薛建峰神華黃驊港務有限責任公司，河北滄州 061113

北方港口煤堆場揚塵PM2.5化學組分特征分析

薛建峰
神華黃驊港務有限責任公司，河北滄州 061113

目前針對港口煤堆場環(huán)境中PM2.5化學組分的研究比較少，因此對北方典型港口煤堆場不同位置7個采樣點分別取樣，經(jīng)篩選后進行化學組分分析，初步分析了港口煤堆場不同位置PM2.5的化學組分特征，各采樣點元素組分以地殼組分為主，離子組分中普遍Ca+含量最高，OC/EC比值除碼頭辦公樓頂外均小于2，碳組分相對比較穩(wěn)定；各采樣點中港口煤碼頭雨污水處理沉淀池積煤泥中化學組分普遍高于其他采樣點，可能是因為沉淀池中常年積累所致，Cl-含量明顯高于其他采樣點可能是跟雨污水處理加氯消毒有關(guān)。

煤炭港口；PM2.5；化學組分

港口煤炭在堆存、裝卸、運輸過程中排放的PM2.5是所在地大氣細顆粒物污染的主要來源之一［1］，隨著近年來煤炭等易起塵貨種吞吐量的快速增長，港口散貨作業(yè)排放細顆粒物污染控制的難度和壓力進一步加大，顆粒物已成為我國城市大氣的首要污染物［2-3］。PM2.5是由有機碳（OC）、元素碳（EC）、銨鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、礦物塵、海鹽和痕量重金屬元素等成分組成的復雜混合體。PM2.5組分中的OC和EC分別通過光散射和光吸收對消光系數(shù)產(chǎn)生影響，共同作用甚至可以達到總消光的30％～40％；EC的強吸光能力會對氣溶膠的輻射強迫產(chǎn)生重要影響，甚至引起地氣系統(tǒng)增溫；OC可以通過大氣化學反應生成二次有機碳SOC，并對人體健康造成危害。SO42-、NO3-和NH4+等水溶性離子具有較強的親水性，能促進云凝結(jié)核的形成，從而對氣候、能見度等產(chǎn)生重要的影響［4］。

目前針對PM2.5的研究很多，但是對港口煤堆場揚塵產(chǎn)生的PM2.5研究比較少，筆者在2014年9月24日至10月13日期間對北方某典型港口煤堆場遠近不同位置分別取樣，經(jīng)篩選后進行化學組分分析，初步分析了港口煤堆場不同位置PM2.5的化學組分特征，為以后的源解析研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1樣品采集

堆場揚塵采集參照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/ T 166—2004）或《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 20—1998）；積塵采集使用毛刷將窗臺、臺架等處長期積累的塵刷入袋內(nèi)，或在窗臺和樓頂上鋪置收集降塵的容器如紙盒、紙板之類。

根據(jù)煤堆場分布，在堆場內(nèi)和轉(zhuǎn)接塔以及外緣辦公樓頂分別取樣，4個采樣點分別為：某港口煤堆場碼頭辦公樓頂、港口煤碼頭轉(zhuǎn)接塔除塵器、港口煤碼頭堆場、港口煤碼頭雨污水處理沉淀池積煤泥。

收集的樣品過150目標準篩以獲取粒徑＜100μm的組分，過篩后的樣品置于恒溫恒濕箱（20℃，濕度20％）中干燥24h以上以去除其中的水分，避免高溫烘烤以盡量減少硝酸鹽和有機碳等揮發(fā)性組分的流失，待再懸浮重采樣。再懸浮是將將樣品經(jīng)過載氣吹入混合箱中，使顆粒物再懸?。ň唧w參數(shù)視不同再懸浮儀器設(shè)置而定），由特氟龍濾膜和石英濾膜平行采集分級收集PM2.5樣品。

1.2分析方法

1.2.1元素分析方法

采集PM2.5中鉛等元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法，測定了鋁（Al），鎂（Mg），硅（Si），鐵（Fe），鈣（Ca），鉻（Cr），錳（Mn），鍶（Sr）等元素。

