制，属于亚热带湿润温和型气候.年平均气温为15.3℃，年极端最高温度为35.1℃，年极端最低温度为-7.3℃，年平均相对湿度为77%，年平均总降水量为1 129.5mm.贵阳夏无酷暑，夏季平均温度为23.2℃，最高温度平均在25～28℃之间，在最热的七月下旬，平均气温也仅为23.7℃［4]，被中国气象学会授予“中国避暑之都”称号.

因为贵阳市分为一市三县，城区面积较大，所以分析一个大气污染监测点的监测数据不能客观、准确地监测出贵阳市的大气环境质量情况，故选择了6个有代表性的点作为大气采样点.我们主要选定了贵阳市的白云区和观山湖区作为主要的大气监测点.白云区作为贵阳市主要辖区之一，因其拥有全国最大的铝工业基地，还有很多的工厂企业.2012年，实现地区生产总值（GDP）102亿元，同比增长18.1%，高于全市增速2.2个百分点，增速全市第一［5].但是也是大气污染比较严重的辖区之一，而与之相邻的是贵阳市新划分的观山湖区，该区主要以办公、居住为主，工业不发达，人口不多.

2 材料与方法

2.1 仪器与试剂采样器为武汉天虹智能仪表厂TH-150C型智能中流量颗粒物采样器.测定仪器为721型分光光度计.利用甲醛缓冲溶液作为吸收剂，按照国标方法HJ482-2009测定大气中的二氧化硫.

2.2 样品的采集于2012年的4月、8月、10月、12月的一天进行采样，每次采样前天气为多云或者晴天3 d以上，以10mL的U型棕色吸收管为采样器，气体流量为0.5 L/min，采集时间为2 h，并记录当时的气温和压力.

2.3 采样点布设遵照优化布点的原则，采样点都设置在居民房的楼顶.一共设6个采样点，其中白云区4个，包括DJ厂、YS公园、QY医院、BY酒店；观山湖新区2个，包括CLB路和BSD中学.用GPS定位系统测得经纬度，CLB路（S1），N 26°39.373′，E 106°39.029′；DJ厂（S2），N 26°40.325′，E 106°39.689′；YS公园（S3），N 26°41.190′，E 106°39.069′；BSD中学（S4），N 26°39.014′，E 106°37.793′；QY医院（S5），N 26°40.508′，E 106°37.894′；BY酒店（S6），N 26°41.082′，E 106°37.869′.每条线路均呈南北布设.

2.4 样品的分析样品采集完之后，3 d内分析完毕.以二氧化硫标准溶液作标准曲线，在波长为577 nm下，用1 cm比色皿，以蒸馏水凋零，测定吸光度值.以标准系列管吸光度值对二氧化硫含量绘制标准曲线，最后测得样品的吸光度值，查标准曲线，即得二氧化硫含量.

2.5 数据分析用Excel2007对数据进行计算，并使用SPSS18软件和Origin7.5软件对数据进行分析和作图.

表1 SO 2污染物的浓度限值 mg/m3

3 结果与分析

3.1 二氧化硫的季节变化特征由图1可见SO2浓度的季节变化极为显著.只有春季和冬季的浓度值超过国家质量二级标准（0.071mg/m3），分别为二级标准的1.70和1.42倍.夏季和秋季的浓度均未超过二级标准（表1）.SO2浓度的季节变化规律是春季＞冬季＞秋季＞夏季，这与吴杨等［6]研究的结果有类似之处，也有点不同.其中夏秋两季差距较小，这与贵阳市白云区有许多的工矿企业有关系，也与其地理环境及气候有关.冬季除工业污染源外，居民燃煤锅炉的低烟囱排放是SO2污染的主要原因.在冬季贵阳市空气经常出现高频静风和逆温层存在时间长的气象因素，加之贵阳属多山地带，空气中的二氧化硫容易蓄积，风速减小，不利于SO2的扩散，造成SO2在低层大气中大量积累，出现了整体的上升.由于贵阳的湿度很大，即使温度不像北方那么低，但是依然还是很冷的，居民燃煤锅炉的使用依然较多，这也是初春季节SO2浓度也比较高的原因，所以整个冬季和春季污染都比较重.但是随着温度的上升，到4 5月以后，受季风的影响，温度升高以后容易形成对流和降水，并且植被茂盛，有利于SO2的扩散和清除，夏季和秋季SO2的浓度明显降低，污染也就不那么严重.

图1 SO2四季平均浓度变化

图2 SO2浓度在采暖期、非采暖期和全年的变化

由图2可见：采暖期SO2浓度明显大于非采暖期，采暖期SO2浓度为非采暖期的2.2倍，是全年的1.4倍.说明采暖期燃煤使用使SO2浓度上升，也说明了贵阳市SO2污染受到了燃煤使用的影响［7].

3.2 二氧化硫的空间变化特性如图3所示是四个季节SO2浓度随采样点浓度的变化情况.由图可以看出，SO2的浓度空间变化为两条逐渐降低的变化曲线：第一条，BY酒店＞QY医院＞BSD中学；第二条，YS公园＞DJ厂＞CLB北路，四个季节当中，都有大致如上规律.此种情况也说明，贵阳市在不同的地点SO2浓度有很大的区别，区域分布呈现明显的特征.在贵阳市白云区SO2的年平均浓度为0.100mg/m3，而在观山湖区SO2的年平均浓度仅为0.043mg/m3（国家大气质量二级标准的年平均浓度为0.06mg/m3），白云区的SO2浓度是观山湖区的2.3倍.这主要是由于白云区有很多的工矿企业，而且在白云区，采样的地点都在居民区，房屋相对是比较密集的.而在观山湖区，污染企业相对较少，居民人数相对较少，减少了人为对空气污染的影响，所以观山湖区的SO2污染要优于白云区.

图3 各季节二氧化硫浓度随采样点变化

由图4可见，采用SPSS进行分析，从欧氏距离=12处可以看出6个监测点划分为3大类：第一类为较严重的BY酒店和YS公园，两地区的SO2均值均超过国家环境大气质量二级标准分别达到0.113mg/m3和0.134mg/m3；第二类为SO2污染较轻区域，包括QY医院和DJ厂，分别达到0.087mg/m3和0.067mg/m3；第三类为空气质量较好的区域，包括CLB路和BSD中学，SO2均值介于国家大气质量二级标准和一级标准之间.由此可以得出在相同的纬度上，SO2的浓度呈现明显的相关性，再次证明，因大气扩散和风向的原因，白云区工矿企业的污染影响了观山湖区的二氧化硫浓度.