俞梁敏，姜達(dá)勝，陳誠(chéng)，孫欣陽(yáng)，顧海東

(1.昆山市環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 江蘇 昆山　215316； 2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 南京　210036；

3.蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站， 江蘇 蘇州　215000； 4.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 南京　210095)

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昆山市大氣PM2.5中PAHs污染特征研究

俞梁敏1,4，姜達(dá)勝1，陳誠(chéng)2,4，孫欣陽(yáng)3，顧海東3

(1.昆山市環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 江蘇 昆山215316； 2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 南京210036；

3.蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站， 江蘇 蘇州215000； 4.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 南京210095)

摘要：使用GC-MS法測(cè)定了2013年昆山市不同地區(qū)大氣PM2.5中PAHs的污染水平，并用比值法進(jìn)行了來(lái)源簡(jiǎn)析。研究發(fā)現(xiàn)2013年昆山地區(qū)一共可檢出13種PAHs，年平均濃度范圍在0.12~4.59ng/m3之間，濃度最高的為BghiP。從季節(jié)變化看，PAHs季節(jié)變化明顯，大部分PAHs和∑PAHs濃度值大小為春季>冬季>夏季>秋季。從空間分布來(lái)說(shuō)，城郊的∑PAHs最低，年均值為16.05 ng/m3，其余地區(qū)數(shù)值較為接近。從PAHs環(huán)數(shù)分布情況看，從高到低依次為4環(huán)>5環(huán)>6環(huán)>2環(huán)>3環(huán)。通過(guò)比值法發(fā)現(xiàn)，機(jī)動(dòng)車尾氣的排放是昆山市PAHs的主要來(lái)源。

關(guān)鍵詞：PM2.5；PAHs；污染源

城市化和工業(yè)化的發(fā)展使大氣環(huán)境污染成為近年公眾關(guān)注的熱點(diǎn)，特別是危害嚴(yán)重的細(xì)顆粒物PM2.5，成為研究工作的重點(diǎn)。PM2.5是由自然污染源和人類活動(dòng)排放的污染物質(zhì)所組成的一種復(fù)雜的大氣污染物，成分和來(lái)源復(fù)雜。通常認(rèn)為其主要由燃料燃燒等一次污染以及氣態(tài)污染物在環(huán)境中經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理、化學(xué)變化而生成的新的污染物的二次污染造成。對(duì)于PM2.5中水溶性物質(zhì)研究是大氣科學(xué)的前沿課題之一[1]。近年來(lái)有機(jī)物的研究開始居多，如余學(xué)春等研究了北京地區(qū)PM2.5中水溶性有機(jī)物的污染特征[2]，董雪玲等研究了北京市大氣PM10和PM2.5中有機(jī)物的時(shí)空變化[3]。PAHs(多環(huán)芳烴)是指具有兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)的一類有機(jī)化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余種化合物，大部分具有致癌性。近年的研究顯示，PAHs是大氣PM2.5的重要化學(xué)成分[4]，目前這些研究基本都針對(duì)大型城市，而對(duì)于一些產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)不同的地區(qū)研究很少，如外向型經(jīng)濟(jì)地區(qū)，其產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)均和其他地區(qū)有著很大的不同，這些對(duì)于大氣氣溶膠中有機(jī)物的產(chǎn)生有著重要的影響。本研究以典型外向型經(jīng)濟(jì)城市昆山市為對(duì)象，研究其不同區(qū)域不同季節(jié)大氣PM2.5中PAHs的成分和濃度，為大氣污染防治提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1　樣品采集

在昆山全市區(qū)域布設(shè)4個(gè)點(diǎn)位，分別在居住區(qū)、中心區(qū)、城郊區(qū)和鎮(zhèn)區(qū)。每個(gè)點(diǎn)連續(xù)采樣7日，每日采樣24 h，使用中流量(100 L/min)采樣器(青島中特1108型大氣采樣儀)進(jìn)行采樣，濾膜采用瑞典Munketll全石英濾膜(MK360，Ф90 mm)，采樣前在馬弗爐400 ℃加熱4 h，采樣前濾膜平展，采樣前后均使用鋁箔包好，采樣后在4 ℃環(huán)境冷藏。采樣前后分別在溫度為20 ℃和濕度為50%的恒溫恒濕箱(精宏HWS-080型)中平衡24 h后用天平(梅特勒托勒多ME240型)進(jìn)行稱量。2013年四個(gè)季度各采樣1次，共獲有效樣品112個(gè)。

1.2　樣品處理與分析

2結(jié)果分析

2.1　PAHs檢出情況

2.2　PAHs污染特征

各測(cè)點(diǎn)PAHs監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖1~圖4，季節(jié)變化見圖5。

