长春市城区大气降尘特征及来源研究

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东北师范大学硕士学位论文长春市城区大气降尘特征及来源研究姓名：李应硕申请学位级别：硕士专业：自然地理指导教师：介冬梅20070501 Abstract11leatmosphericdustfallisakindofparticleswhichfallOilthegroundwithitsOWngravitation．ItsdiameterwasmorethanlOgmandlessthan1001am．Itisverybadforsoil，water,vegetationandhumanbeing．Atpresent,alotofsystematicandcomprehensiveresearchaboutlargercitieshavebeendonebyChinesescholars．ButthereWaSrarelydustfaUresearchinChangchuneity．Therewerenotonlystrongtheoreticalsignificancebutalsoprovidethebasicdatafortheenvironmentaldepartment．andifwecananalysisandresearchonspace-timedistribution，characteristicsandsourcesofdustfall．Inthispaper,theChangchuncitywastakenasthestudyarea．nedataabout10yearsOndustfallwerecollected,thechangetendencyofdustfallWaSdisclosed．DustfallsamplesfxomOctober2005toFebruary2006andsamplesofpollutionSOUrCeswerecollectedalso．1ksamplesweremeasuredandanalyzedbyparticlesizeanalyzerandICP-AES．EFandCMBreceptormodelisusedtOmakesourceapportionlmentofthedustfall．nedataofdustfallinrecent10yearsshowedthatthemainlychangetrendofdusffallinChangehunwasfluctuatedlydescend．DustfaUwasmuchintheSecondQuarterandthereWaSthebestaunospherequalityinthe删Quarter．Contentof10elements(As、Ca、Cu、Mg、Zn、Fc、』U、Ti、Mn、Pb)andsamplesofpollutionsourcesweremeasuredbyICP-AES．Combinedwiththeformerlyresearchwecanseethatthereis1ittledifferentindementcompositioninhea缸ngperiodandnon-heatingperiod．nemainelementsofdustfallinChangchtmcityareAI、Fe、Ca．TheresultofParticleAnalysisshowedthatthesizedistributioncul'veofallthesamplelocationsarcsimilarandtherewerethreepeaksorfourpeaks．nleconveymodeofdustfaUissaltation,SOweC．越rlsaythatthedustfallc,amefromsurroundingregion,andwerecausedbywindforceandhumanactivities．EFandCMBreceptormodelWaSusedtomakeSOUrCeapportiontmentofdustfall．111eresultsshowedthatthemainSOUrCesofdustfallinChangchunwaslllatUl-alsource．Coalsmokedustandautomotiveexhaustdustweremainsourcefromhumanbeing．Fromthevariousfunctionalal'ⅨlS,WeCalls∞thattherea舱morepollutionelementsinresidentialareaandindustrialarea．IndeanareathereWaSnotanypollutionelementexceptPb．皿emainsourceofdustfallinheatingperiodwasCoalsmokedustandsoildustwasthemainSourceofnon-heatingperiod．Inconclusion,themainSOIII'CeofdustinChangehuncitywereCoalsmokedustandsoildust．