三明市市区大气颗粒物污染特征及源解析研究

李奇勇，李强

(1.三明学院资源与化工学院;2.福建省资源环境监测与可持续经营利用重点实验室，福建三明365004)

三明市市区大气颗粒物污染特征及源解析研究

李奇勇1，2，李强1，2

(1.三明学院资源与化工学院;2.福建省资源环境监测与可持续经营利用重点实验室，福建三明365004)

为研究三明市市区大气颗粒物污染情况，采集市区内典型区域的大气颗粒物样品，然后进行分析检测，并采用化学质量平衡受体模型(CMB模型)进行源解析研究.研究结果表明，三明市市区大气颗粒物污染中TSP指标较好，PM10的达标情况偏差，且“三钢”和“三化”是市区内大气颗粒物污染的主要排放来源，其排放的煤烟尘和冶金尘为三明市市区大气颗粒物污染的主要源类.

大气颗粒物;污染特征;源解析;化学质量平衡受体模型

三明市位于福建省西北部地区，被称为中国最绿省份的最绿城市，素有中国绿都之称，是中国优秀旅游城市、全国文明城市.同时三明市也是一座新兴的工业城市，随着近年来经济的快速发展，环境污染问题已成为其亟待解决的难题之一.由于三明市的地理位置、工业因素、气象条件比较特殊，使得大气污染成为其主要的环境污染问题，特别是市区的大气污染最为严重，不仅影响市区密集人口的正常生活，而且由于大气污染的扩散性强，对市区周边旅游业的发展也带来一定影响.

在三明市市区的大气污染中，颗粒物污染是主要的污染因子［1］，而大气颗粒物污染的来源多种多样，包括土壤尘、建筑尘、煤烟尘、冶金尘、道路尘等［2］.对于不同的大气颗粒物污染源类，其对人体的危害以及防治措施存在较大差异［3］.为了详细研究三明市市内大气颗粒物污染情况，并分析其主要污染来源，该研究首先对市区内各主要区域的大气颗粒物污染情况进行检测分析，然后采用化学质量平衡受体模型(CMB模型)对TSP来源进行解析，通过分析研究能够为三明市大气污染防治工作提供指导.

1 采样与分析

1.1 研究区域介绍

三明市主要行政区域包括梅列区、三元区、沙县、将乐县、泰宁县等12个区县，其中梅列区和三元区为市辖区，而研究区域主要为大气污染较为严重、人口比较密集的市中心区域，如图1所示，包括列西区、列东区以及三元区.在所研究的市区范围内列西区为工业区，主要包括“三钢”(三钢集团有限责任公司)和“三化”(三明化工有限责任公司)两大生产型企业，是可能造成大气污染物的主要来源区域;列东区和三元区主要为居民生活区，其紧邻列西区，可能受大气污染的影响最严重.由于大气颗粒物污染受风向及风速影响较大，而三明市市区属丘陵河谷地形，东西方向以山体为主、地势较高，而南北方向地势较低、比较平坦，导致市区内年主导风向以偏北风为主，静风频率为5.9%，年平均风速为1.52m/s，三明市市区常年风向玫瑰图如图2所示.

图1 三明市市区大气监测点位分布图

图2 多年气象年平均风向玫瑰图

1.2 样品采集

为了详细研究三明市市区大气颗粒物污染情况，在市区内选取有代表性的区域进行大气颗粒物样品采集.样品采集点主要分布在群英小学(26°16'31.73″N，117°36'58.30″E)、三钢子弟学校(26°15'45.18″N，117°37'15.93″E)、三化五村(26°15'16.88″N，117°37'13.85″E)、三明四中(26°14'44.25″N，117°36' 41.92″E)、三明二中(26°16'14.59″N，117°30'07.68″E)、三元区政府(26°14'15.87″N，117°36'10.58″E)，如图1所示，其中群英小学、三钢子弟学校、三化五村、三明四中为“三钢”和“三化”周边的采样点，能够较好的反映出工业生产排放大气污染物的情况;而三明二中和三元区政府这两个采样点则能够分别反映出列东区和三元区的大气污染情况.

