大气颗粒物及其重金属污染特征和来源分析

杨扬

（吉林农业大学资源与环境学院 吉林长春 130118）

大气颗粒物及其重金属污染特征和来源分析

杨扬

（吉林农业大学资源与环境学院 吉林长春 130118）

本文结合近年来的研究成果，对目前大气颗粒物的污染特征、颗粒物中重金属的分布特征、颗粒物中重金属的形态分布、颗粒物中重金属的来源进行综述，并对大气颗粒物污染控制现状及控制技术进行讨论，提出大气颗粒物及其重金属污染的控制对策和建议。

颗粒物；重金属；污染特征；来源分析

可吸入颗粒物指粒径小于10μm的颗粒物，用PM10表示，其中粒径小于2.5μm的颗粒物被称为细颗粒，用PM2.5表示。大气可吸入颗粒物(PM10)能够长期存在于环境中，影响环境大气质量和人类健康，对人体危害极大。

1 大气颗粒物污染特征的研究

目前通过国内外学者对环境大气颗粒物规律的不断探索研究中，对大气可吸入颗粒物PM10和PM2.5具有一定理论基础，大气环境中颗粒物浓度随季节变化明显，冬季颗粒物浓度最高、夏季颗粒物浓度最低，颗粒物PM2.5的浓度在一天中会出现2个峰值时间分别为上午8～9点和晚间22点[1]；大气颗粒物中PM2.5占PM10的比例较大。颗粒物浓度与气象条件有关：PM2.5质量浓度与降雨、辐射量、风速、气压和能见度存在负相关关系，与总云量、温度存在正相关关系[2]。

JudithC.Chow等对墨西哥环境空气质量进行研究，结果显示：墨西哥冬季环境空气中PM2.5浓度占PM10的比例为50%左右，全城从西部地向东南部区大气颗粒物的浓度呈递减趋势[3]。PujaKhare等人对大气颗粒物PM2.5进行研究，发现印度东北部地区大气颗粒物PM2.5浓度随季节呈现规律性变化，春、夏、秋三季大气颗粒物PM2.5浓度均低于冬季[4]。

2 大气颗粒物中重金属元素的研究

2.1 大气颗粒物中重金属的分布特征

大气颗粒物中无机成分以重金属为主，易蓄积、具毒性，可以通过呼吸系统进入人体。王京等对贵阳市145个大气样品进行分析结果显示：贵阳市PM10、PM2.5的污染严重，重金属元素分析中Pb和Zn含量较高[5]。孙龙仁等人报道乌鲁木齐市夏季重金属元素在PM10中比在PM2.5中的富集能力弱，Cr和Ni主要为人为来源；Mn元素则主要来自于自然扬尘[6]。沈轶等对我国上海市大气中的几种元素进行研究，所测定元素在PM2.5中浓度最大值为Fe元素，As和Ti元素含量较低；Cu、Zn、Pb等元素在PM2.5中的浓度随季节呈现规律性变化，Fe和As元素的浓度全年稳定，受人为环境影响不大[7]。SamuelMelaku[8]等人对大气颗粒物中As、Cd、Cr、Pb四种重金属元素研究分析：在美国华盛顿地区环境空气中该四种重金属的平均浓度排序为As＜Cd＜Pb＜Cr；同时发现重金属浓度与气象条件如温度、降水等存在相关性。

2.2 颗粒物中重金属元素形态分布

目前，研究者们主要采用单级提取法和多级连续提取法这两种常用方法对大气颗粒物中的重金属进行化学形态分析。单级提取法是以单一化学试剂进行萃取的方法；多级连续提取法是根据重金属呈现出不同理化性质选取不同的化学试剂逐步提取的方法。相关研究表明：Cd的存在形式为结合态为主；Cr以结合态和不溶物为主；Cu主要存在于可氧化态；Pb主要分布在残渣态；可交换态、可溶态、碳酸盐态；Zn、Pb、Cd和Cu多以可还原态分布于环境中；AntonioJ.Fe-rnandez：Fe和Al的主要存在形态为氧化态和碳酸盐结合态以及残渣态[9]。

