貴陽市夏季大氣顆粒物及多環芳烴污染特征研究

徐 蘭，高庚申，安裕敏

1．貴州師范大學地理與環境科學學院，貴州 貴陽 550001

2．貴州省水污染控制與資源化技術研究重點實驗室，貴州 貴陽 550081

近幾年來，人們越來越關注大氣顆粒物的污染問題，且有大量研究表明［1］，大氣顆粒物對氣候、環境造成嚴重的影響并對人類身體健康構成威脅。貴陽市是能源資源相對富足的地區，雖然隨著經濟的快速發展，貴陽市用煤量減少，但仍有不少地區在使用煤，而且煤炭的清潔利用率和清潔能源比重偏低。貴陽市位于云貴高原，是典型的喀斯特地形，常年濕度較大，空氣污染物難遷移、擴散;隨著城市建設規模的不斷擴大、人口增多、車輛增加等，大氣顆粒物污染也日益嚴重。大氣中的多環芳烴(PAHs)大都伴隨著顆粒物而傳播、轉移和沉降，由于PAHs本身具有顯著的“三致性”［2］，嚴重威脅人體健康，所以研究貴陽市大氣顆粒物的污染水平至關重要。

主要針對貴陽市夏季大氣中PM2.5、PM10的總體污染水平、空間分布特征、PM2.5在PM10中的比例及PM2.5中PAHs的污染水平進行分析，旨在為今后對貴陽市大氣中PM2.5的化學組成、源解析、毒理性、健康效應等進行全面深入的研究提供科學依據，并對貴陽市大氣PM2.5污染防治、保護貴陽市人民身體健康和制定大氣顆粒物污染防控措施等具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 采樣點

選取貴陽市老城區5個典型的功能區設置采樣點：太慈橋(工業區)、貴州師范大學(居民區)、大西門(商業區)、省政府(交通干線)及省植物園(對照點)，如圖1所示，采樣點周圍情況如表1所示。

圖1 各監測點分布圖

表1 采樣點情況

1.2 設備和方法

采用智能中流量空氣顆粒物采樣器(TH-150C型)，采樣流量100L/min，采樣時間為2012年8月1—8日共7 d(以當日14：00到次日14：00為1個采樣周期)，同時記錄氣壓、相對濕度、溫度、風速及風向。采樣濾膜為 Whatman石英濾膜，直徑為90 mm。濾膜恒重前需在450℃的馬弗爐中灼燒4 h，冷卻至室溫后將其置于溫度為25℃、相對濕度50%的恒溫恒濕箱中平衡24 h，取出后用感量為0.01 mg的分析天平稱重，記錄濾膜重量，再將濾膜放入恒溫恒濕箱中同條件平衡1 h，用同一分析天平稱重，記錄濾膜重量，對比2次稱重記錄，濾膜重量之差小于0.04 mg。采用Waters e2695高效液相色譜儀(美國)，配2475熒光檢測器和2489紫外檢測器;Waters PAH C18(4.6 mm ×250 mm ×5μm);NOVA-PAK Phenyl保護柱(4.6 mm ×20mm ×5μm)、EYELA OSB-2100水浴鍋(日本);數控超聲波清洗器KQ-700DE等儀器分析測定PAHs。

1.3 樣品分析

PM2.5、PM10采樣前后2次稱量之差，除以采樣體積(折換成標準體積)，即可得出空氣中PM2.5、PM10的質量濃度。

PAHs前處理：將采樣后的濾膜剪成1 mm×1 mm的小碎片，用二氯甲烷作溶劑連續超聲萃取2次，將萃取液移入旋轉瓶中進行旋轉濃縮，用正己烷洗滌旋轉瓶后過固相萃取柱萃取，最后用乙腈定容于2 mL小瓶中，置于－2℃下保存，30 d內分析測定。

2 結果與討論

2.1 PM2.5和PM10的污染水平

圖2顯示了各監測點PM2.5和PM10質量濃度。由圖2可見，5個功能區的PM2.5和PM10平均質量濃度大小排序均為太慈橋＞省政府＞大西門＞貴州師范大學＞省植物園。

圖2 各監測點PM2.5和PM10質量濃度

根據中國最新修訂的《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)［3］評價分析此次采集的 PM2.5、PM10污染水平。標準中規定PM10、PM2.5二級標準日均值分別為0.15、0.075 mg/m3，超標率=超標天數÷總采樣天數×100%，據此可知不同功能區PM2.5、PM10超標倍數、超標率等情況，如表2、表3所示。

