广州城区秋季 P M10和 P M2.5中主要水溶性无机离子组成特征初步比较＊

吕文英 徐海娟 王新明＊＊

(1 中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室,广州,510640;2 广东工业大学环境科学与工程学院,广州,510006)

广州城区秋季 P M10和 P M2.5中主要水溶性无机离子组成特征初步比较＊

吕文英1,2徐海娟1王新明1＊＊

(1 中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室,广州,510640;2 广东工业大学环境科学与工程学院,广州,510006)

在广州市中心城区,分别选取离地 50m左右的楼顶采样点和交通干线路边采样点,在空气污染水平相对较严重的秋季,以大流量采样器同步采集了 PM10和 PM2.5样品,研究其水溶性无机离子组成特征.

1 材料与方法

采样点在广州市越秀区,一个采样点位于环市路和东风路之间的广东工业大学校院内 7号楼楼顶 (距地面高度约50m,简称楼顶),距离交通干线环市路和东风路的水平距离均约为 150m,该点作为广州市中心城区相对充分混合大气的代表点.另一个采样点位于东风东路路边人行道上 (简称路边),距人行道边缘 1.5m,采样高度 1.2m.东风路是广州市区重要的交通干线,该点可作为市区交通干线的代表点.两个点的水平距离约为 150m.PM10和 PM2.5样品同步采集于 2006年9月21日至 27日,采样期间无降雨,天气为晴或多云,气温 21—33℃,相对湿度 35%—85%.

采样器为美国Andersen公司大流量采样器,24h连续采集,采样流量 1.13 m3·min-1.采样用滤膜为石英滤膜,采样前于 450℃灼烧 4h,并置于干燥器中平衡 24h后备用.采样后,将滤膜置于干燥器中同样条件下平衡 24h后称重.

取适量滤膜剪成碎片,用高纯去离子水超声提取两次,提取液用 0.45μm滤膜过滤.其中 Na+,Ca2+,K+,Mg2+的浓度用 ICP-MS测定,阴离子和 N浓度用离子色谱测定.同样方法对空白膜进行测定,作为测定空白.

2 PM10和 PM2.5的质量浓度

测得楼顶 PM10和 PM2.5的平均值分别为 125.4μg·m-3和 83.7μg·m-3,路边 PM10和 PM2.5的平均值分别为184.7μg·m-3和 121.1μg·m-3.与吴国平等[1]1995—1996年测得的广州市污染点与对照点 PM10和 PM2.5相比,楼顶样品的质量浓度介于其污染点和对照点之间,与徐宏辉等[2]的研究相比,广州城区 PM10浓度水平低于北京,而 PM2.5浓度水平与北京接近.与我国环境空气质量标准相比,楼顶 PM10样品超标率为 16.7%,路边样品超标率为 100%.我国尚无 PM2.5标准,与美国空气质量标准 PM2.5日均限值 35μg·m-3相比,楼顶和路边样品 PM2.5样品超标率均为100%.楼顶样品 PM2.5/PM10在 0.41—0.97之间,平均值为 0.67,路边样品 PM2.5/PM10在 0.63—0.70之间,平均值为 0.66,楼顶和路边 PM10中均以细粒子为主.与吴国平等[1]1996年测得的广州城区 PM2.5/PM10(0.661)相比,10年间广州城区 PM2.5/PM10变化不大.

3 PM10和 PM2.5主要水溶性无机离子特征

楼顶 9种水溶性无机离子浓度之和占 PM10质量浓度的 53.9%,占 PM2.5质量浓度的 60.8%(表1),高于北京水溶性无机盐占 PM10的比例 (25%—45%),也高于其占 PM2.5的比例 (50%左右).Ca2+,Na+,Mg2+在粗粒子 (2.5—10μm)中质量浓度高于其在 PM2.5中的质量浓度,其余离子均是在 PM2.5中相对富集 (表1).-,N和 N在PM2.5中质量浓度显著高于其在粗粒子 (2.5—10μm)中的质量浓度,三者总量占 PM10质量浓度的 45.2%,PM2.5的52.6%.而-和 N两者之和占楼顶 PM2.5质量浓度已接近 50%,占 PM10质量浓度也达到 42.3%.N/-在PM10和 PM2.5中均在 0.5左右,表明广州以 SO2排放为特征的燃煤排放对颗粒物贡献较大.PM2.5中 N和-的相关系数为 0.75,说明在 PM2.5中 N主要以硫酸铵盐的形式存在.

路边样品中,9种水溶性无机成分总量占 PM10和 PM2.5质量浓度的比例分别为 39.8%和 36.4%(表1),显著低于楼顶样品,主要是交通源产生的一些非水溶性细颗粒物 (如黑炭和不溶性有机物),导致路边颗粒物样品水溶性成分的相对含量下降.

路边和楼顶 PM10中硫酸盐和硝酸盐的质量浓度非常接近,但因路边受一次排放源影响大,两者之和占 PM10的比例从 42.3%下降到 29.7%;路边 PM2.5中硫酸盐质量浓度与楼顶 PM2.5中差别不大,占 PM2.5质量浓度比例却由 33.0%下降到 23.4%.而路边 PM2.5中 N含量显著低于楼顶,N占 PM2.5质量浓度的比例由楼顶的 16.5%也大幅降低至4.1%.路边 PM10中N主要存在于细粒子部分,浓度约为楼顶样品的两倍.

表1 PM10和 PM2.5水溶性无机离子浓度范围及平均浓度 (μg·m-3)

4 PM10和 PM2.5的中和度和酸性

PM2.5的酸碱性可以用[N]与[nss--]+[N]当量浓度的比值来表示,这一比值被定义为中和度 (NR).经计算,楼顶 PM2.5NR的变化范围为 0.06—0.47,平均值为 0.18;路边 PM2.5NR的变化范围为 0.34—0.66,平均值为0.52.NR<1,说明广州市大气 PM2.5具有明显酸性,且距地面越高,PM2.5的酸性越强.

PM10的细粒子中主要碱性离子为 N,粗粒子中主要碱性离子为 Ca2+,可以用[Ca2+]+[N]与[nss--]+[N]当量浓度之比计算其 NR值.楼顶 PM10NR的范围为 0.21—0.49,均值为 0.34,路边 PM10NR的范围为 0.42—0.73,均值为 0.57.NR<1,说明楼顶和路边 PM10均为酸性,且楼顶 PM10的酸性比路边强.

综上所述,楼顶样品 PM10和 PM2.5中水溶性无机成分所占比例显著高于路边样品,广州市大气 PM10和 PM2.5具有明显酸性,PM2.5的酸性比 PM10强,楼顶样品的酸性比路边样品强.

[1] 吴国平,胡伟,魏复胜等,我国四城市空气中 PM2.5和 PM10的污染水平 [J].中国环境科学,1999,19(2)∶133—137

[2] 徐宏辉,王跃思,温天雪等,北京秋季大气气溶胶质量浓度的垂直分布 [J]中国环境科学,2008,28(1)∶2—6

2009年7月10日收稿.

＊广东省自然科学基金(7118013),广东省科技计划 (2007B030102001)资助项目.

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