贵阳市夏季大气颗粒物及多环芳烃污染特征研究

徐 兰，高庚申，安裕敏

1．贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州 贵阳 550001

2．贵州省水污染控制与资源化技术研究重点实验室，贵州 贵阳 550081

近几年来，人们越来越关注大气颗粒物的污染问题，且有大量研究表明［1］，大气颗粒物对气候、环境造成严重的影响并对人类身体健康构成威胁。贵阳市是能源资源相对富足的地区，虽然随着经济的快速发展，贵阳市用煤量减少，但仍有不少地区在使用煤，而且煤炭的清洁利用率和清洁能源比重偏低。贵阳市位于云贵高原，是典型的喀斯特地形，常年湿度较大，空气污染物难迁移、扩散;随着城市建设规模的不断扩大、人口增多、车辆增加等，大气颗粒物污染也日益严重。大气中的多环芳烃(PAHs)大都伴随着颗粒物而传播、转移和沉降，由于PAHs本身具有显著的“三致性”［2］，严重威胁人体健康，所以研究贵阳市大气颗粒物的污染水平至关重要。

主要针对贵阳市夏季大气中PM2.5、PM10的总体污染水平、空间分布特征、PM2.5在PM10中的比例及PM2.5中PAHs的污染水平进行分析，旨在为今后对贵阳市大气中PM2.5的化学组成、源解析、毒理性、健康效应等进行全面深入的研究提供科学依据，并对贵阳市大气PM2.5污染防治、保护贵阳市人民身体健康和制定大气颗粒物污染防控措施等具有重要意义。

1 实验部分

1.1 采样点

选取贵阳市老城区5个典型的功能区设置采样点：太慈桥(工业区)、贵州师范大学(居民区)、大西门(商业区)、省政府(交通干线)及省植物园(对照点)，如图1所示，采样点周围情况如表1所示。

图1 各监测点分布图

表1 采样点情况

1.2 设备和方法

采用智能中流量空气颗粒物采样器(TH-150C型)，采样流量100L/min，采样时间为2012年8月1—8日共7 d(以当日14：00到次日14：00为1个采样周期)，同时记录气压、相对湿度、温度、风速及风向。采样滤膜为 Whatman石英滤膜，直径为90 mm。滤膜恒重前需在450℃的马弗炉中灼烧4 h，冷却至室温后将其置于温度为25℃、相对湿度50%的恒温恒湿箱中平衡24 h，取出后用感量为0.01 mg的分析天平称重，记录滤膜重量，再将滤膜放入恒温恒湿箱中同条件平衡1 h，用同一分析天平称重，记录滤膜重量，对比2次称重记录，滤膜重量之差小于0.04 mg。采用Waters e2695高效液相色谱仪(美国)，配2475荧光检测器和2489紫外检测器;Waters PAH C18(4.6 mm ×250 mm ×5μm);NOVA-PAK Phenyl保护柱(4.6 mm ×20mm ×5μm)、EYELA OSB-2100水浴锅(日本);数控超声波清洗器KQ-700DE等仪器分析测定PAHs。

1.3 样品分析

PM2.5、PM10采样前后2次称量之差，除以采样体积(折换成标准体积)，即可得出空气中PM2.5、PM10的质量浓度。

PAHs前处理：将采样后的滤膜剪成1 mm×1 mm的小碎片，用二氯甲烷作溶剂连续超声萃取2次，将萃取液移入旋转瓶中进行旋转浓缩，用正己烷洗涤旋转瓶后过固相萃取柱萃取，最后用乙腈定容于2 mL小瓶中，置于－2℃下保存，30 d内分析测定。

2 结果与讨论

2.1 PM2.5和PM10的污染水平

图2显示了各监测点PM2.5和PM10质量浓度。由图2可见，5个功能区的PM2.5和PM10平均质量浓度大小排序均为太慈桥＞省政府＞大西门＞贵州师范大学＞省植物园。

图2 各监测点PM2.5和PM10质量浓度

根据中国最新修订的《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)［3］评价分析此次采集的 PM2.5、PM10污染水平。标准中规定PM10、PM2.5二级标准日均值分别为0.15、0.075 mg/m3，超标率=超标天数÷总采样天数×100%，据此可知不同功能区PM2.5、PM10超标倍数、超标率等情况，如表2、表3所示。

表2 PM2.5的超标情况

表3 PM10的超标情况

从表2可以看出，5个功能区PM2.5均超标，其中太慈桥平均超标倍数高达3.16，省政府、大西门、贵州师大、省植物园PM2.5平均超标倍数分别为1.71、1.54、1.42、0.921。省政府、太慈桥的超标率达100%，大西门超标率85.7%，贵州师大超标率为57.1%，省植物园超标率为28.6%。