表2 PM2.5的超標情況

表3 PM10的超標情況

從表2可以看出，5個功能區PM2.5均超標，其中太慈橋平均超標倍數高達3.16，省政府、大西門、貴州師大、省植物園PM2.5平均超標倍數分別為1.71、1.54、1.42、0.921。省政府、太慈橋的超標率達100%，大西門超標率85.7%，貴州師大超標率為57.1%，省植物園超標率為28.6%。

表3顯示，太慈橋 PM10平均超標倍數為1.60，其他點位均未超標，但太慈橋、省政府、大西門、省植物園、貴州師大的超標率分別為85.7%、42.9%、28.6%、28.6%、14.3%，可見太慈橋PM2.5和PM10污染較重。

研究表明［4］，中國燃煤、機動車尾氣、工業排放及地面揚塵是PM10的主要來源，從表2、表3可以得出相似的結論，太慈橋比其他功能區超標更為嚴重，主要是附近電廠排放的廢氣及飛灰、周邊公路的揚塵以及汽車尾氣所導致;省政府處于十字交通區，汽車尾氣和揚塵可能是其主要來源;貴州師范大學附近居民區的燃柴、烹飪，附近公路揚塵可能是其主要來源;大西門商業區的超標可能是由于附近餐飲業較多以及各種燃煤燃炭小吃攤排放的廢氣所導致;省植物園風景區也有超標情況，其原因可能是貴陽夏季涼爽，植物園中人為活動增多，受到一定的人為影響，政府應重視植物園的環境管理。

2.2 PM2.5和PM10的相關性

根據5個監測點的PM2.5和PM10日平均值進行綜合回歸分析，可以得出PM2.5和PM10質量濃度之間的關系：PM10=0.931 3 PM2.5+0.019 4，R2=0.996 7，兩者的相關性見圖3。從圖3可以看出，PM2.5和PM10有良好的相關性，PM2.5質量濃度基本可以根據PM10質量濃度來確定。

圖3 5個監測點PM2.5和

2.3 PM2.5/PM10的變化規律

有研究表明，細顆粒物在可吸入顆粒物中的比例是50% ～75%［5］，將此次在5個監測點采集的樣品進行分析處理，得出PM2.5在PM10中所占比例遠大于文獻［5］研究結果，如表4所示。

表4 各監測點PM2.5/PM10的變化規律 %

從表4可以看出，省植物園、貴州師范大學、大西門、省政府、太慈橋PM2.5/PM10的均值排序為省政府＞太慈橋＞大西門＞省植物園＞貴州師范大學，除貴州師大外，其他4個監測點均有日PM2.5/PM10超過90%的現象，說明貴陽市大部分地區大氣顆粒物中 PM2.5在 PM10中比例較大，PM2.5污染較嚴重。由此可知，汽車尾氣和路面揚塵是PM2.5的主要來源，其次是工業飛灰、燃煤等。此外，貴陽特殊的氣候條件也是導致PM2.5污染較重的原因之一，有研究顯示［6］，PM2.5的濃度同氣象因子有較大的關系，濕度越大對顆粒物的形成越有利。根據貴陽市夏季大氣中相對濕度與PM2.5的質量濃度可以得出類似的結論，如圖4所示。

從圖4可知，相對濕度增大，PM2.5的質量濃度也呈現增大的趨勢。貴陽市屬于典型喀斯特地形，常年空氣濕度較大，高濕度容易導致逆溫，從而不利于顆粒物的擴散。另外，太陽照射促使大氣中SO2、VOCs容易參加大氣化學反應形成新的二次顆粒物，而且貴陽市夏季多雨對PM10有一定的清除作用，最終導致貴陽市大氣 PM2.5污染較重。

