重庆市主城降尘监测研究

张 灿,周志恩,张 丹,郑建军,孟小星,张关丽

(重庆市环境科学研究院,重庆401147)

1 研究背景

大气降尘(DF)指在空气环境条件下,靠重力作用自然沉降到地表的颗粒物,其粒径多在10μm以上。监测意义上的降尘则是指在空气环境条件下靠重力自然沉降在降尘罐中的颗粒物[1]。降尘本是大气环境中组成最复杂、危害最大的污染物之一[2],可将大气中部分以及Na,K,Ca,Mg和Pb,Cd,Zn等金属元素带入土壤或水域中[3],引起土壤酸化、水体污染及其他反应,因此对生态系统产生影响,进而对人体健康产生影响。降尘监控方法简单、直观性好,可以定量描述整个污染过程[4]。目前已有的研究主要关注降尘通量且多数集中在北方黄土高原地区城市,对南部城市降尘的研究较少[5]。

重庆主城区面积约2 737 km2,位于中梁山、铜锣山两山所夹槽谷。由于大巴山、秦岭的阻隔,西部沙尘暴对重庆基本不会造成影响,浮尘天气在重庆一般不会超过24 h。因此,重庆的降尘主要是来源于本地,建筑工地、裸土及道路等是降尘主要来源。

2003年初,主城实施了进一步控制尘污染计划,并于2004年底完成,其内容包括控制主城道路、建筑、市政和拆迁等施工扬尘污染;治理主城351台工业炉窑粉(烟)尘和1 060家餐饮业油烟废气污染;主城内79个街道(镇)建成“基本无煤区”。2005年,开始实施主城大气污染控制的“蓝天行动”,其中一项重要措施就是控制尘污染,具体措施包括控制机动车带泥、带尘和撒漏污染;加强道路冲洗、清扫保洁;提高改性沥青路面的比例等。为了配合该行动,重庆市监测中心于2006年1月份开始降尘监测,目前已成为一项例行监测,目的是反映主城降尘污染现状、变化趋势及控制效果,促进主城各区对辖区内尘污染控制力度。

2 监测方法

2.1 监测布点

将主城建成区以3 km×3 km划网格,分国控监测点、道路监测点和建筑工地监测点3种类型布点。布点分别位于国家级大气环境质量自动监测站、主干道边和建筑工地旁边。道路点主要反映机动车尾气尘和道路扬尘对降尘的影响;建筑点主要反映建筑尘和施工扬尘对降尘的影响;而国控点主要是反应一个区域环境降尘污染状况。2009年撤销建筑工地点,仅保留国控点和道路点。

2.2 样品采集

降尘样品使用圆柱形玻璃集尘缸(内径15 cm,高度30 cm)进行采集。集尘缸距离地面约5～12 m,采样口距离平台1～1.5 m。根据取样介质可将大气降尘监测大致分为干法和湿法,用水或其他试剂作为取样介质(湿法)所搜集的降尘量大于其他介质(干法)[2]。这里使用的是湿法采样,采样前在集尘缸内加入80 mL的乙二醇,放置于固定架(约高1.5 m)上。每月25日(月采样时间30±2日)更换集尘缸,更换时对样品采集地点、编号和取样时间进行记录,并及时将取下的集尘缸送回实验室进行分析。

2.3 分析方法

降尘样品取回后,去除树叶、昆虫等异物,以100 mL蒸馏水多次冲洗尘于玻璃坩埚中,在烘箱里烘2 h以上,然后放到干燥器电热板(TP-520,日本)上105℃烘干,称重,密封保存于冰箱中(4℃)。

2.4 评价方法和评价标准

降尘的计量指标单位为一定时间内单位面积上地表沉降物质的量,表示为t/(月·km2)或mg/(d ·m2)。我国目前暂无降尘量标准,国家环保部《环境质量报告书编写技术规定》中建议降尘量的评价标准是,以各城市的清洁对照点测值衡量,南方城市加3 t/(月·km2),北方城市加7 t/(月·km2)作为暂定限值。因此,重庆市主城降尘的标准值即为缙云山点(背景点)实测值+3 t/(月·km2)。重庆市主城施工工地扬尘污染物(以降尘表示)排放标准中规定,建筑物建造施工过程中,施工场所边界监测点的平均降尘量不得超过28.0 t/(月·km2)。欧美一些国家制定的降尘标准[6]如表1所示。

表1 一些国家的降尘标准

3 数据分析

3.1 不同监测点降尘量对比分析

主城区共设12个国控点、7个道路点(其中6个点数据较完整)、8个建筑工地降尘监测点(其中7个点数据较完整)。国控点的集尘缸放置在自动监测站上,分布在主城9区、经开区、高新区以及缙云山背景点,代表整个区域的环境降尘状况,数据较全。由于道路点和建筑工地点会出现集尘缸丢失或样品被污染的情况,因此,缺少某些月份的数据。图1是不同类型监测点2006～2009年主城区平均降尘量的变化趋势图。

图1 2006～2009年主城区降尘量的变化

如图1所示,2006～2009年,国控点、道路点和建筑工地点降尘总体均呈下降趋势。降尘量大小为国控点<建筑工地点<道路点。国控点平均降尘量由2006年的12.73 t/(月·km2)下降到2009年的7.78 t/(月·km2),下降38.9%;道路点平均降尘量由 24.45 t/(月 ·km2)下降到 17.41 t/(月 · km2),下降28.8%;建筑工地点降尘量由18.96 t/ (月 ·km2)下降到 13.42 t/(月 ·km2),下降29.2%。3类监测点降尘量均有较大幅度的下降,降尘量下降幅度依次为道路点<工地点<国控点。