据调查［4－5］影响三明市空气质量的主要大气颗粒物为PM10，因此确定样品采集点后使用便携式大气颗粒物采样器采集TSP(总悬浮微粒)样品和PM10(小于10微米的颗粒物)样品.采样时间为2014年9月23日至29日，24h连续采样.

1.3 样品分析

对采集到的TSP样品和PM10样品进行预处理后测定各采样点的TSP和PM10质量浓度，然后采用原子吸收分光光度计测定各TSP样品中的Pb、Mg、Cr、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Hg等元素含量.

2 结果与讨论

2.1 市区大气颗粒物污染特征

将各采样点采集的TSP和PM10质量浓度及其平均值汇总于表1.

表1 各采样点PM10及TSP质量浓度(日均mg/m3)

由表1可知三明市市区的TSP平均浓度仅为0.087mg/m3，达到《环境空气质量标准》(GB 3095－2012)中一级限度值以内(日均0.12mg/m3)，TSP的达标情况较好;而PM10平均浓度为0.063mg/m3，超过一级限度值(日均0.050mg/m3)，PM10的达标情况偏差，且PM10占TSP的比例达到72.4%，表明三明市市区大气颗粒物污染主要为PM10.

此外，大气颗粒物在不同区域的分布上以群英小学和三明二中的颗粒物浓度最低，三钢子弟学校、三明四中以及三元区政府的颗粒物浓度在市区平均水平左右，而三化五村的颗粒物浓度最高，达到0.100mg/m3.处于市区上风向的群英小学和三明二中的颗粒物浓度最低表明市区北部区域的大气颗粒物排放较少;三化五村颗粒物浓度最高表明其上风向是市区大气颗粒物排放的主要来源，而由图1可知，三化五村上风向紧邻“三化”和“三钢”，且这两个企业为市区内最大的生产型企业，因此可以推断“三化”和“三钢”为三明市市区内主要的大气颗粒物排放来源;三钢子弟学校位于“三钢”和“三化”东边，虽然也与其紧邻，但未处于下风向，故大气颗粒物浓度处于一般水平;三明四中和三元区政府虽然处于“三钢”和“三化”下风向，但与其相距较远，大气颗粒物扩散至此的浓度较低，所以其颗粒物浓度也处于一般水平.

2.2 主要污染源大气颗粒物排放情况

通过对三明市市区各采样点大气颗粒物污染特征分析，可以推断“三钢”和“三化”为市区大气颗粒物排放的主要来源.为了研究“三钢”和“三化”大气颗粒物污染排放的具体情况，分别对其厂界TSP浓度进行监测并汇总于表2.

表2 “三钢”和“三化”厂界TSP浓度(日均mg/m3)

由表2可知，“三钢”和“三化”厂界的平均TSP浓度远高于市区平均值，达0.300mg/m3左右，且在下风向厂界TSP浓度中“三钢”最高达到0.595mg/m3、“三化”最高达到0.456mg/m3.另外，在上风向厂界TSP浓度中，“三钢”为0.091 mg/m3，是由于受风向影响，大气颗粒物浓度较低;而“三化”上风向厂界TSP浓度为0.156 mg/m3，主要是由于“三化”与“三钢”紧邻，且处于“三钢”下风方向，所以上风向厂界TSP浓度受“三钢”影响而较高.

2.3 市区大气颗粒物源解析研究

为了详细研究市区大气颗粒物的来源解析，将各样品采集点采集到的TSP样品进行成分分析，其分析结果见表3.然后采用CMB模型对各采样点的TSP进行源解析［6－8］，其分析结果见表4.

表3 各采样点TSP中元素质量浓度(μg/m3)

表4 各采样点TSP的源解析结果(分担率/%)