圖4 各個監測點PM2.5質量濃度與相對濕度的相關性曲線

由此可知，貴陽市老城區大氣顆粒物污染問題主要是由PM2.5引起，由于PM2.5的危害遠大于PM10［7］，所以相關部門應加強對 PM2．5的監測及治理。

2.4 PM2.5中PAHs的污染水平

PAHs是指2個以上苯環以稠環形式相連的化合物，數量多，分布廣，是一類廣泛存在于環境中的致癌性有機污染物［8］。一般情況下，PAHs是隨著大氣顆粒物而進行轉移、沉降和轉化的。有研究表明［9］，大氣中的 PAHs大約有70% ～90%吸附于粒徑小于2.5 μm的顆粒物上。對5個監測點的 PM2.5濾膜進行處理，提取并分析PAHs，結果見表 5。

表5 各個監測點PAHs質量濃度平均值 ng/m3

從表5可以看出，總PAHs濃度排序為太慈橋＞省政府＞大西門＞貴州師范大學＞省植物園，濃度分別為 17.0、16.9、16.8、12.4、9.13 ng/m3。苯并(a)芘的濃度排序為太慈橋＞省政府＞大西門＞貴州師范大學＞省植物園，濃度分別為1.74、1.68、1.64、1.37、1.15 ng/m3，由此可見，苯并(a)芘的質量濃度與總PAHs成正比，可以根據苯并(a)芘的濃度大小來判斷PAHs的濃度趨勢。

根據中國最新修訂的《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)中規定苯并(a)芘24 h平均濃度限值為2.5 ng/m3，可見貴陽市老城區大氣顆粒物中苯并(a)芘質量濃度均未超標，但從數據結果可知太慈橋、省政府以及大西門3個監測點的PAHs污染相對嚴重且濃度接近。太慈橋PAHs主要來源于附近電廠燃煤過程中排放的廢氣;省政府處于十字路口，車流量較大，汽車尾氣引起PAHs污染;大西門屬于典型的商業區，周圍餐飲業較多，燃煤燃油過程中能產生大量的PAHs。由此說明貴陽市大氣顆粒物中的PAHs主要是來源于工業生產、汽車尾氣以及居民燃煤、烹飪等。此外，研究表明［10］，相對濕度大時，容易形成逆溫，湍流運動受到抑制，大氣擴散能力減弱，會加重PAHs污染，貴陽市常年濕度大，容易形成逆溫層，致使PAHs難以擴散、遷移，導致其污染加重。

3 結論

1)貴陽市老城區夏季PM2.5和PM10質量濃度均為太慈橋＞省政府＞大西門＞貴州師范大學＞省植物園，其 PM2.5平均超標倍數分別為3.16、1.97、1.71、1.54、0.927。太慈橋、省政府超標率達100%，大西門超標率85.7%，貴州師范大學超標率為57.1%，省植物園超標率為28.6%。太慈橋日平均 PM10濃度超標較重，其超標倍數為1.60，其他點位日平均PM10濃度均未超標。此外，太慈橋、省政府、大西門、貴州師范大學、省植物園PM10超標率分別為85.7%、42.9%、28.6%、28.6%、14.3%。可見貴陽市夏季PM2.5和PM10污染較重，其污染源主要為工業生產、汽車尾氣、地面揚塵、飛灰、燃煤等。

2)貴陽市老城區夏季5個監測點PM2.5和PM10質量濃度的關系為PM10=0.931 3 PM2.5+0.019 4，R2=0.996 7，可看出 PM2.5和 PM10有良好的相關性。

3)PM2.5/PM10排序為省政府＞太慈橋＞大西門＞省植物園＞貴州師范大學，其均值分別是90.9%、87.5%、82.6%、79.8%、78.8%。可見PM2.5在PM10中比例較大，PM2.5污染嚴重且污染源主要為工業生產、交通、燃煤等。

4)貴陽市老城區夏季5個監測點總PAHs的濃度排序為太慈橋＞省政府＞大西門＞貴州師范大學 ＞省植物園，濃度值為 17.0、16.9、16.8、12.4、9.13 ng/m3，且對應的苯并(a)芘的濃度排序為太慈橋＞省政府＞大西門＞貴州師范大學＞省植物園，濃度值分別為 1.74、1.68、1.64、1.37、1.15 ng/m3，可見，苯并(a)芘的質量濃度與總PAHs成正比，各點苯并(a)芘的質量濃度均未超過《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)中規定的24 h平均濃度限值。

5)隨著貴陽市經濟的不斷發展，人口密度及交通流量的不斷增大以及氣候條件、地形等因素的影響，大氣污染將日趨嚴重，所以政府應重視大氣PM2.5的監測與防治，制定相關措施。

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