圖1　春季各測(cè)點(diǎn)PAHs濃度Fig.1　Concentration of PAHs in the spring

圖2　夏季各測(cè)點(diǎn)PAHs濃度Fig.2　Concentration of PAHs in the summer

圖3　秋季各測(cè)點(diǎn)PAHs濃度Fig.3　Concentration of PAHs in the fall

圖4　冬季各測(cè)點(diǎn)PAHs濃度Fig.4　Concentration of PAHs in the winter

圖5　各區(qū)域PAHs平均濃度季度變化Fig.5　Seasonal variation of PAHs in different areas

不同環(huán)數(shù)PAHs在不同區(qū)域的分布情況見圖6。

圖6　不同區(qū)域大氣PAHs年均值環(huán)數(shù)分布Fig.6　The ratio of different rings PAHs in dufferent areas

多環(huán)芳烴總濃度(∑PAHs)見圖7。

圖7　各區(qū)域∑PAHs濃度季節(jié)變化Fig.7　Seasonal variation of ∑PAHs in different areas

檢出的13種PAHs濃度范圍在ND~63.7 ng/m3之間，濃度最高的物質(zhì)是Na，出現(xiàn)在居住區(qū)， 其濃度遠(yuǎn)超平均值，懷疑采樣時(shí)測(cè)點(diǎn)附近出現(xiàn)了局部污染。各類PAHs的年平均濃度范圍在0.12~4.59 ng/m3之間，從高到低排列依次為BghiP>Na>BbF>InP>Flu>BaP>BkF>Pyr>Ph>BaA>Chr>An>DbA。從單類物質(zhì)分布規(guī)律看，PAHs變化呈較為明顯的季節(jié)性特征，大部分物質(zhì)春季>冬季>夏季>秋季。地區(qū)分布特征并不明顯，不同物質(zhì)在不同區(qū)域分布不盡相同。從∑PAHs看，季節(jié)變化顯著，春季∑PAHs最高，各區(qū)域平均值為56.69 ng/m3，其次是冬季和夏季，分別是34.81 ng/m3和16.42 ng/m3，秋季只有1.94 ng/m3，∑PAHs春季/秋季的比值達(dá)到了29.22。夏秋季PAHs的濃度較低這個(gè)結(jié)論與其他地區(qū)的研究類似，根據(jù)祁士華等研究[4]，南方城市夏秋季高溫、強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射都能促進(jìn)PAHs的分解，加上這兩個(gè)季節(jié)南方多風(fēng)和多雨，均使得∑PAHs要遠(yuǎn)低于春季和冬季。從∑PAHs區(qū)域分布來(lái)說(shuō)，居住區(qū)∑PAHs最高，年均值為34.58 ng/m3，其次是中心區(qū)和鎮(zhèn)區(qū)，分別為29.82 ng/m3和29.42 ng/m3，城郊區(qū)最低為16.05 ng/m3。除城郊區(qū)外，其余地區(qū)數(shù)值比較接近，主要是因?yàn)檫@三個(gè)區(qū)域周邊人員和機(jī)動(dòng)車密集，人類活動(dòng)加上機(jī)動(dòng)車尾氣的大量排放使PAHs處于較高濃度水平。而城郊區(qū)相對(duì)比較空曠，車流量和人口密度較小，因此PAHs濃度較低。

從環(huán)數(shù)分布情況看，年均值從高到低依次為4環(huán)(8.99 ng/m3)>5環(huán)(5.97 ng/m3)>6環(huán)(4.60 ng/m3)>2環(huán)(4.30 ng/m3)>3環(huán)(3.66 ng/m3)。就季節(jié)性變化情況，4環(huán)、5環(huán)和6環(huán)均是春季最高，冬季次之。2環(huán)和3環(huán)分別在冬季和夏季最高。不同季節(jié)的差異比較明顯，春季以4環(huán)、5環(huán)和6環(huán)為主，夏季3環(huán)和4環(huán)占比非常大(合計(jì)占比達(dá)到了92%)，秋季每個(gè)環(huán)數(shù)的PAHs濃度都比較低，冬季則因?yàn)镹a的影響，2環(huán)比重最高。從區(qū)域分別看，居住區(qū)2環(huán)最高，中心區(qū)和城郊區(qū)4環(huán)最高，鎮(zhèn)區(qū)是5環(huán)最高。4環(huán)和5環(huán)是除居住區(qū)外其他區(qū)PAHs含量最高的，在其他三個(gè)區(qū)的比值都超過(guò)了60%。

2.3　PAHs來(lái)源分析

PAHs的來(lái)源比較復(fù)雜，主要源于化石能源的燃燒、機(jī)動(dòng)車等流動(dòng)源的燃油排放以及有機(jī)質(zhì)的熱降解，主要以氣、固兩種形態(tài)存在[7-8]。在我國(guó)，除了家庭燃煤外，烹飪方式多使用炒和炸，因此烹飪塵也成為PAHs的重要來(lái)源之一。目前，大氣中PAHs的源解析已有較多研究，主要有比值法、化學(xué)質(zhì)量平衡法和多元統(tǒng)計(jì)法等，本研究采用Khalili N R等人總結(jié)的比值數(shù)據(jù)[9]，使用比值法對(duì)昆山市各區(qū)域PAHs的來(lái)源作簡(jiǎn)單定性分析，具體見表1。

