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4 ! ? 京津地区大气颗粒物的表征及来源鉴别 杨绍晋杨亦 男钱琴芳 陈冰如 钟溟胡朝 晖沙因刘平生5中国 科学 院高 能 物理 研究所

6 哀纪文5天 津市 环境 保护监测中心 站6摘要采用中子 活 化分 析及质子 激发7 荧光分析 测 定了 阳个样品中的

8 种元素 含量 , 研究了不 同粒 径 颗粒 物 中元 素浓 度的 分布规 津.得知对 人 体有 害的 元素主要富集 在粒径小子#产扭 的细腹粒 中.根据测定的元 素浓 度特征 , 可 分成 七个主要污染来源 . 即煤、土壤、石油、汽车尾 气、建筑材料、海盐 及 冶金 工业.化学元素平衡 计 算结 果表明,天津地 区七 个污染源 中,尘上和燃煤 对 大气顺粒 物的贡献最大.关键 词.颗粒物/尘土 / 撤煤/ 天气污染9前言颗粒 物是大 气环 境 中组 成 复杂 、 危 害较 大 的污 染物 之一颗粒物本身 含有 很多有害有毒 的物质 , 也可能是 其 它污 染物 的运 载体 . 不同 粒径 的颗 粒 物对人 休的危 害作 用 是不 相同的 . 粒径 大于# 拼2 的颗 粒主要沉积在鼻腔和 咽喉 , 小于# 拼2 的颗 粒大 部 分沉 积在 支气 管和肺 泡中.已发现 许 多有 害金 属元 素 或化合 物大 部分 富集 在小 于# 拼2 的细颗 粒上,对人体健 康 的危 害较大.因此 , 研 究不 同粒径 颗 粒物 中的元 素组 分 及其 与 时空 变 化的关 系,对大 气污 染状 况的 评价 和各种污染 物来源 的探 讨 有着 重要 的实 际意义 . 大 气颗粒物 的来 源 很多 , 制 订大 气 污染 防治措施 , 必须 弄清 楚本 地 区的主 要 污染源 及 其对大 气颗粒 物的贡 献率,才能确定 污 染源 治理重 点.因此,研究大 气颗 粒 物与 其污 染源 之间的关 系是大 气颗粒物 污 染研 究 中一个 重要 的基本问题 . 我们主 要通 过对 京津 地 区大气 颗粒 物的 粒度 分布 、 化学特 性 及其在环 境 中的 时 空变 化趋 势 等研究 , 了解京津地 区大气污染 的现 状 及特点 , 并 用化学 元 素平 衡法 计算 出天 津地 区不 同污染 源对大 气 颗粒 物的 贡献 , 为 制订改 善天 津地区大 气环 境质 量 的防 治措 施提供科学依据 .

二、实验方法采样 环境科学学报卷在京津地 区 由北 向南选 择:个典型 地 点即北 京 5天 安门6 、 廊坊5环 境监测站6 、 武清 5杨村 机场6 、 北仑5环 境监测 站6 、 天津市红桥 区 5本 溪路 中学6 、 河北 区 5纺织 机械 厂6 、 和平区5区政 府大楼

6 、 河东区5合 成化学 厂6 、 南郊 区 5环 境监测 站6 、 塘沽 5长芦 盐场6 作为采样点.于!?;

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. 大 气颗粒 物 的元素 浓度 与粒径 分布 根据 表 的数 据,可将元 素浓 度在粗 、 细颗 粒 中的分 布特征 分成 三种 类型 /

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8、⊥等.这类元 素多来 自于风 砂和 土壤 等 自然 来源 , 属于 亲石元素,其化学 性质 系非挥 发性,粒径分布特征 很 相似 , 元素浓 度 随粒径减 小而 急剧下降,在粒径大于#.召2 的颗 粒中,一般 占: 一!:厂左右 ,

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6 主要 富集在 粒径 小于# . 拼2 的细颗粒中,有?>、Μ