測定按照《空氣和廢氣 顆粒物中鉛等金屬元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》（HJ 657—2013）方法執(zhí)行。

1.2.2離子分析方法

離子分析采用離子色譜法測定，通過加入一定量的二次去離子超聲萃取，將離子從顆粒物轉(zhuǎn)移至水中，過濾后進入離子色譜儀分析。離子色譜法測定離子是利用離子交換原理進行分離。根據(jù)混合標準溶液中各離子出峰的保留時間以及峰高（或峰面積）可定性和定量樣品中的離子。

1.2.3碳組分分析方法

碳組分采用熱—光透射法進行測定，使用熱光法OC/EC分析儀進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1各采樣點化學組分的含量

經(jīng)過實驗室分析，共獲得了PM2.5中59種化學組分的質(zhì)量百分比，選取其中含量相對較高的33種化學組分（元素組分13種，離子組分10種，碳組分2種）進行分析，4個采樣點的元素組分、離子組分和碳組分分別占的百分比見下圖1～圖5。

由圖1可知，在碼頭辦公樓頂取得的樣品中，元素組分中Al、Si、Fe的含量明顯高于其他元素組分，分別占PM2.5質(zhì)量的3.77％、3.33％、2.98％，其次是Ca、Mg、K含量較高，在0.34％～1.24％之間，其他元素含量較少，主要元素組分還是以地殼組分為主，污染元素含量較少；離子組分中Ca+含量最高，為0.61％，其次為SO42-、NO2-、NO3-、NH4+、Cl-含量比較高，在0.14％～0.26％之間，其他離子含量均在0.10％以下，比較少，由于港口臨海，離子組分可能來自海水飛沫；樣品中OC含量為4.56％，EC含量為2.23％，OC/EC為2.04。

OC/EC比值常被用來識別碳氣溶膠的排放和轉(zhuǎn)化特征以及評價和鑒別顆粒物的二次來源。EC具有良好的穩(wěn)定性，在大氣中不會發(fā)生明顯的化學反應，因此被作為人為一次源排放的示蹤物。而OC既可以來自污染源直接排放的一次有機碳POC，又包含通過光化學反應生成的二次有機碳SOC［5］。Chow［6］等人認為，當OC/ EC＞2時指示大氣中有SOC生成，該比值越大則表示SOC的濃度越高。另外，除了光化學反應之外，生物質(zhì)燃燒會釋放大量的OC，而對EC的影響相對較小，因此也會產(chǎn)生較高的OC/EC比值。本樣品中OC/EC為2.04＞2，表明大氣中有SOC產(chǎn)生，但比較少。

由圖2可知，在港口煤碼頭轉(zhuǎn)接塔除塵器取得的樣品中，元素組分中Al、Si、Fe的含量明顯高于其他元素組分，分別占PM2.5質(zhì)量的6.96％、4.89％、3.49％，其次是Ca、Mg、K含量較高，在0.88％～2.19％之間，其他元素含量較少，主要元素組分還是以地殼組分為主，污染元素含量較少；離子組分中Ca+含量最高，為1.40％，其次為SO42-、NO2-、NO3-、Cl-、NH4+、Na+、K+含量比較高，在0.17％～0.96％之間，Mg2+和F-含量均在0.10％以下，比較少，由于港口臨海，離子組分可能來自海水飛沫；樣品中OC含量為24.87％，EC含量為46.60％，OC/EC為0.53＜2，表明大氣中無SOC產(chǎn)生，碳組分具有良好的穩(wěn)定性。