由于其他季節(jié)檢出PAHs較少，本研究以春季數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)地區(qū)進(jìn)行定性來(lái)源分析，具體指標(biāo)見表2。

結(jié)果顯示，4個(gè)地區(qū)Ph /(Ph+An)的值均在0.50左右，與特征比值表中機(jī)動(dòng)車數(shù)據(jù)相符，而各項(xiàng)比值均不在燃煤的各項(xiàng)特征比值范圍，說(shuō)明昆山市PAHs主要來(lái)源為機(jī)動(dòng)車尾氣排放，與北京等地區(qū)有較大的差異。作為外向型經(jīng)濟(jì)地區(qū)，昆山市在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整的效果明顯，隨著燃煤量的控制，燃煤帶來(lái)的PAHs影響很小。但是經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使全市機(jī)動(dòng)車保有量激增，BaP/BghiP、BaA/Chr、InP/(BghiP+InP)以及BaP/(BaP+Chr)等比值顯示了機(jī)動(dòng)車尾氣中兼有汽油車和柴油車的貢獻(xiàn)，機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染已經(jīng)成為昆山市最主要的大氣污染來(lái)源。

表1　PAHs特征比值表

表2　春季各測(cè)點(diǎn)PAHs比值表

3結(jié)論

(1)昆山地區(qū)共檢出13種PAHs，其中春季最多為13種，秋季最少為7種，其中Flu在每個(gè)季度的每個(gè)地區(qū)均有檢出。各個(gè)地區(qū)中檢出種類最多的是鎮(zhèn)區(qū)。

(2)檢出的PAHs濃度范圍在ND~63.7ng/m3之間，濃度最高的物質(zhì)是Na，出現(xiàn)在居住區(qū)。各類PAHs的年平均濃度范圍在0.12~4.59ng/m3之間，最高的BghiP。PAHs季節(jié)變化明顯，大部分PAHs和∑PAHs濃度分布為春季>冬季>夏季>秋季，從區(qū)域分布來(lái)說(shuō)，居住區(qū)∑PAHs最高，年均值為34.58 ng/m3。除城郊區(qū)外，其余地區(qū)數(shù)值比較接近，因?yàn)槌墙紖^(qū)相對(duì)比較空曠，車流量和人口密度較小，因此PAHs濃度較低。

(3)從環(huán)數(shù)分布情況看，年均值從高到低依次為4環(huán)(8.99 ng/m3)>5環(huán)(5.97 ng/m3)>6環(huán)(4.60 ng/m3)>2環(huán)(4.30 ng/m3)>3環(huán)(3.66 ng/m3)。不同季節(jié)的環(huán)數(shù)變化差異比較明顯，春季以4環(huán)、5環(huán)和6環(huán)為主，夏季3環(huán)和4環(huán)占比非常大，秋季每個(gè)環(huán)數(shù)的PAHs濃度都比較低，冬季2環(huán)比重最高。從區(qū)域分別看，居住區(qū)2環(huán)最高，中心區(qū)和城郊區(qū)4環(huán)最高，鎮(zhèn)區(qū)是5環(huán)最高。4環(huán)和5環(huán)是除居住區(qū)外其他區(qū)PAHs含量最高的，在其他三個(gè)區(qū)的比值都超過(guò)了60%。

(4)根據(jù)比值法進(jìn)行分析，昆山市春季PAHs主要來(lái)源為機(jī)動(dòng)車尾氣的排放，燃煤帶來(lái)的影響很小。機(jī)動(dòng)車尾氣污染治理應(yīng)成為今后的重點(diǎn)工作。

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Pollution Characteristics Study of Atmospheric Polycyclic Aromatic

Hydrocarbons (PAHs) in PM2.5in Kunshan

YU Liang-min1,4, Jiang Da-sheng1, Chen Cheng2,4, Sun Xin-yang3, Gu Hai-dong3

(1.Kunshan Environment Monitoring Station, Kunshan 215316, China; 2.Jiangsu Environment Monitoring Station, Nanjing 210036, China;

3.Suzhou Environment Monitoring Station, Kunshan 215000, China; 4.Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

Abstract:Pollution level and source of PAHs in PM2.5in Kunshan were studied by GC /MS in 2013. It was that 13 kinds of PAHs could be found in Kunshan ranging from 0.12 to 4.59 ng/m3,and the highest concentration of PAHs was BghiP .The order of most of PAHs and ∑PAHs were spring > winter > autumn > summer. The lowest concentration area of ∑PAHs was suburban valued 16.05 ng/m3,the values were closed to the rest area .The average amounts of the different ring PAHs appeared in the following order: 4-ring > 5-ring > 6-ring > 2-ring >3-ring.Through ratio method, found that motor vehicle exhaust emission was the main source of PAHs in Kunshan.

Key words:PM2.5; PAHs; pollution source

中圖分類號(hào)：X831

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6444(2015)01-0078-04

DOI:10.14068/j.ceia.2015.01.020