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1、ΗΧ、Ω3等.这类 元素 主要来 自各种 燃料 的人 为来 源,属于亲 气元素,易挥 发,其中大 部分被 认为 对人 体健 康可 能是 有害 的,而某 些 元素的 缺少 或过量都会引起某 种疾病 Ν > Ο , 其 浓度 随粒径 减 小而 迅速增 力_? . 在粒径 小于#.拼2 的颗粒中约占:一!:厂α

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6在粗、细颗粒 中分布 相似 , 主要有 = 、 % > 、 Ι Χ 、 β

3 , 这 类元素 的粒径 分布特征是 双峰型 , 说明其有两种 主要来 源.综观全地 区,北京、天津和 廊坊大 气颗 粒物 中元 素浓 度的粒 径分布 趋势 大致 相似 . 但在塘沽 沿海地 区,元素 = 、 ? Κ 、 β

3 和%>浓度'粒径 分布与城 区 相比有 明显 的 差另 ? Ξ . 冬季 沿 海地 区这些元 素在颗 粒上 的浓度 较城 区大,而且 冬、夏两季 元素钾 和钠 的浓度 粒径 分布 有 较大 的 变化 , 但在 城 区不 同季节 基本 相似 , 没有大 的 变化 . 这些 结果说 明不 同来源 的特 征 元素 在不 同地 区的大 气颗粒 物 中有其特 定 的反映 . 所以,元素的 粒径 分布 有助于 鉴别污染物 的来源 . . 大 气颗粒 物 的质 量 中值直 径和 元素质量 浓度 的 中值直 径质量中值直径 5Ι Ι

0 6 表 示所 采集 的物质粒 子为

8 : 多时的 空气 动力学 当量直径 . 根据国际辐射 防护 委 员会肺 动力 特性试 验工 作组 制订 的颗粒沉积 通用模 型叫 , 表明颗粒在呼吸道 上同部 位的 沉积 量与质 量 中值直径 有 密切关 系.它能较 好地反 映某 颗粒范 围的集 中趋 势,可对人 体健康 的危害程 度研 究提供 更 有意义 的数据 . 在安 德逊 分级数 据的基姻期杨绍 晋等 / 京津地 区 大气颗粒物 的表征及来源 鉴别

8 上,对颗粒物 的质 量 中值直径 可以进行 计算 . 用对数 正态概 率纸或 正态概 率 纸作 图,可得 各级 的截 止 直径对质 量浓 度的 累积 百分数 . 取累积百分 数为

8 : 多时的 粒径 值,即为质量中值直径 . 本研究测得 的京 津地 区大 气颗 粒物 的质 量 中值直 径和 元 素质 量 浓度 中值直 径分别见 表8和表 < . 表京津地 区元素在 粗、细颗粒 中的分 市&Κ3?1 ) ΒΡ

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Φ⊥_孔期杨绍晋等 / 京津地 区大气颗 粒物 的表征及来源鉴别 从表

8 可见 , 北 京和 天津 市 区冬夏 两季 的质 量 中值直 径相 近,冬季 比夏季小α廊坊地 区较 其它地 区都 大α塘沽 沿 海地 区冬夏均较 市 区小 . 上述 结果 表明,由于 市 区大 气颗粒 物的来源主 要是尘 土和 燃煤 , 冬 季燃煤 对大 气颗 粒物 的 贡献较 尘土 大,所以质 量 中值直 径冬季较 夏季 小.夏季 则反 之.塘沽 沿 海地 区地处渤海湾的 西北 方向,冬季主 导风 向是西北 风,处于渤 海的 上风 方向,海上气溶胶 的 贡献较 小,主要是上风 向市 区 长途 输送 及附近地 区排 污的 贡献 , 所以颗粒 物的质 量 中值 直径 偏小.而夏季 在塘 沽的主 导风 向为 东南风 , 海 上气溶胶 及附近 尘土 占相当 比例 , 其质量中值直径 趋于增大,达到#,8拼2 , 但仍小于市区.这是由于 海上气 溶胶 的粒 径比市区尘土粒 径小.总之 , 京津 地 区大气 颗粒 物的质量中值 直径 与 国外 城 市相 比 还是 偏大 , 说 明城 市尘土 污 染相 当突 出.从表