城市环境空气中颗粒物污染特征分析

2008-7-15 9:05:42  作者:李太山  来源:艾普网  【 查看评论

摘 要: 分析了我国近20a来城市环境空气悬浮颗粒物变化的特征和近几年对PM10、PM2.5的研究状况及存在的问题,建立了TSP与PM10、PM10与PM2.5之间的线性方程。结果表明,悬浮颗粒物的平均浓度由1982年的0.729mg/m3下降到1997年的0.291 mg/m3。南方城市、沿海城市环境空气中总悬浮颗粒物浓度显著低于北方城市、内陆城市。1997年,南方城市、沿海城市环境空气中总悬浮颗粒物年均浓度值均达到了GB3095-1996二级标准。城市空气中PM10污染很严重,大体相当于发达国家20世纪70年代中后期水平。

关键词: 城市环境 粒状污染物 污染气象学 相互关系



1 前言

空气中的污染颗粒物,特别是空气动力学当量直径小于10μm(PM10)和小于2.5μm颗粒物(PM2.5)对人体健康的影响已受到广泛的关注。1996年1月8日,我国批准了《环境空气质量标准》(GB3095-1996),该标准对PM10的浓度限值做出了规定;1996年9月27日,欧盟通过了大气质量评价控制准则(96/62/EG),对PM10的浓度也做出了限制;1997年,美国EPA首次颁布了细颗粒物PM2.5的空气质量标准。近几年我国学者对PM10 和PM2.5的污染水平、成分来源、对污染物的富集、颗粒物的污染与人体健康的关系等进行了研究[1~6]。本文对我国城市环境空气中TSP近20a来的变化、TSP、PM10 和PM2.5相关性、颗粒物对一些污染物的富集情况以及污染物在大气与颗粒物之间的分配进行了分析。另外还对我国与德国空气中颗粒物的污染水平和相关性进行了初步的对比分析。



2 环境空气中颗粒物污染状况

1981~1998年,全国大中城市环境空气中总悬浮颗粒物(TSP)浓度变化情况见图1。



由图1可知,1982~1997年,TSP的平均浓度由0.729mg/m3降低到0.291mg/m3;在南方城市,由0.470mg/m 3 降低到0.200mg/m3;在北方城市,由0.950mg/m3降低到0.381mg/m3。1990~1998年,在沿海城市,由0.325mg/m3降低到0.167mg/m3;在内陆城市,由0.425mg/m3降低到0.331mg/m3。

由于南方城市冬季无燃煤取暖、烟尘排放少,地面植被覆盖率较北方城市高,加之降水次数和降水量均多于北方城市,南方城市的TSP浓度显著低于北方城市,但这一差距呈逐渐缩小的趋势。沿海地区城市基础设施较完善,集中供热、供气比例高于内陆地区,内陆的中西部城市特别是西北地区干旱少雨,加剧了总悬浮颗粒物污染水平。

根据中国环境监测总站对几个城市进行的PM10 和PM2.5的监测研究工作,1995年和1996年,我国城市环境空气中PM10 浓度为0.185mg/m3、PM2.5为0.109mg/m3。根据文献[1],1996年,德国环境空气中TSP浓度均值为0.041mg/m3,PM10均值为0.034mg/m3。1978年,法兰克福的PM10浓度为0.12mg/m3,1993年降低为0.040mg/m3,1996年,法兰克福的PM2.5浓度为0.028mg/m3[7]。1995年和1996年,广州、重庆、武汉和兰州4个城市PM10对照点(清洁区)均值为0.120mg/m3, 与法兰克福1978年的水平相当。



3 环境空气中小颗粒物的研究状况

1988年,王玮等[4]对广州、郑州、云岗3地大气环境中PM2.5 浓度、离子浓度、酸度和酸化缓冲能力进行了分析;张晶[8]等对北京市大气中PM2.0的来源进行了分析,董金泉等[9]等对华北清洁地区空气中PM2.0的来源进行了研究,发现城区与清洁区存在很大差异,城区PM2.0主要来源为汽车尾气(59.7%),清洁区主要为土壤尘(67.1%),虽然不同的解析源的方法存在着较大的差异,但对宏观环境的分析有一定的意义和参考价值。李祚泳等[2]对大气颗粒物(PM10)源解析常用的化学质量平衡法(CMB)、因子分析法(KA)、目标变换因子法(TTFA)、目标识别因子法(TTRA)及投影寻踪回归新技术(PPR)进行了比较,指出每种方法的局限性或不足。

