北京和內(nèi)蒙古阿拉善盟大氣pm

北京和內(nèi)蒙古阿拉善盟大氣pm

根據(jù)該區(qū)域的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、傳輸和影響范圍，可分為浮砂、揚(yáng)沙、砂和強(qiáng)砂。沙塵天氣使我國(guó)的許多草場(chǎng)和農(nóng)田受到風(fēng)蝕,土地沙化面積不斷擴(kuò)大,加速了水土流失,加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化和環(huán)境污染,是影響我國(guó)區(qū)域空氣質(zhì)量的重要污染來(lái)源。以往的研究顯示,沙塵天氣的發(fā)生會(huì)引起大氣顆粒物質(zhì)量濃度大幅度增加,特別是可吸入顆粒物(PM10)和細(xì)顆粒物(PM2.5)。顆粒物在形成過程和長(zhǎng)途傳輸過程中,可以成為其他污染物的載體,產(chǎn)生大量的化學(xué)和生物學(xué)污染物,從而對(duì)沿途的環(huán)境和暴露人群的健康造成極大危害。沙塵天氣對(duì)人體健康的影響程度主要與沙塵天氣發(fā)生的頻度和強(qiáng)度、沙塵暴中顆粒物粒徑的分散度、沙塵暴中污染物的化學(xué)成分和含量有關(guān)。PM10吸附性強(qiáng),能與金屬顆粒(如Pb)、氣溶膠和其他城市氣態(tài)污染物通過物理、化學(xué)作用發(fā)生協(xié)同效應(yīng),惡化大氣環(huán)境,危害人體健康,并可以隨呼吸氣流運(yùn)動(dòng),進(jìn)入肺部氣體交換區(qū),影響肺泡的正常工作。PM2.5表面也可吸附大量的有毒有害物質(zhì),并能長(zhǎng)時(shí)間地停留在空氣中,通過呼吸沉積到肺泡,引起小氣道的狹窄和堵塞,甚至通過肺換氣到達(dá)其他器官,對(duì)人體健康造成嚴(yán)重的影響。有研究認(rèn)為,顆粒物的化學(xué)成分與顆粒物毒性有密切的關(guān)系,不同的化學(xué)成分的顆粒物的毒性也會(huì)有所不同。而沙塵天氣時(shí)顆粒物的化學(xué)成分是否發(fā)生變化,如何變化,與其毒性變化是否存在相關(guān),值得深入研究。本研究于2008年春季采集北京和內(nèi)蒙古阿拉善盟兩地沙塵天氣期間的大氣顆粒物樣品,測(cè)定和分析了大氣PM2.5和PM10質(zhì)量濃度及其中某些化學(xué)組分的變化特點(diǎn)。1材料和方法1.1儀器、檢測(cè)方法TH-150C型濾膜采樣器(武漢市天虹儀表廠,流量為100L/min),METLERTOLEDOXS105型萬(wàn)分之一電子天平(梅特勒-托利多上海儀器有限公司),PW1404/10型順序式全自動(dòng)射線熒光光譜儀(荷蘭PHILIPS公司),日立Z5000型原子吸收分光光度計(jì)(日立公司),石英纖維濾膜(頗爾過濾器北京有限公司)。1.2測(cè)定概況和提高均質(zhì)量濃度使用TH-150C型濾膜采樣器進(jìn)行23.5h的連續(xù)空氣采樣。采樣地點(diǎn)分別位于北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部公共衛(wèi)生學(xué)院樓頂和內(nèi)蒙古阿拉善盟左旗巴彥浩特市某賓館樓上。采樣時(shí)間從前日17:00到當(dāng)日16:30(換膜時(shí)間30min),同時(shí)記錄采樣時(shí)的溫度、相對(duì)濕度和氣壓。利用實(shí)驗(yàn)室METLERTOLEDOXS105型萬(wàn)分之一電子天平稱重后根據(jù)重量法計(jì)算PM2.5和PM10的日均質(zhì)量濃度。北京和阿拉善盟的采樣時(shí)間均為2008年4月26日—6月11日。1.3測(cè)量?jī)x器和方法由北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部中心實(shí)驗(yàn)室采用原子吸收光譜法、X射線熒光光譜法進(jìn)行23種元素含量的測(cè)量。本研究重點(diǎn)分析PM2.5和PM10中常量元素(K、Ca、Na、Mg)和污染元素(Pb、Cr、Cd、As),共計(jì)8種元素在沙塵天氣期間含量的變化特征。其中K、Ca、Na、Mg采用PW1404/10型順序式全自動(dòng)射線熒光光譜儀運(yùn)用X射線熒光光譜法進(jìn)行測(cè)量。Pb、Cr、Cd、As采用日立Z5000型原子吸收分光光度計(jì)運(yùn)用原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)量。樣品的預(yù)處理、儀器的使用、操作條件均按照實(shí)驗(yàn)室規(guī)定執(zhí)行。K、Ca、Na、Mg的加標(biāo)回收率分別為97.99%,99.96%,101.66%,95.33%;Pb、Cr、Cd、As的加標(biāo)回收率分別為96.67%,100.65%,95.79%,103.15%。