表3显示，太慈桥 PM10平均超标倍数为1.60，其他点位均未超标，但太慈桥、省政府、大西门、省植物园、贵州师大的超标率分别为85.7%、42.9%、28.6%、28.6%、14.3%，可见太慈桥PM2.5和PM10污染较重。

研究表明［4］，中国燃煤、机动车尾气、工业排放及地面扬尘是PM10的主要来源，从表2、表3可以得出相似的结论，太慈桥比其他功能区超标更为严重，主要是附近电厂排放的废气及飞灰、周边公路的扬尘以及汽车尾气所导致;省政府处于十字交通区，汽车尾气和扬尘可能是其主要来源;贵州师范大学附近居民区的燃柴、烹饪，附近公路扬尘可能是其主要来源;大西门商业区的超标可能是由于附近餐饮业较多以及各种燃煤燃炭小吃摊排放的废气所导致;省植物园风景区也有超标情况，其原因可能是贵阳夏季凉爽，植物园中人为活动增多，受到一定的人为影响，政府应重视植物园的环境管理。

2.2 PM2.5和PM10的相关性

根据5个监测点的PM2.5和PM10日平均值进行综合回归分析，可以得出PM2.5和PM10质量浓度之间的关系：PM10=0.931 3 PM2.5+0.019 4，R2=0.996 7，两者的相关性见图3。从图3可以看出，PM2.5和PM10有良好的相关性，PM2.5质量浓度基本可以根据PM10质量浓度来确定。

图3 5个监测点PM2.5和

2.3 PM2.5/PM10的变化规律

有研究表明，细颗粒物在可吸入颗粒物中的比例是50% ～75%［5］，将此次在5个监测点采集的样品进行分析处理，得出PM2.5在PM10中所占比例远大于文献［5］研究结果，如表4所示。

表4 各监测点PM2.5/PM10的变化规律 %

从表4可以看出，省植物园、贵州师范大学、大西门、省政府、太慈桥PM2.5/PM10的均值排序为省政府＞太慈桥＞大西门＞省植物园＞贵州师范大学，除贵州师大外，其他4个监测点均有日PM2.5/PM10超过90%的现象，说明贵阳市大部分地区大气颗粒物中 PM2.5在 PM10中比例较大，PM2.5污染较严重。由此可知，汽车尾气和路面扬尘是PM2.5的主要来源，其次是工业飞灰、燃煤等。此外，贵阳特殊的气候条件也是导致PM2.5污染较重的原因之一，有研究显示［6］，PM2.5的浓度同气象因子有较大的关系，湿度越大对颗粒物的形成越有利。根据贵阳市夏季大气中相对湿度与PM2.5的质量浓度可以得出类似的结论，如图4所示。

从图4可知，相对湿度增大，PM2.5的质量浓度也呈现增大的趋势。贵阳市属于典型喀斯特地形，常年空气湿度较大，高湿度容易导致逆温，从而不利于颗粒物的扩散。另外，太阳照射促使大气中SO2、VOCs容易参加大气化学反应形成新的二次颗粒物，而且贵阳市夏季多雨对PM10有一定的清除作用，最终导致贵阳市大气 PM2.5污染较重。

图4 各个监测点PM2.5质量浓度与相对湿度的相关性曲线

由此可知，贵阳市老城区大气颗粒物污染问题主要是由PM2.5引起，由于PM2.5的危害远大于PM10［7］，所以相关部门应加强对 PM2．5的监测及治理。

2.4 PM2.5中PAHs的污染水平

PAHs是指2个以上苯环以稠环形式相连的化合物，数量多，分布广，是一类广泛存在于环境中的致癌性有机污染物［8］。一般情况下，PAHs是随着大气颗粒物而进行转移、沉降和转化的。有研究表明［9］，大气中的 PAHs大约有70% ～90%吸附于粒径小于2.5 μm的颗粒物上。对5个监测点的 PM2.5滤膜进行处理，提取并分析PAHs，结果见表 5。

表5 各个监测点PAHs质量浓度平均值 ng/m3

从表5可以看出，总PAHs浓度排序为太慈桥＞省政府＞大西门＞贵州师范大学＞省植物园，浓度分别为 17.0、16.9、16.8、12.4、9.13 ng/m3。苯并(a)芘的浓度排序为太慈桥＞省政府＞大西门＞贵州师范大学＞省植物园，浓度分别为1.74、1.68、1.64、1.37、1.15 ng/m3，由此可见，苯并(a)芘的质量浓度与总PAHs成正比，可以根据苯并(a)芘的浓度大小来判断PAHs的浓度趋势。