ToeonlrolandhalTleSSthepollutionofdustfallinChangchuncity,weshouldbaseOiltheconstructionoftheecologicalcity,wealsoshouldenforceafforestationconstructionandⅡ waterconstruction,andthenwecouldachievesocial．economicandenvironmentallysustainabledevelopment．ComprehensivetreatmentofurbanEnvironmentmustbaseOntheco删onoftheecologicalcity,Includingthemodificationofindustrialspatialdistribution,improvementofheatingsystemandurbanpublicconstructionofinfrastructure．KeyWords：atmospheIeicdustfaU；charactersofdementcomposition；characte墙ofparticlesize；chemical-mass-balancemethod；enrichmentfactor,Changchuncitym 刨性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：2爱：丕么日期：立丑墨：±!学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：之乏复虫日期：递丕』：i!学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：指导教师签名：堡竺担日期：幽：￡：§2电话：——邮编；—— 第一章引言1．1大气降尘研究概况随着生活水平的不断提高，人们对生存环境的要求也越来越高，但是近年来影响我国许多城市空气质量的主要因素是大气气溶胶浓度的严重超标，这对人类正常的生产和生活造成了严重的威胁。大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系。其直径多在o．001一lOOpm之耕“。按粒径大小可分为：总悬浮颗粒物(TSP)、飘尘、降尘、可吸入粒子(inhalableparticles或IP)12J．地面扬尘、沙尘暴、林火烟灰、花粉与种子、海水溅沫等是大气气溶胶的自然源，人工源主要来自燃料燃烧、农业耕作、工业生产和人类日常生活等[11．降尘作为大气污染物的一种，不仅能引起人们视觉上的厌恶感，其危害也十分明显。1．1．1大气降尘的概念和危害1．1．1．1大气降尘的概念以自身重力作用自然沉降于地面的颗粒物被称为大气降尘，它是广义的大气气溶胶的组成部分【3】。其粒径一般大于lOttm，小于lOOttm，但当有降水出现时，由于冲刷作用，粒径可小于lOoml41．大气降尘是地球表层“地～气”系统物质交换的一种形式，降尘过程有重要的环境指征意义．从空气动力学角度上讲，由于大气降尘极易沉降，扩散能力较弱，因此所造成的污染多为近源污染．有研究表明，由烟道拌出的降尘，从烟囱口至百米内以几倍和几十倍速度递减，很快与背景浓度相近，所以其污染的对象是近距离土壤、水体、动植物以及人体f5l。当然，降尘也有其有价值之处，它是湖泊、森林等生态系统的有机、无机营养成分的重要来源，沉积湖底多年的降尘已成为科学家研究古气候干湿状况的珍贵史料嘲．1．1．1．2大气降尘的危害大气降尘不仅对生态环境产生物理侵害，更严重的是产生化学危害，并可产生二次污染[71，如土壤中的重金属离子被植物吸收，进而被动物或人类食用，会对人体造成很大危害。大气降尘对生态环境的影响及传播模式如图1．1所示．图1．1大气降尘污染及传播模式图(殷汉琴御)1 ①大气降尘对土壤的危害大气降尘对土壤的作用主要表现为降尘中重金属对土壤的污染。绝大多数重金属都是以颗粒物的形式自然沉降于土壤中的，进入到土壤中的重金属会改变土壤自身的物理性质及化学性质。国内外的学者对土壤中的重金属进行了较全面的研究，研究发现，在工业发达国家的工业区，大气降尘对土壤中重金属累积贡献率在外源输入因子中排在首位，这些重金属可以使大量硫酸盐、铜、铅和锌等在土壤中大量富集，使土壤性质发生改变[9-塌。②大气降尘对水体的危害大气降尘对水体的作用也主要表现为重金属元素对水体的危害。大气沉降是开阔水域重金属的主要来源。水体中重金属的多少与季节和水体周围工矿企业污染物多少有关，一般冬春少雨季节降尘量大，重金属富集的较夏秋季节多，水体周围工矿企业多的，水体中重金属富集也相对较多。重金属不仅会改变水体的物理、化学性质，更重要的是会对海洋生物地球化学过程产生重要影响【1}Is】。③大气降尘对植物的危害大气降尘对植物的危害主要表现在两个方面，物理危害和化学危害。呼吸作用和光合作用是植物最重要的生理活动，当降尘落到植物叶片上时，会在叶片表面形成一个覆盖区，不但会夺去植物很多水分，还能阻塞叶片气孔，影响呼吸作用和光合作用。此外蒙上粉尘的叶片会增加其温度，从而妨碍植物体的新陈代谢和水分循环平衡f19-22j。降尘对植物产生的化学危害表现在降尘中的重金属对植物的危害上。重金属元素进入植物体内后，会植物细胞和酶系统造成损坏，进而影响植物的生物学性状、生理功能、产量和品种。当人类食用了受污染的果品或蔬菜后，也会对人体健康产生影响∞伽。④大气降尘对人体的危害大气降尘中一部分可以通过鼻腔直接进入人体，在肺泡内沉积，从而对人体产生危害。此外降尘中的有害物质还可以通过其他途径，如水、土壤和植物等介质进入到人体，对人体造成危害[28-3”。