上述元素RSD均小于5%。1.4元素富集因子用富集因子研究大氣顆粒物中元素的富集程度,以分析、判斷人為源與自然源對(duì)顆粒物中元素含量的貢獻(xiàn)水平,表征顆粒物的來(lái)源,是被普遍采用的方法之一。顆粒物中元素富集因子(EF)的計(jì)算方法見公式(1):式中:EFx—元素x的富集因子;Wx—顆粒物中元素x的濃度;Wn—顆粒中被選定的標(biāo)記元素n的濃度;Cx—背景中元素x的濃度;Cn—背景中被選定的標(biāo)記元素n的濃度。國(guó)際上一般選取地殼元素Al、Fe或Si作為標(biāo)記元素,以元素地殼豐度或在土壤中的濃度作為背景值。本研究選取Al作為標(biāo)記元素,以元素地殼豐度作為背景值。1.5數(shù)據(jù)分析方法數(shù)據(jù)經(jīng)Excel2003軟件錄入,檢錯(cuò),用SPSS13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)及富集因子分析方法分析PM2.5和PM10某些金屬組分在沙塵天氣發(fā)生時(shí)的變化情況,并結(jié)合時(shí)間趨勢(shì)圖直觀反映PM2.5和PM10及其某些金屬組分在研究期間的變化情況。1.6資料的填補(bǔ)、修正現(xiàn)場(chǎng)采樣人員均具有一定的環(huán)境流行病學(xué)知識(shí),并且接受了嚴(yán)格的專業(yè)培訓(xùn)。每日都有專業(yè)人員對(duì)當(dāng)天的資料進(jìn)行檢查,對(duì)其中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)救。對(duì)于無(wú)法填補(bǔ)、修正的項(xiàng)目予以剔除作為不合格的資料。采樣前對(duì)儀器進(jìn)行檢查以及校正,并有專人負(fù)責(zé)記錄每日儀器的運(yùn)作情況。2結(jié)果2.1質(zhì)量濃度比較阿拉善盟發(fā)生沙塵天氣的具體日期為4月26、29日,5月1、2、6、19、20、21、26、28、29、31日,6月2、5、9、11日,北京發(fā)生沙塵天氣的具體日期為5月20、26、28日。由封三圖1可以看出,在沙塵天氣發(fā)生時(shí)PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度有不同程度的增加,且PM2.5和PM10的變化趨勢(shì)基本相似。在非沙塵天氣PM2.5和PM10質(zhì)量濃度也有變化,但幅度較小。表1可見,在沙塵天氣發(fā)生時(shí)PM2.5和PM10的濃度有不同程度的增加,北京PM10質(zhì)量濃度增加171.1%,北京PM2.5質(zhì)量濃度增加17.2%,阿拉善盟PM10質(zhì)量濃度增加166.7%,阿拉善盟PM2.5質(zhì)量濃度增加105.4%。北京和阿拉善盟PM2.5和PM10質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,阿拉善盟沙塵天氣PM2.5和PM10質(zhì)量濃度均高于非沙塵天氣(P<0.01);北京沙塵天氣PM10質(zhì)量濃度高于非沙塵天氣(P<0.01),PM2.5未見明顯變化,見表1。2.2北京大氣重金屬污染狀況阿拉善盟大氣PM2.5中元素的檢測(cè)顯示,沙塵天氣發(fā)生時(shí)8種元素的質(zhì)量濃度升高,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,見表4。與非沙塵天氣比較,沙塵天氣北京大氣PM10中Cd質(zhì)量濃度升高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);其他7種元素質(zhì)量濃度升高,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,見表5。北京大氣PM2.5中Pb、As、Cd、K、Na元素質(zhì)量濃度在沙塵天氣降低,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;PM2.5中Cr、Ca、Mg元素質(zhì)量濃度在沙塵天氣升高,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,見表6。2.2.3污染元素的擴(kuò)散為了解沙塵天氣顆粒物中各元素富集因子的變化情況,本研究對(duì)阿拉善盟顆粒物中元素濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,見表8。阿拉善盟的研究結(jié)果顯示(表3和表8),隨著沙塵天氣的發(fā)生,PM10的質(zhì)量濃度明顯增加,地殼中含量豐富的元素K、Ca、Na、Mg在PM10中的富集程度明顯增高;而PM2.5質(zhì)量濃度的增加程度低于PM10,可能使PM2.5中K、Ca、Na、Mg的富集程度無(wú)明顯變化。污染元素Pb、As在PM10和PM2.5中的富集因子,均為非沙塵天氣高于沙塵天氣,顯示Pb和As的主要來(lái)源不是沙塵,而可能是人為污染源。