从表4的TSP源解析结果来看，三明市市区内不同采样点的大气TSP主要排放源类存在明显差异:(1)群英小学TSP的主要源类为煤烟尘和冶金尘，其分担率分别为37.42%和45.49%，而其他源类的分担率均低于10%.由图1可知，群英小学紧邻“三钢”，距“三化”也较近，且地处偏僻，所以“三钢”排放的冶金尘分担率最高，“三化”排放的煤烟尘次之，而建筑尘、土壤尘、道路尘由于周边交通不便、工地较少，其分担率均很低.(2)三化五村与群英小学类似，但由于三化五村紧邻“三化”、靠近“三钢”，所以其TSP源类以煤烟尘最高、冶金尘次之，分担率分别为42.27%和37.94%.(3)三明四中与三化五村相距较近，且均处于“三钢”和“三化”的下风向，因此其TSP源类同样以煤烟尘最高、冶金尘次之.但由于三明四中周边工地较多，因而其土壤尘和建筑尘的分担率略高，分别达到20.48%和15.62%.(4)三钢子弟学校由于紧邻“三钢”和“三化”，且周边交通运输繁重，因此其TSP源类以道路尘、煤烟尘、冶金尘为主，分担率分别为32.82%、27.16%和28.76%.(5)三明二中由于地处市中心最繁华地带，且上风向属于开发区，建筑工地较多，所以道路尘和建筑尘为最主要的TSP源类，其分担率分别为34.62%和38.62%.(6)三元区政府与三明二中类似，处于三元区中心，但其周边建筑工地较少，且处于“三钢”和“三化”下风向，因此其TSP源类主要为道路尘、煤烟尘和冶金尘，分担率分别为30.68%、24.18%和22.67%.

此外，根据表4中不同TSP源类在各采样点的分担率情况可知:煤烟尘和冶金尘在三明二中以外的其他区域均为主要的TSP来源;土壤尘除了在三明四中的分担率达到20.48%外，其他区域的分担率均低于10%;建筑尘除了在三明二中的分担率达到38.62%外，其他区域的分担率均低于20%，且群英小学、三钢子弟学校、三化五村均低于10%;道路尘主要在市内比较繁华的三明二中、三元区政府、三钢子弟学校的分担率较高，其他区域的分担率均低于10%.再结合市区各采样点大气颗粒物TSP质量浓度的情况，即三化五村TSP浓度最高，三钢子弟学校、三明四中、三元区政府TSP浓度中等，群英小学和三明二中TSP浓度最低，可以推断三明市市区大气颗粒物污染的主要源类为煤烟尘和冶金尘.

3 结论

通过对三明市市区大气颗粒物污染特征及源解析研究，得到以下结论:

(1)三明市市区大气颗粒物污染中TSP指标较好，达到《环境空气质量标准》一级限度值要求，而PM10的达标情况偏差，未达到一级限度值要求，且PM10为市区大气颗粒物污染的主要组成.

(2)“三钢”和“三化”为三明市市区大气颗粒物污染的主要来源，且其下风向厂界TSP浓度远高于上风向厂界TSP浓度，对下风向的大气污染更为严重.

(3)三明市市区内不同区域的大气TSP主要排放源类差异较大，列西区以煤烟尘和冶金尘为主;列东区以道路尘和建筑尘为主;三元区以道路尘、煤烟尘和冶金尘为主.

(4)“三钢”和“三化”排放的煤烟尘和冶金尘为三明市市区大气颗粒物污染的主要源类.

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Research on the Pollution Characteristics and Source Apportionment of Atmospheric Particulates in Sanming Downtown Area

LI Qi－yong1，2，LI Qiang1，2
(1.School of Resources and Chemical Engineering，Sanming University，Sanming，365004;
2.Fujian Provincial Key Laboratory of Resources and Environment Monitoring＆Sustainable Management and Utilization，Sanming，365004，China)

To investigate the pollution of atmospheric particulates in Sanming downtown area，the samples of atmospheric particulates was collected from representative region in urban area and put into analysis，in which chemical mass balance receptor model was adopted to the conduction of source apportionment.The results showed that the TSP index of the pollution caused by atmospheric particulates was better than that of PM10and it should be noted that Sangang and Sanhua were the main emissions of the atmospheric particulates.The soot of coal combustion and metallurgical engineering which were released by the above two constituted the main source class of the particle pollution in urban area.

atmospheric particulates;pollution characteristics;source apportionment;chemical mass balance receptor model

R122.2

A

1672－2590(2016)03－0091－05

2016－03－22

三明学院科研基金项目(B201301/G)

李奇勇(1971－)，男，福建浦城人，三明学院资源与化工学院教授级高级工程师，福建省资源环境监测与可持续经营利用重点实验室学术委员会委员.