由圖3可知，在港口煤碼頭堆場取得的樣品中，元素組分中Si、Al的含量明顯高于其他元素組分，分別占PM2.5質(zhì)量的14.84％、13.50％，其次是Fe、Ca、Mg含量較高，在2.16％～6.20％之間，K、Ti、Na、Cr含量分別為0.73％、0.57％、0.42％、0.37％，其他元素含量較少，主要元素組分還是以地殼組分為主，污染元素含量較少；離子組分中Ca+含量最高，為1.48％，其次為NO3-、NO2-、SO42-、Cl-、NH4+、Na+、K+含量比較高，在0.20％～1.14％之間，Mg2+和F-含量均在0.10％以下，比較少，由于港口臨海，離子組分可能來自海水飛沫；樣品中OC含量為25.77％，EC含量為44.09％，OC/EC為0.58＜2，表明大氣中無SOC產(chǎn)生，碳組分具有良好的穩(wěn)定性。

由圖4可知，在港口煤碼頭雨污水處理沉淀池積煤泥取得的樣品中，元素組分中Si、Al、Fe的含量明顯高于其他元素組分，分別占PM2.5質(zhì)量的22.33％、17.40％、15.25％，其次是Ca、Mg、Na、K、Ti含量較高，在1.09％～5.81％之間，其他元素含量較少，主要元素組分還是以地殼組分為主，污染元素Cr含量為0.78％，含量也較少；離子組分中Cl-含量最高，為2.48％，其次為Ca+、Na+、SO42-、NO2-、Mg2+、NO3-、NH4+、K+含量比較高，在0.33％～2.48％之間，F(xiàn)-含量在0.10％以下，比較少，由于港口臨海，離子組分可能來自海水飛沫，Cl-含量最高可能是因為除海水飛沫外，還受雨污水處理過程加氯消毒的影響；樣品中OC含量為56.79％，EC含量為59.54％，OC/EC為0.95＜2，表明大氣中無SOC產(chǎn)生，碳組分具有良好的穩(wěn)定性，但是有機碳污染比其他采樣點要高。

由圖5可以看出，不同采樣點化學組分含量趨勢大體一致，表明各采樣點PM2.5化學組分特征基本相同，差異不明顯。在各化學組分中，均是港口煤碼頭雨污水處理沉淀池積煤泥中含量比較高，可能是由于沉淀池長年累月積累造成，特別是Cl-明顯高于其他采樣點，可能是雨污水處理過程中加氯消毒造成。

3 結(jié)論

1）在各采樣樣品中，元素組分中普遍Si、Al的含量明顯高于其他元素組分，其次是Fe、Ca、Mg、K含量較高，其他元素含量一般較少，主要元素組分還是以地殼組分為主；離子組分中普遍Ca+含量最高，Na+、SO42-、NO2-、NO3-、NH4+含量相對也比較高；各采樣點OC/EC為除碼頭辦公樓頂以為均小于2，表明大氣中無有SOC產(chǎn)生，碳組分具有良好的穩(wěn)定性。

2）不同采樣點化學組分含量趨勢大體一致，表明各采樣點PM2.5化學組分特征基本相同，差異不明顯，這些樣品的化學組分可以用于構(gòu)建煤堆場揚塵源成分譜，用于以后源解析研究。在各化學組分中，均是港口煤碼頭雨污水處理沉淀池積煤泥中含量比較高，特別是Cl-明顯高于其他采樣點，可能是雨污水處理過程中加氯消毒造成。

［1］林春江.《2010中國交通運輸統(tǒng)計年鑒》出版發(fā)行［J］.城市軌道交通研究，2012（3）：23.

［2］劉忠馬，徐義邦，樊孝俊，等.南昌市秋季大氣PM2.5濃度及化學組分特征分析［J］.環(huán)境污染與防治，2015，37 （9）：55-59.

［3］林宇，楊瑩，李美玲，等.港口煤炭作業(yè)細顆粒物（PM2.5）排放特征研究［J］.水道港口，2015，36（6）：578-582.

X5

A

1674-6708（2016）170-0196-03

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金項目，細顆粒物（一次源）排放清單研究（TKS150104）。

薛建峰，助理工程師，神華黃驊港務有限責任公司，主要從事環(huán)境保護管理工作。