3 大气颗粒物源解析研究

如何准确地解析大气颗粒物的物质来源，并确定其贡献值是大气污染防治的重要内容，这对污染物质治理具有重要意义。

大气颗粒物来源的无机化学研究中最常用的为质量平衡法、富集因子法和因子分析法等方法。专家学者运用不同方法所对环境空气颗粒物中重金属元素进行源解析研究。杨复沫等[10]Se、Br、Pb在北京环境空气中存在富集现象，其中Se的富集程度最高，北京粒物的燃煤污染特征[11]。对广州白云区大气颗粒物的无机元素进行研究，结果表明广州的建筑扬尘污染和汽车尾气型污染比较严重，燃煤型污染物正向好的趋势发展。杨丽萍等[12]报道兰州市大气污染物来源及其所占的比例结果为，主要来源是自然及建筑扬尘、煤炭燃烧和机动车尾气。

颗粒物来源的有机化学研究主要采用统计学方法、分子标识法和碳同位素法。目前对有机物的研究已成为热点课题。

4 大气颗粒物及其重金属污染的控制

通过大气颗粒物源解析，确定污染来源，如石油和煤的燃烧是产生Ni的主要原因，机动车尾气排放主要贡献Zn、Cu、Cd、Pb元素，车辆行驶产生的扬尘是Zn、Cu、Pb的重要来源，垃圾焚烧产生大量Zn元素，土壤扬尘贡献Fe、Mn[13]。大气颗粒物中重金属污染物控制。（1）通过源解析确定对人体健康有重要影响的重金属污染物的环境空气质量标准限值。（2）在确定严格的排放限值的基础上，应建立系统的大气颗粒物污染治理技术体系，对已产生的污染进行全面有效的治理。（3）通过源头控制、过程控制和末端控制等技术对大气污染进行防治，降低大气中颗粒物及其重金属污染的环境影响。

[1]刘闽.沈阳市大气颗粒物PM2.5污染现状分析[J].环境保护科学, 2011,6,(3):13-15.

[2]李凯,张承中,等.西安市采暖期PM2.5污染状况及其与气象因子的相关分析[J].安徽农业科学,2009,37(20):9603-9605.

[3]Judith C.Chow,etal.Chemical composition of PM2.5and PM10in Mexico City during winter 1997[J].The Science of the Total Environment,2002,287:177-201.

[4]PujaKhare,B.P.Baruah.Elemental characterization and source identification of PM2.5using multivariate analysis at the suburban site of North-East India[J].Atmospheric Research 2010,98:148-162.

[5]王京,王初,等.贵阳市城市近地面PM10、PM2.5及重金属污染水平研究.环境科学与技术,2011,36(4):74-76.

[6]孙龙仁,郑春霞,等.乌鲁木齐市夏季大气PM10、PM2.5中重金属的分布特征[J].天津农业科学,2009,15(2):37-41.

[7]沈轶,陈立民,等.上海市大气PM2.5中Cu、Zn、Pb、As等元素的浓度特征[J].复旦学报(自然科学版),2002,41(4):405-408.

[8]SamuelMelaku,etal.Seasonal variation of heavy metals in ambient air and Precipitation at a single site in Washington,DC[J].Environmental Pollution 2008,155:88-98.

[9]冯茜丹,党志,等.广州市秋季PM2.5中重金属的污染水平与化学形态分析[J].环境科学.2008,29(3):569-575.

[10]杨复沫,贺克斌,等.北京大气PM2.5中微量元素的浓度变化特征与来源[J].环境科学,2003,24(6):33-37.

[11]郭璇华,高瑞英,等.大气颗粒物中无机元素特性研究[J].环境科学与技术,2006,29(6):49-51.

[12]杨丽萍,陈发虎.兰州市大气降尘污染物来源研究[J].环境科学学报,2002,22(4):101-104.

[13]谭吉华,段菁春.中国大气颗粒物重金属污染,来源及控制建议[J].中国科学院研究生院学报,2013,3(30):145-155.

杨扬(1986—)，男，汉族，吉林通化人，研究生。