王海波,王小蓉, 楊　震, 吳平霄

(1 廣東中聯(lián)興環(huán)保科技有限公司,廣東　廣州　510335；2 華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院，廣東　廣州　510006)

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甘河工業(yè)園區(qū)環(huán)境空氣重金屬分布特征研究

王海波1,王小蓉1, 楊震1, 吳平霄2

(1 廣東中聯(lián)興環(huán)?？萍加邢薰?廣東廣州510335；2 華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院，廣東廣州510006)

以西寧市甘河工業(yè)園區(qū)管委會設(shè)置監(jiān)測點，以監(jiān)測點所采集大氣顆粒物為樣本，以大氣可吸入顆粒物(PM2.5)為主要研究對象，系統(tǒng)地研究了該區(qū)域大氣顆粒物的時間分布污染特征和重金屬的相關(guān)性。通過運用數(shù)據(jù)庫、EXCEL、SPSS等軟件并通過對比《國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)和加拿大相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)表明砷和鉛可能存在污染情況，進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明砷、鉛和鋅存在較高相關(guān)性。

大氣污染；重金屬；可吸入顆粒物

根據(jù)國內(nèi)外主要的大氣顆粒物排放源分類[1-2]，將城市大氣顆粒物排放源分為四類：道路交通源、煤煙源、土壤源和建筑源：(l)交通塵源類：汽油和柴油車排放的尾氣中含有的油煙飛灰，車輛對道路碾壓而揚起擴散到空氣中的塵；(2)煤煙塵源類：區(qū)域內(nèi)主要的工業(yè)鍋爐、電廠鍋爐及其他燃煤鍋爐從煙囪排放的飛灰；(3)土壤塵源類：由于自然力的作用把地面、干枯的河道等擴散到空氣中的塵稱為土壤風(fēng)沙塵；(4)建筑塵源類：建筑工地施工排放的以水泥灰為主的建筑施工材料飛灰，建筑材料堆放場的揚塵等。

大氣中重金屬元素有自然來源和人為來源。自然來源包括風(fēng)塵顆粒、火山灰顆粒、森林大火、海水鹽粒以及生物來源。人為來源一般包括人類通過各種途徑向大氣中所排放的氣體污染物，如：化石燃料燃燒(V、Ni、Hg、Se、Sn)、汽車尾氣(Pb)、殺蟲劑(As)、鋼鐵廠廢氣(Mn、Cr)、冶煉廠廢氣(As、Cu、Zn)等，而Pb是大氣中主要的重金屬污染物[3]。采礦、燃煤、工業(yè)廢水和固體廢棄物等是重金屬的重要來源。煤燃燒可能導(dǎo)致Cd、Hg、Mn、Ni、Al、Fe和Ti釋放到土壤環(huán)境中[4]，通過研究區(qū)域污染源的調(diào)查，將所研究的重金屬元素確定為：Pb、Zn、As。

1　研究區(qū)域環(huán)境背景調(diào)查及樣品采集

甘河工業(yè)園于2002年7月由青海省政府批準(zhǔn)設(shè)立。規(guī)劃面積10平方公里。2006年，為了理順西寧地區(qū)工業(yè)園區(qū)管理體制，更好的發(fā)揮西寧經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的優(yōu)勢，省政府從有利于加快西寧地區(qū)工業(yè)園區(qū)建設(shè)發(fā)展出發(fā)，按照一區(qū)多園的方式對現(xiàn)有西寧地區(qū)工業(yè)園區(qū)進(jìn)行整合，調(diào)整成立了新的西寧經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會，負(fù)責(zé)對西寧地區(qū)各工業(yè)園區(qū)進(jìn)行管理。甘河工業(yè)園區(qū)是青海省重點建設(shè)的工業(yè)園區(qū)之一，發(fā)展定位為：依托青海豐富的電力和礦產(chǎn)資源，重點發(fā)展鋁、銅、鉛、鋅、鈉、硅、稀有金屬以及電石、PVC、燒堿、化肥等高載能、多金屬冶煉及其下游產(chǎn)品精深加工產(chǎn)業(yè)，通過幾年的努力，實現(xiàn)工業(yè)與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，力爭把甘河工業(yè)園區(qū)建成為我國重要的有色金屬原料和加工基地。

1.1地理位置、地形地貌及園區(qū)簡介

甘河工業(yè)園區(qū)位于西寧市西南、湟中縣魯沙爾鎮(zhèn)西端，湟水河支流甘河谷內(nèi)，區(qū)域河谷地形呈帶狀，大致南北走向，南高北低勢，甘河由南向北縱貫全境，并與東、西兩山構(gòu)成區(qū)域地形骨架，呈現(xiàn)出典型的河谷地貌。距離西寧市35 km、湟中縣城6 km。