从表2可知,重庆钢铁集团所在地大渡口区每年的降尘量均明显高于其他区,为主城最大。按照标准值为缙云山点实测值+3 t/(月·km2)计算, 2006年标准值为9.12 t/(月·km2),主城平均值超出标准 39.6%,各区均超标;2007年超出标准19.5%,除渝北、经开2个区未超标外,其余各区均超标;2008年超出标准11.4%,北碚、渝北、高新和经开4个区未超标;2009年超出标准5.56%,北碚、渝中、南岸、渝北、高新和经开6个区未超标。如果按照每月30d计算,得到2006年降尘量为424 mg/ (d·m2),均超出表1中其他国家的年平均标准; 2007年、2008年和 2009年分别为 275 mg/(d· m2)、271 mg/(d·m2)和259 mg/(d·m2),可达到阿根廷和芬兰标准,但仍超出美国、西班牙和加拿大的年平均标准。无论从国控点降尘量的超标幅度,还是从达标区数量来看,均显示出2006～2009年,重庆市主城区降尘污染控制取得了较大的成效。

表2 2006～2009年国控点降尘监测结果 t/(月·km2)

2006～2008年,主城建筑工地监测点平降尘量分别为24.45 t/(月·km2),29.05 t/(月·km2)和20.35 t/(月·km2)。据重庆市主城施工工地扬尘污染物(以降尘表示)排放标准28.0 t/(月·km2)评价,主城建筑工地2006年和2008年均不超标, 2007年超出标准3.75%。

以上分析可知,2006～2009年,主城国控点、道路点和建筑工地点的降尘量和超标率均呈下降趋势,而且达标区在逐年增多,说明主城“蓝天行动”尘污染控制取得了明显效果,但道路点降尘量的变化低于其他监测点,因此要大力加强对道路尘污染的控制。

3.2 降尘量月变化分析

图2给出了降尘量的月分布情况,如图所示,国控点、道路点和建筑工地点每年的月变化规律虽然不完全相同,但全年降尘量的高峰基本上是出现在3～5月份,其次在8～10月出现小高峰,此时正值春、秋季节,相对于其他季节多风少雨,裸露的土或建筑尘遇到大风天气容易被扬起,使大气颗粒物浓度升高;6～7月以及11～12月份降尘量较低,因此,春秋季节应加强对降尘的控制。

图2 主城降尘量月分布

3.3 降尘与PM10的相关性分析

对各个监测点降尘量与可吸入颗粒物PM10质量浓度的相关性进行统计,样本数量为360个,得到图3。

图3 降尘量与PM10的相关性

可看出,降尘量与PM10质量浓度呈正相关,即PM10质量浓度随降尘量的增大而增大。

表3 相关系数(r)检验表

图4为主城区平均PM10与降尘量的月变化趋势图。如图所示,虽然降尘量与PM10浓度显著正相关,但从月变化趋势看,在11～12月和3～4月,两者变化趋势相反,其余月份相同。PM10浓度呈现U字型,春冬季节较高,尤其是1月份和12月份,夏秋季节较低;而降尘呈现双峰分布,春秋季节较高,夏冬季节较低。尤其在11～12月份,两者呈现明显的负相关性。因此,春季要同时控制降尘和PM10,冬季则要着重控制粒径小于10μm的颗粒物。

图4 降尘量与PM10月变化趋势

4 结论与建议

4.1 结论

(1)重庆市主城各类监测点的降尘量依次为国控点<建筑工地点<道路点。2006～2009年,降尘量降低幅度依次为道路点<工地点<国控点。反映出主城“蓝天行动”尘污染控制取得了明显效果,但仍要加强对机动车尾气排放和道路扬尘控制力度。

(2)全年降尘量的高峰出现在3～5月份,其次在8～10月出现小高峰,6～7月以及11～12月份降尘量较低,春秋季节应加强对降尘的控制。

(3)降尘量与 PM10呈高度的正相关关系,降尘量大的区域PM10浓度也高。降尘在春秋季节较高,而PM10浓度在春冬季节较高。因此,春季应控制降尘和PM10,而冬季则应着重控制粒径小于10μm的颗粒物。

4.2 建议

(1)降尘的监测存在实时的偶然性,在监测工作中应关注监测点周围的变化情况,严格控制各种外部影响条件。

(2)各级粒径的颗粒物对人体健康的影响不同,由于它们的理化特性不同,对建筑物、精密仪表等物体的腐蚀性亦不同[7],建议在以后的工作中应开展对降尘粒度分布的研究。

[1] 姜 伟,张卫东,蒋昌谭,等.重庆主城大气降尘特点研究[J].安徽农业科学,2007,35(28):8884-8885,8887.

[2] 王赞红.大气降尘监测研究[J].干旱区资源与环境,2003,17 (1):54-59.

[3] Walter Ruijgrok,Cliff I.Davidson,Ken W.Nicholson Dry deposition of particles[J]Tellus,1995,47B:587-601.

[4] 田 刚,李建民,李 钢,等.建筑工地大气降尘与总悬浮颗粒物相关性研究[J].环境科学,2007,28(9):1941-1943.

[5] 倪刘建,张甘霖,阮心玲,等.南京市不同功能区大气降尘的沉降通量及污染特征[J].中国环境科学,2007,27(1):2-6.

[6] H.W.Vallack,D.E.Shillito.Suggested Guidelines For Deposited Ambient Dust[J].Atmospheric Environment,1998, 32,(16):2737-2744.

[7] 张成君,胡轶鑫,钱韵砚,等.兰州市冬季大气沉降尘粒度特征及来源解析[J].兰州大学报:自然科学版,2006,42(6):40-43.