魏复盛等[1,3,5,6]对广州、重庆、武汉和兰州4个城市大气中PM10 和PM2.5的组成、颗粒物的污染水平及与人体健康关系等进行了较为系统的研究,通过聚类分析指出城市大气颗粒物中元素的来源,指出高富集于颗粒物上的金属和非金属元素(Cu、Zn、Pb、S、Cl、Se、As、Br)。文献[5,6]将PM10 、PM2.5污染监测与健康调查相结合,提出了空气中PM10 、PM2.5与儿童呼吸系统患病发生率呈线性相关,其影响比二氧化硫和氮氧化物更密切。空气污染严重组对儿童呼吸系统疾病的发生率是污染较轻组的1.71~3.95倍。呼吸系统疾病受颗粒物影响大的另一原因应与颗粒物对多种有害物质的吸附有关。朱利中等[10]对城市居民区空气中多环芳烃污染物气态和固态分布做出了分析。即使在气温高达35℃时,具有强致癌作用的 B[a]P(25ng/m3)在颗粒物上仍占87.0%,被怀疑有致癌性的苯并[k]荧蒽(40ng/m3)在颗粒物上也占87.5%,致癌的四环芳烃苯并[a]蒽在颗粒物上的比例为35%。五环芳烃在PM10 上吸附的量占在总悬浮颗粒物总量的85%以上。若空气中颗粒物B[a]P浓度为22ng/m3,苯并[k]荧蒽浓度为36ng/m3, 它们在PM2.5上吸附的量约占总量的50%以上;PM2.5约有50%由鼻腔分离[11],按每人每天吸入空气10m3计,通过细颗粒物吸入身体未被鼻腔分离的B[a]P为55ng,苯并[k]荧蒽为90ng。

在我国南北方城市中,细颗粒物及多环芳烃的污染比较严重,超标现象时有发生。有关居住区多环芳烃污染与人体健康水平(特别是癌症)的关系,不同代表性区域细颗粒物吸附有机物性能,细颗粒物浓度与人体健康的定量关系等尚需系统研究。



4 环境空气中不同粒径颗粒物相关性分析

环境空气中TSP、PM10 和PM2.5之间存在相互联系,在不同的条件下,PM10、PM2.5在TSP中所占的比例也有所不同。在上海某居民区,PM10≈0.85TSP, 1996年德国,PM10≈0.83TSP,1995年和1996年的兰州,PM10≈0.25TSP。一般讲, 空气质量较好时, 空气中小颗粒物所占比例高,其中汽车尾气贡献率较高。

唐山市环境空气中总悬浮颗粒物与PM10 的相关性见图2。线性方程为:y=0.5048x+0.0254, 相关系数 r=0.8646,n=20,若显著性水平α=0.001, r0.001=0.6787,r>>r0.001, TSP与PM10线性关系非常显著。

 



根据文献[1]的数据, 建立PM2.5与PM10间的线性方程见图3。线性方程为:y=0.5385x+0.0102, 相关系数r=0.9569,n=16,若显著性水平α=0.001, r0.001=0.7420, r>>r0.001, PM2.5与PM10线性关系非常显著。

 



从1995、1996年4个城市监测结果看,我国城市环境大气中PM2.5污染较为严重,平均浓度为0.109mg/m3, PM2.5与PM10之比较低为0.59。1996年,德国法兰克福PM2.5浓度为0.028mg/m3,与PM10之比为0.70,由此可见空气中颗粒物浓度越低,PM2.5所占比例越高。



5 结论

近20年来,我国城市环境空气中颗粒物污染变化显著。颗粒物浓度大幅度减小,小颗粒物所占比例增大。南方与北方城市、东部与西部城市环境空气中颗粒物浓度差别较大,但这种差距呈缩小趋势。



6 参考文献

1 吴国平,胡平,滕恩江,等.我国四城市空气中PM2.5和PM10的污染水平.中国环境科学,1999,(2):133~137.

2 李祚泳,丁晶,张欣莉.成都市大气颗粒物源解析的PPR法.环境科学研究,2000,13(5):38~40.

3 滕恩江,胡平,吴国平,等.中国四城市空气中粗细颗粒物元素组成特征.中国环境科学,1999,19(3):238~242.

4 王玮,汤大纲,刘红杰,等.中国PM2.5污染状况和污染特征的研究.环境科学研究,2000,13(1):1~5.

5 魏复盛,胡平,滕恩江,等.空气污染与儿童呼吸系统患病率的相关分析.中国环境科学,2000,20(3):220~224.

6 胡平,魏复盛,滕恩江,等.空气污染与儿童及其父母呼吸系统健康的影响.中国环境科学,2000,20(5):425~428.

7 Umwelt Bundes Amt.Jahresbericht 1997.Berlin, KOMAG Berlin-Brandenburg,1997,152~157.

8 张晶,陈宗良,王玮,等.北京市大气小颗粒物的污染源解析.环境科学学报,1998,18(1):62~67.

9 董金泉,杨绍晋.华北清洁地区气溶胶特征及其来源研究.环境化学,1998,17(1):38~44.

10 朱利中,沈学优,刘建勇.城市居民区空气中多环芳烃污染特征和来源分析.环境科学,2001,22(1):86~89.

11 Fonds der Chemischen Industrie.Umweltbereich Luft.Frankfurt,Oehms Druck GmbH,1995,27.



第一作者李太山,男,1962年10月出生,1990年西南师范大学毕业,硕士,高级工程师。
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