大气降尘在环境质量评价中的应用

刘创脱, 崔邢涛,2,3

(1.河北地质大学，河北 石家庄 050031；2.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000；3.国土资源部地球化学探测技术重点实验室，河北 廊坊 065000)

1 引言

我国大气污染防治最早开始于1987年，至今已有30余年。期间曾两次不同程度的修改制定防治措施。《中华人民共和国国家环境分析》[1]报告显示，中国最大的500个城市中，只有不到1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准，与此同时，世界上污染最严重的10个城市有7个在中国。近年来，由于社会工业化迅猛发展，石家庄城市环境受到了人类活动的影响日益严峻，城市人口的高度集中、交通环境日益拥堵、工业生产等致使环境中污染物的富集，空气质量严重降低。城市大气又是污染物的汇集的重要基地，污染物可通过扬尘或降尘的形式污染大气环境。因此，研究城市环境污染对省会城市石家庄具有重要意义。

2 大气降尘简介

大气降尘是由于人类活动和自然作用引起的物质，以漂移、悬浮等形式存在于大气中，再以大气降水的方式并伴随着重力作用等动力学条件发生沉降，沉积在地球表层或容积中的物质。大气中物质对环境和人类产生危害的大气降尘污染物种类较多，其中影响范围较广的污染物主要有：颗粒物、硫化物、氮氧化物等，其中颗粒物因其来源广、地区特性强，而成为危害最大的污染物之一。

这些颗粒物来源于多种形式和途径，具有物理、化学等特性，是地球表层乃至大气系统物质交换的一种形式，由于降尘颗粒物粒径大小、比重差异及大气中风的强劲程度，其在空气中漂移的距离有所不同，可分为近源污染和远源污染。

3 大气降尘的研究进展

近年来，国内外已有很多学者从城市土壤重金属的污染特征方面进行研究，分析并圈定了城市土壤重金属污染重点区域，对重金属分布形态及危害做出了评价，也有相似或相近的研究仅是针对城市街道灰尘或其他不同城市功能区的地表灰尘中重金属进行过研究。

但对城市大气降尘重金属环境治理及质量评价报道较少，本文从大气降尘及其样品的粒径和微形貌特征出发，分析降尘及尘源的来源解析，以期为该城市环境污染治理提供科学理论支撑。

4 样品的处理及分析

4.1 样品采集方法及原则

采集样品尽可能多布设样点且分布均匀，样点布设周围要求没有局部污染源；源样品种类多，混样时注意样品的成分均匀混合；粉末源样品过筛用尼龙筛，避免污染样品；样品在处理操作过程中不破环样品的自然粒度。

4.2 样品分析测试

为保障样品测试和分析的质量，样品测试单位严格按照相关测试分析技术要求，按程序和质量监控体系完成测试分析工作任务。分析测试样品在具有国家CMA认证的专门的实验室和专业的技术人员进行测试。样品测试的准确度、精密度控制指标均符合DD 2005-03《生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)》标准的要求，采用的分析方法检出限满足试样分析要求。

4.2.1 粒径分析

大气颗粒物的粒径与其性质密切相关，颗粒的粒径可分为单颗粒粒径和颗粒群的平均粒径两种，单位以μm来表示。

大气降尘颗粒物的来源、其形成过程、在空气中的迁移输送过程以及大气降尘的物化性质均与其粒径大小有直接关系，粒径大则在排放源附近发生沉降，较小的颗粒物则因其沉降速度慢，可在大气中漂移更长的时间而发生长距离迁移[2]。大气中颗粒物按粒径大小可分为：①总悬浮颗粒物：指粒径≤100 μm的颗粒物；②可吸入颗粒物：指空气动力学直径≤10μm的颗粒物；③细颗粒物：指空气动力学直径≤2.5 μm的颗粒物；④超细颗粒物：指空气动力学直径≤0.1 μm的颗粒物[3]。

通常而言，大气污染物颗粒粒径在小于2.5 μm范围的，因其颗粒较小，在大气中漂浮不定，与其它物质发生混凝，因此多为短距离迁移，可能是大气中气体物质经化学反应而成，或是来源于人为的或自然生成的物质；粒径在2.5～10 μm范围间时，由于大气中不同大小颗粒经过混凝、相互间吸附等过程形成，也有部分来源于人为或自然尘，相比而言较稳定，因此在大气中悬浮时间最长，迁移距离就较远，其形成的污染范围相对较广；粒径范围大于10μm的颗粒物，由于其重力作用，在大气中发生沉降速度较快，很难长距离的运移，因此将其归为本地源，这类颗粒物往往是由工业与燃煤、机械破碎和交通等污染物排放所致。由于粒径大小不同，其迁移距离也不同，粒径大的颗粒由于在大气中的滞留时间短，沉降速度快，则其输送距离近，粒径小的颗粒滞留时间长，沉降速度慢，则其输送距离远[2]。

4.2.2 形态特征分析

通过电子扫描电镜或电子探针可以明显观察出大气降尘颗粒物的微形貌特征，其形貌特征主要有球状、层状、 片状、柱状和块状等规则形态及矿物单体和矿物集合体等不规则形态，从这些形态特征结合能谱分析系统可辨别其矿物组成。分析显示：大气降尘颗粒物的主要来源为地面扬尘、建筑尘、工业燃煤尘及在大气环境中新生成的矿物等[4]。

5 结语

经过对样品的粒径和微形貌特征分析结果可知，石家庄大气降尘的主要来源有工业生产的燃煤尘，城市矿建的建筑尘，汽车尾气等交通尘，土壤风沙尘等。其粒径大小悬殊，迁移距离也不尽相同，大颗粒由于重力作用沉降速度快，漂移距离近，小颗粒密度小在空中悬浮时间长，因而输送距离也较远。

通过分析研究石家庄城市大气降尘及尘源的来源解析，结合近几年城市环境污染现状显示：工业燃煤和汽车尾气排放的烟尘一直是城市空气质量的主导污染源[5]，而近几年燃煤尘已得到有效遏制，建筑尘仍尤为突出，尘源样品中重金属元素悬浮、漂移在大气中，通过呼吸、皮肤吸收和饮食等方式进入人体，直接或间接地影响着城市环境质量和危害人类生命健康。因此，要做好城市大气污染防治，巩固和扩大烟尘控制区、禁燃(煤)区的工作；加大力度实施工业污染源整治工作，降低近地表尘源中的污染物浓度，为城市环境质量和居民健康提供一个良好的生活环境，为石家庄城市环境污染治理提供理论和决策依据。