由于甘河工業(yè)園區(qū)處于甘河灘河谷地帶，東西兩側(cè)分布著山，導(dǎo)致地形是影響地面風(fēng)場的重要因素，通過比較湟中縣氣象局的資料和甘河工業(yè)園區(qū)實測的資料比較發(fā)現(xiàn)，園區(qū)的實際情況與縣氣象局測得的數(shù)據(jù)不完全一致。園區(qū)北/中部全年近地層主導(dǎo)風(fēng)向以SES風(fēng)為主，頻率為20.8%；其次為NWN風(fēng)，頻率為10.5%，其余各風(fēng)向均有出現(xiàn)。中/南部因受高差50 m左右的山脈阻擋，北風(fēng)頻率較小，冬季W(wǎng)風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，其次是S風(fēng)和E風(fēng)，夏季以E分為主，其次是W、S、SE風(fēng)，全年內(nèi)以E風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，W風(fēng)為次主導(dǎo)風(fēng)向。在山脈丘陵的屏障作用下，甘河工業(yè)園區(qū)的平均風(fēng)速較小，園區(qū)近地層1.9 m/s 以下風(fēng)速段頻率很高。

青海甘河工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)有西部礦業(yè)有限責(zé)任公司下屬的百河鋁業(yè)公司、青海鋅冶煉分公司、西部化肥有限責(zé)任公司、西部鋅業(yè)公司、西部鋁業(yè)公司、西部鋼廠、湟水水泥和縣屬金塔酒業(yè)等17家具有一定規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)，已初步形成了冶金、化工、建材為支柱的三大工業(yè)體系。目前，園區(qū)內(nèi)已初步形成了以鋁、鉛、鋅等有色金屬冶煉為主體的產(chǎn)業(yè)，建成投產(chǎn)的企業(yè)有西部礦業(yè)11.3萬噸電解鋁、5萬噸電解鉛、8萬噸電解鋅、12萬噸炭素、12萬噸化肥、20萬噸水泥等27家企業(yè)。

1.2樣品采集

(1)采樣時間

采樣的時間一般取決于采集的樣品量最低滿足測量元素的檢出限要求不同的分析方法，元素的檢出限不一樣因此采樣時間應(yīng)該根據(jù)所用的元素分析方法的檢出限和儀器的采樣效率來確定[5]。采樣時間為2016年1月5日-2016年3月5日,采樣期間天氣均為晴天,平均溫度為-4.38 ℃ (-16～-5 ℃),平均風(fēng)力小于三級。

(2)采樣儀器

本次研究結(jié)合試驗設(shè)施條件，參考國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[6]、加拿大相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[7]和相關(guān)金屬的測試標(biāo)準(zhǔn)選擇連續(xù)監(jiān)測法，根據(jù)對研究區(qū)域分析，在甘河管委會建立監(jiān)測子站，監(jiān)測儀器為江蘇天瑞EHM-X200大氣重金屬在線分析儀，主要監(jiān)測元素：鉛、銅、鋅、錳、鉻、砷等三十多種重金屬元素；測量范圍：0～100 μg/m3；采樣流量：0～20 L/min可調(diào)節(jié)；儀器技術(shù)要求和監(jiān)測使用滿足國家標(biāo)準(zhǔn)[8]。并連續(xù)監(jiān)測60天，同時進(jìn)行氣象參數(shù)監(jiān)測。

環(huán)境空氣采樣點的選擇除了依據(jù)主導(dǎo)風(fēng)向外，更多考慮了本研究點的特殊性，選擇了位于甘河工業(yè)園東區(qū)甘河管委會里進(jìn)行采樣，設(shè)備為天瑞EHM-X200大氣重金屬在線分析儀。

圖1　采樣布點

2　分析結(jié)果

分析數(shù)據(jù)的平均值采用數(shù)學(xué)平均值表示，統(tǒng)計分析采用Excel和Spss軟件完成。在粒徑上，很多研究均認(rèn)為較小顆粒物中含有更高含量的重金屬，重金屬在PM2.5中含量要比在PM10中的含量要高，而在PM2.5中，這些重金屬元素的富集系數(shù)甚至達(dá)到百倍至數(shù)千倍[9]。各種工業(yè)活動所釋放重金屬見表1[10]。

表1　各種工業(yè)活動所釋放重金屬

注：√ 表示該工業(yè)活動會釋放此種重金屬元素。

大氣顆粒物質(zhì)量濃度采用β射線法測定，其中在2016年1月5日-3月5日在管委會監(jiān)測點采集所采大氣顆粒物濃度數(shù)據(jù)見圖2。

圖2　大氣顆粒物濃度

PM2.5在1月15日和1月26日有明顯峰值，濃度分別為277.5 μg/m3和178.6 μg/m3，從2月6日之后日均值出現(xiàn)明顯回落。若參考GB3095-2012濃度限值二級標(biāo)準(zhǔn)日均值75 μg/m3，則所測期間超標(biāo)率為50%，最大超標(biāo)倍數(shù)為3.7。