根据中国最新修订的《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)中规定苯并(a)芘24 h平均浓度限值为2.5 ng/m3，可见贵阳市老城区大气颗粒物中苯并(a)芘质量浓度均未超标，但从数据结果可知太慈桥、省政府以及大西门3个监测点的PAHs污染相对严重且浓度接近。太慈桥PAHs主要来源于附近电厂燃煤过程中排放的废气;省政府处于十字路口，车流量较大，汽车尾气引起PAHs污染;大西门属于典型的商业区，周围餐饮业较多，燃煤燃油过程中能产生大量的PAHs。由此说明贵阳市大气颗粒物中的PAHs主要是来源于工业生产、汽车尾气以及居民燃煤、烹饪等。此外，研究表明［10］，相对湿度大时，容易形成逆温，湍流运动受到抑制，大气扩散能力减弱，会加重PAHs污染，贵阳市常年湿度大，容易形成逆温层，致使PAHs难以扩散、迁移，导致其污染加重。

3 结论

1)贵阳市老城区夏季PM2.5和PM10质量浓度均为太慈桥＞省政府＞大西门＞贵州师范大学＞省植物园，其 PM2.5平均超标倍数分别为3.16、1.97、1.71、1.54、0.927。太慈桥、省政府超标率达100%，大西门超标率85.7%，贵州师范大学超标率为57.1%，省植物园超标率为28.6%。太慈桥日平均 PM10浓度超标较重，其超标倍数为1.60，其他点位日平均PM10浓度均未超标。此外，太慈桥、省政府、大西门、贵州师范大学、省植物园PM10超标率分别为85.7%、42.9%、28.6%、28.6%、14.3%。可见贵阳市夏季PM2.5和PM10污染较重，其污染源主要为工业生产、汽车尾气、地面扬尘、飞灰、燃煤等。

2)贵阳市老城区夏季5个监测点PM2.5和PM10质量浓度的关系为PM10=0.931 3 PM2.5+0.019 4，R2=0.996 7，可看出 PM2.5和 PM10有良好的相关性。

3)PM2.5/PM10排序为省政府＞太慈桥＞大西门＞省植物园＞贵州师范大学，其均值分别是90.9%、87.5%、82.6%、79.8%、78.8%。可见PM2.5在PM10中比例较大，PM2.5污染严重且污染源主要为工业生产、交通、燃煤等。

4)贵阳市老城区夏季5个监测点总PAHs的浓度排序为太慈桥＞省政府＞大西门＞贵州师范大学 ＞省植物园，浓度值为 17.0、16.9、16.8、12.4、9.13 ng/m3，且对应的苯并(a)芘的浓度排序为太慈桥＞省政府＞大西门＞贵州师范大学＞省植物园，浓度值分别为 1.74、1.68、1.64、1.37、1.15 ng/m3，可见，苯并(a)芘的质量浓度与总PAHs成正比，各点苯并(a)芘的质量浓度均未超过《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)中规定的24 h平均浓度限值。

5)随着贵阳市经济的不断发展，人口密度及交通流量的不断增大以及气候条件、地形等因素的影响，大气污染将日趋严重，所以政府应重视大气PM2.5的监测与防治，制定相关措施。

［1］岑世宏．京津唐城市群大气PM10和PM2.5理化特征及健康效应研究［D］．北京：中国矿业大学(北京)，2011．

［2］崔九思．室内空气污染检测方法［M］．北京：化学工业出版社，2002：45-150．

［3］GB 3095—2012 环境空气质量标准［S］．

［4］胡敏，唐倩，彭剑飞，等．我国大气颗粒物来源及特征分析［J］．环境与可持续发展，2011，36(5)：15-19．

［5］魏复盛，滕恩江，吴国平，等．我国4大城市空气PM2.5、PM10污染及其化学组成［J］．中国环境监测，2001，17(7)：1-6．

［6］黄金星，张林，陈欢林，等．杭州市区空气中PM2.5细微粒监测及污染状况分析［J］．环境科学与技术，2006，29(9)：49-52．

［7］ Pope C A，Burnett R T，Thun M J，et al．Lung cancer， cardiopulmonary mortality， and long-term exposure to fine particulate air pollution［J］．JAMA，2002，287(9)：1 132-1 141．

［8］韦进宝，钱沙华．环境分析化学［M］．北京：化学工业出版社，2002：56-85．

［9］曾凡刚，王玮，梁宝生，等．机动车排放颗粒物中多环芳烃化合物的研究［J］．环境科学研究，2001，14(4)：32-35．

［10］顾凯华，樊曙先，黄红丽，等．南京冬季雾天颗粒物中PAHs分布与气象条件的关系［J］．中国环境科学，2011，31(8)：1 233-1 240．