阿拉善盟區(qū)域內(nèi)有大片的沙漠分布,并且阿拉善盟沙塵暴主要來(lái)源地為沙漠,并不是重金屬元素富集的地區(qū)。因此沙塵暴天氣時(shí),主要的污染物來(lái)源于重金屬含量較少的沙漠,又由于沙塵暴天氣時(shí)較大的風(fēng)速有利于Pb、As、Cr的擴(kuò)散,從而使其富集因子降低。3討論研究期間北京和阿拉善盟兩個(gè)采樣點(diǎn)PM10和PM2.5質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)相似,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),沙塵天氣發(fā)生時(shí)阿拉善盟PM10和PM2.5的質(zhì)量濃度以及北京PM10的質(zhì)量濃度均高于非沙塵天氣(P<0.05),而北京PM2.5的質(zhì)量濃度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。北京市的一項(xiàng)研究顯示,PM10和PM2.5質(zhì)量濃度的變化幅度較大,變化趨勢(shì)具有相似性。本研究結(jié)果顯示,兩采樣點(diǎn)大氣PM10的質(zhì)量濃度均高于PM2.5,尤其在沙塵天氣發(fā)生當(dāng)天PM10的變化幅度明顯高于PM2.5,提示沙塵天氣對(duì)粒徑較大顆粒物的影響大。劉咸德等的研究中同樣也顯示,沙塵暴天氣時(shí),粗顆粒物(PM2.5-10)的平均質(zhì)量濃度均高于細(xì)顆粒物(PM2.5)的平均質(zhì)量濃度。常量元素K、Ca、Na、Mg在地殼中含量豐富,隨著沙塵天氣的發(fā)生,極易在大顆粒物中聚集。本研究發(fā)現(xiàn),阿拉善盟沙塵天氣發(fā)生時(shí)大氣PM10中常量元素的濃度有明顯的峰值,其質(zhì)量濃度值遠(yuǎn)高于非沙塵天氣(P<0.05),污染元素Pb、As、Cr、Cd的濃度在沙塵天氣較非沙塵天氣高(P<0.05)。并且,各元素的濃度變化趨勢(shì)大體一致。污染元素Pb、As、Cr在北京和阿拉善盟兩個(gè)采樣點(diǎn)的富集因子均為PM2.5大于PM10,說(shuō)明這些污染元素容易在細(xì)顆粒物中聚集。騰恩江等在對(duì)重慶、武漢、蘭州、廣州空氣顆粒物元素組成特征進(jìn)行分析時(shí),發(fā)現(xiàn)一些污染元素,如Pb、As等在細(xì)粒子中的富集因子遠(yuǎn)大于粗粒子中的富集因子,也說(shuō)明了這些污染元素更容易聚積在細(xì)顆粒中。阿拉善盟的研究結(jié)果顯示,隨著沙塵天氣的發(fā)生,地殼中含量豐富的元素K、Ca、Na、Mg在PM10中的富集程度明顯增高,而在PM2.5中的富集程度無(wú)明顯變化;阿拉善盟污染元素Pb、As、Cr在PM10和PM2.5中的富集因子均為非沙塵天大于沙塵天。由于北京在研究期間只發(fā)生了幾次浮沉天氣,故未作沙塵天和非沙塵天富集因子的比較。通過比較可知,Pb、As、Cr在PM10和PM2.5中的富集因子,北京市均大于阿拉善盟。這可能是由于北京及阿拉善盟的污染存在較明顯的差別所致。與阿拉善盟相比,北京人口眾多,經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá),交通及工業(yè)污染嚴(yán)重。并且,相關(guān)研究提示,Pb主要來(lái)源于汽車尾氣、水泥工業(yè)、礦物燃燒、冶金工業(yè)等污染,而As主要來(lái)源于煤的燃燒,并且在夏季煤的燃燒主要來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)和餐飲業(yè),Cr的主要污染來(lái)源除了交通污染之外,還有生活污染源和建筑物材料腐蝕。本研究也提示這些污染元素受汽車尾氣、燃煤燃燒等人為活動(dòng)的影響較大。2.2.1在研究期間，pmp和pm0中的元素分布特征被描述為由表2可見,北京和阿拉善盟大氣PM2.5和PM10中元素的質(zhì)量濃度在整個(gè)研究期間的變異程度比較大,可能與沙塵天氣的發(fā)生有關(guān)。2.2.2阿拉善盟大氣養(yǎng)分分布封三圖2~5為研究期間顆粒物中部分元素質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)圖。各元素質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)大體一致。常量元素在沙塵天氣發(fā)生時(shí)有相應(yīng)的峰值,污染元素在沙塵天氣發(fā)生時(shí)其平均質(zhì)量濃度較非沙塵天氣有所提高,但其峰值不明顯。表3可見,阿拉善盟大氣PM10中元素的檢測(cè)顯示,沙塵天氣發(fā)生時(shí)8種元素質(zhì)量濃度高于非沙塵天氣(P<0.05)。一般認(rèn)為當(dāng)某一元素的EF值顯著大于1(一般認(rèn)為大于10)時(shí)該元素在