PM2.5在1月15日和1月26日有明顯峰值，白天濃度明顯高于夜間濃度，在不考慮其它影響因素的條件下，污染源強是導(dǎo)致大氣顆粒物濃度增大的原因，符合園區(qū)工廠活動規(guī)律。從2月6日之后日均值出現(xiàn)明顯回落，且晝夜均值基本相同，可能為春節(jié)假期導(dǎo)致工廠未完全開工所致。則所測期間白天超標(biāo)率為47.5%，最大超標(biāo)倍數(shù)為5.95。夜間超標(biāo)率為33.9%，最大超標(biāo)倍數(shù)為2.33。

2.1大氣顆粒物中三種重金屬質(zhì)量濃度的晝夜分布

各采樣點元素鉛(Pb)、砷(As)和鋅(Zn)的晝夜?jié)舛确治鋈鐖D3所示，三種元素均為白天濃度明顯高于夜間濃度，2月20日均有明顯峰值，鋅(Zn)濃度值數(shù)量級明顯高于其他兩種元素，結(jié)合當(dāng)?shù)貓@區(qū)生產(chǎn)狀況，可能為某些鋅礦企業(yè)生產(chǎn)所致。由于國家對氣體重金屬日均值、時均值標(biāo)準(zhǔn)缺失，只能暫時選用中國(TJ36-79)居住區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最高允許濃度0.7 μg/m3(日均值)，2月21日發(fā)生超標(biāo)情況。以加拿大AAQC 0.5 μg/m3(日均值)為標(biāo)準(zhǔn)時，則有三天超標(biāo)。砷(As)以加拿大AAQC 0.3 μg/m3(日均值)為標(biāo)準(zhǔn)時，則有三天超標(biāo)。鋅(Zn)以加拿大AAQC 120 μg/m3(日均值)為標(biāo)準(zhǔn)時，無超標(biāo)情況。

圖3　大氣顆粒物重金屬濃度

2.2大氣顆粒物中三種重金屬質(zhì)量濃度相關(guān)分析

由于本研究區(qū)域內(nèi)工業(yè)區(qū)特殊工藝等可能對周邊環(huán)境空氣中監(jiān)測因子含量有一定影響,因此將空氣中監(jiān)測因子數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示，可以發(fā)現(xiàn)三種元素具有顯著相關(guān)性，因此可以在一定程度上說明可能為某種企業(yè)特殊工藝導(dǎo)致，同時發(fā)現(xiàn)白天三種元素相關(guān)性好于夜間，白天鋅和砷的相關(guān)性最好，夜晚則是鉛和砷的相關(guān)性最好。

表2　三種元素相關(guān)性分析

3　結(jié)　論

(1)在對甘河工業(yè)園區(qū)區(qū)域環(huán)境背景調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗條件，通過布點、采樣、監(jiān)測試驗和統(tǒng)計分析，確定了甘河工業(yè)園區(qū)大氣顆粒物的質(zhì)量濃度時間分布特征。指出PM2.5大氣顆粒物污染白天比夜晚高。

(2)大氣顆粒物三種元素質(zhì)量濃度的晝夜分布均為白天比夜晚高，其中鉛和砷可能在當(dāng)?shù)赜形廴厩闆r。

(3)大氣顆粒物質(zhì)量濃度相關(guān)分析三種元素均互有正向高相關(guān)，白天三種元素相關(guān)性優(yōu)于夜間，白天鋅和砷的相關(guān)性最好，夜晚則是鉛和砷的相關(guān)性最好。

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Environmental Air Distribution Characteristics of Heavy Metals in Gan River Industrial Park

WANGHai-bo1,WANGXiao-rong1,YANGZhen1,WUPing-xiao2

(1 Guangdong Sino-co-flourish Environmental Protection Technology Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510335;2 College of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangdong Guangzhou 510006, China)

Xining City, Gan River Industrial Park Administrative Committee set up monitoring stations to monitor atmospheric particulate matter collected points for the samples to inhalable particulate matter (PM2.5), taking this as the main object of study, time in the region of atmospheric particulate matter distribution, characteristics and correlation of heavy metal pollution was systematic studied. Through the use of databases, EXCEL, SPSS software and by comparing the National Air Quality Standards (GB3095-2012) and Canadian standards may indicate the presence of arsenic and lead pollution, correlation analysis, the results showed that arsenic, lead and zinc, there was a higher correlation.

atmospheric; pollution; heavy metals; particulate matter

王海波(1972-)，男，工程師，碩士，主要從事環(huán)境應(yīng)急領(lǐng)域研究。

X507

B

1001-9677(2016)012-0143-03