大氣顆粒物中元素組分的特征范文

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《河北工業(yè)科技雜志》2015年第二期

1研究方法

采用相關性分析法和t檢驗法對TSP，PM10和PM2．5的分析結(jié)果進行統(tǒng)計檢驗，并利用富集因子法對結(jié)果進行分析，從而得到污染物中無機元素之間的相關性和主要來源。

2結(jié)果與討論

2．1TSP，PM10和PM2．5中無機元素分析結(jié)果對石家莊市冬季環(huán)境空氣TSP，PM10和PM2．5樣品中無機元素含量的測定結(jié)果進行統(tǒng)計分析，詳細結(jié)果見表1。由表1可以看出，所有元素質(zhì)量濃度可以分為幾個梯度，即Na，Mg，Al，Ca，Si，F(xiàn)e，S，K，Pb質(zhì)量濃度為1．00～50．00μg／m3，Ti，V，Cu，Zn質(zhì)量濃度為0．10～1．00μg／m3，Mn，Co，Ni，Cr，Cd，As質(zhì)量濃度為0．01～0．10μg／m3，Hg元素含量較低，為10－4～10－3μg／m3。

2．2不同粒徑顆粒物中元素的濃度組成特征采樣期間各粒徑顆粒物中Na，Mg，Al，Ca，Si，F(xiàn)e，S，K，Pb等9種元素占所測無機元素總質(zhì)量的90％以上，從圖1—圖3中可以看出，不同粒徑顆粒物中各元素的含量（質(zhì)量分數(shù)，下同）存在一定差異：S，Pb元素隨粒徑的減小而增大，表現(xiàn)為PM2．5＞PM10＞TSP；Na，F(xiàn)e，K元素隨粒徑的減小而減小，表現(xiàn)為PM2．5＜PM10＜TSP。在檢測的20種元素中，Si，S，Al，Ca的含量在3種顆粒物中居于前4位，其中，S為燃煤塵的標識元素，Ca為建筑塵的標識元素，Si和Al為土壤塵的標識元素［10－12］。說明采樣點處的顆粒物中無機元素主要來源于燃煤塵、建筑塵和土壤塵。

2．3無機元素相關性分析結(jié)果對石家莊市冬季環(huán)境空氣TSP與PM10、PM10與PM2．5，TSP與PM2．5樣品中無機元素含量進行回歸分析，分析結(jié)果見表2。通過分析可以得到，S，Ca，Ti，Cr，Cd元素含量在TSP與PM10中和PM10與PM2．5中的相關系數(shù)比較接近；Na，Mg，Al，K，V，Mn，F(xiàn)e，Ni，Cu元素在TSP與PM10中的相關系數(shù)明顯高于其在PM10與PM2．5中的相關系數(shù)；而元素Co，Hg，Pb在PM10與PM2．5中的相關系數(shù)高于其在TSP與PM10中的相關系數(shù)。總之，各元素在不同粒徑顆粒物中有一定的相關程度，可以通過TSP和PM10的監(jiān)測分析結(jié)果間接估算PM2．5的污染狀況。

2．4t檢驗結(jié)果討論通過進行t檢驗來分析TSP，PM10和PM2．5的同源性，分析結(jié)果見表3。通過分析可以得到各元素含量在TSP與PM10中t檢驗的概率值最大為0．4727；各元素的含量在PM10與PM2．5中的t檢驗的概率值最大為0．4576；各元素的含量在TSP與PM2．5中的t檢驗的概率值最大為0．3190。通過查表可以得到，上述t值均小于在顯著性水平為0．05、自由度為40時的t檢驗的概率值（1．684），說明TSP，PM10和PM2．5中無機元素具有同源性。

2．5富集因子分析結(jié)果討論元素的富集因子是雙重歸一化數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，常被用來研究大氣氣溶膠粒子中元素的富集程度，定性探討大氣PM2．5中元素的來源問題。當富集因子大于10時，認為是來源于人為污染；當富集因子近似于1時，認為是來源于地殼。式（1）中：Ci，Bi為研究元素i的濃度；Cn，Bn為選定的參比元素的濃度。參比元素一般選擇地殼中含量豐富、各種顆粒物樣品中均含有的元素，經(jīng)常采用的有Al，F(xiàn)e，Ti，Mn等。本研究中選擇Fe，Al作為參比元素，背景元素取河北省A層土壤背景值，計算結(jié)果如表4所示。從表4中元素的富集因子可以看出，其變化范圍比較大。采樣期間富集因子較高的元素依次是Cu，Cd，Pb，Co，Ni，Zn，V，其富集因子都遠遠大于人為污染判斷值10，說明這些元素受人為污染嚴重。另外，Cr，Ca，As，Hg，Na，K元素可認為既來自地殼物質(zhì)又來自人為污染，Mg，Ti，Mn元素可認為主要來自土壤。一般根據(jù)元素來源劃分來研究它們之間的關系。有研究表明，Pb和Cu是表征交通排放和冶金化工塵的特征元素，Ni是表征石油燃燒的元素，Cd，Cr和As是表征煤燃燒的元素，Zn是垃圾和廢棄物燃燒的特征元素，與汽車密度較大和橡膠輪胎磨損也有關。石家莊市冬季大量燃煤，顆粒物中As，Cd和Cr等元素的濃度較高，Pb，Cu和Zn等元素的濃度高與汽車尾氣排放以及冬季污染物擴散條件不好有關，表征石油燃燒的Ni元素的濃度也較高，說明石家莊市燃燒石油產(chǎn)生的污染也比較嚴重。

3結(jié)語

本文選擇石家莊市來研究環(huán)境空氣中TSP，PM10和PM2．5的相關性。通過采樣、分析和計算得到如下結(jié)論：1）石家莊市城區(qū)不同粒徑中各種元素的含量存在一定差異，Na，Mg，Al，Ca，Si，F(xiàn)e，S，K，Pb等9種元素含量較高；采樣點處的顆粒物中無機元素主要來源于燃煤塵、建筑塵和土壤塵。2）TSP，PM10和PM2．5中無機元素含量的相關性分析結(jié)果表明不同元素含量在TSP與PM10，PM10與PM2．5，TSP與PM2．5中的相關性存在差異。通過進行t檢驗分析，說明TSP，PM10和PM2．5三者中無機元素具有同源性，在環(huán)境空氣污染中的變化規(guī)律相似，有可能遵循相同的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。3）通過富集因子分析，石家莊市大氣顆粒物中受人為因素影響的各種元素主要污染來源于燃煤、交通排放和冶金化工塵。綜上所述，環(huán)境空氣中的TSP，PM10和PM2．53種污染物中無機元素具有相似性和同源性，因此，可以通過TSP和PM10的監(jiān)測分析結(jié)果間接估算PM2．5的污染狀況，為區(qū)域內(nèi)PM2．5的防治規(guī)劃提供一定的定量依據(jù)和參考，以便及時改善地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量狀況，并且為環(huán)境管理提供定量化的科學依據(jù)。

作者：康蘇花馬玲李海峰楊麗杰高康寧李亞卿靳偉單位：石家莊市環(huán)境監(jiān)測中心