1．1．2大气降尘的研究进展1．L2．1国外研究进展在国外，对降尘的研究一般是围绕尘暴事件进行的，如利用沙尘暴期间的降尘粒子研究海盐对尘粒子大小的影响、远距离传输等。对常规的降尘污染研究较少，但也有人研究了降尘对湖泊、森林生态环境的影响【卅。ZhangDaizhou[3e!于2000年4月8、12、27日的三次尘暴事件期间，在日本西南部的Kumamot收集尘粒子进行分析，研究表明：离开亚洲大陆到达日本西南部的尘粒，由于在海上边界层中和海盐的混合，可使其粒径平均增大0．4--0．8岬左右．同时指出降尘粒子和海盐这种作用机制还不十分清楚，也是将来研究中亟待解决的问题。理解这种作用机制对研究矿物对海洋的输入有十分重要的意义。Lee．H．N．等【33喇用三维化学传输模式，模拟了2000年源于世界主要源区的尘粒的2 全球传输。经该模式计算的全球主要源地影响日本的月总降尘量和当地的观测结果十分吻合．CaoJunji等041通过对香港7个点可吸入悬浮颗粒物(RSP)，总悬浮颗粒物(TSP)的监测证明，1998年4月14～15日发生在中国西北部的沙尘暴颗粒物，两天后被传输到了香港．而4月19日的沙尘暴则对香港的大气没有影响。．跨大陆、大洋的尘暴引起众多科学家和环境工作者的关注，这也促使这一领域的研究走向国际合作．1994年中国和朝鲜政府的峰会及1996年科学部长会议达成了协议，两国联合研究RS(reddish-brownsand)和SD(significantdustfalD。1997-2000年监测期间，在朝鲜每年有8--12次显著的降尘发生，天数为12-22天．他们认为显著的降尘不仅对人类健康和生态环境十分有害，对工业生产活动和产品也会产生负面影响Is]．对于城市内的常规降尘国外一般注重微观区域的研究．MarkILFarfel等选择美国的Baltimore,MD为研究区域，对该地区房屋拆迁所产生的降尘对周围街区、道路、小巷的影响进行的研究，研究结果表明，在房屋拆迁后，周围人行道、马路、小巷的降尘中Pb的含量明显比房屋拆迁前高，其中马路增加200n,4，小巷增加138％，人行道增加26％1351．1．1．2．2国内研究现状，在国内，到目前为止有关降尘的研究较少，研究主要集中于TSP、飘尘和可吸入颗粒物PMlo和PMz5，而且为数不多的研究还仅仅局限于对国内大型及重污染城市，如北京、兰州、南京等。研究主要包括降尘元素特征、来源、时空变化趋势分析等方面。①大气降尘的元素特征研究在元素分析方面大多采用等离子体原子发射光谱法和中子活化分析法，从所测定的元素中找出主要污染元素，为研究区的污染治理提供基础数据，并提供一些建议．客绍英掣刀应用中子活化分析法对唐山市中心的大气降尘进行了元素分析并得出结论，唐山市区主要污染元素为Fe、Sr、Ca，且这三种元素在五个功能区内都有冬春季偏高，夏秋季偏低的趋势。杨丽萍等1361在1997年5月一1998年4月用日本制造的3020E型x射线荧光光谱仪，测定了兰州市大气降尘中Fe、Si、Al、Ca、K、Mg、Na等24种元素的相对浓度，结果表明兰州大气降尘元素浓度年内变化情况可以分为3类，冬高型、平均型和冬低型。赵国涛等[371应用均值一极差控制图对成都市城区内大气降尘中的汞元素含量的分布特点进行了分析，结果表明，成都市城区内汞元素的产生过程是基本稳定的，总体上处于统计控制状态．大气降尘中的金属元素污染物具有不可降解性，它们的存在对环境来说是一种潜在的威胁[3s1．在研究方法上，目前还不是很丰富，主要有标准曲线法和富集因子法。罗莹华091等应用标准曲线法对广东韶关市进行了金属元素的分布特征研究，结果发现降尘的季节性分布是：秋季>冬季>春季>夏季。殷汉琴嗍应用富集因子法分析了北京、兰州、西安、重庆、太原等9个城市大气降尘中的重金属元素的分布规律，结果表明：大气降尘中Pb、Zn、ca,、As、Cu等元素污染较严重，Cr、Mn、Co、Ni等元素污染较小；重工业城市和大的综合型城市的大气降尘中重金属污染较中小型轻工业严重。⑦大气降尘的物质来源研究 大气降尘的物质来源研究是大气污染研究极为重要的内容，它对污染物质的最终解释和评价具有较大的意义，其研究成果也为污染源治理提供科学依据[40j。自20世纪90年代开始，大气降尘来源研究成为大气污染研究中的热点问题。对不同污染来源的判别及其贡献率的探讨，学者们尝试了很多方法，这些方法可归为两大类：源模式(sourcemodel)和受体模式(r晰ptormodel)。源模式又称为扩散模式(dispersionmodel)，是从源的排放量，排放速率、几何参数、气象条件以及媒体流速流向等参数出发，用扩散方程进行计算。受体模型就是通过测量源和大气环境(受体)样品的物理、化学性质，定性识别对受体有贡献的污染源，并定量计算各污染源的分担率。确定了排放源的种类和排放源的贡献后，就可以将有限的资金投入治理那些严重污染环境、对大气悬浮颗粒物贡献较多的排放源，可取锝事半功倍的效果。20世纪60年代中期，Blifford和Mecker首先把着眼点由排放源转移到受体，应用受体模型进行大气污染源的源解析工作。受体模型近年来取得了较大的发展，自采用受体模型进行源解析研究以来，出现了多种方法。具体可以分为二类：化学法和物理法。在化学方法中，CMB和PCA两种受体模型受到美国环保局的认可和推荐，我国国家环保局1993年下发的《城市环境综合整治规划编制技术大纲》中，明确规定使用受体模型进行大气污染源解析工作，推荐使用的受体模型为CMB模型。美国、日本等一些国家20世纪70年代就已用CMB模型对芝加哥、华盛顿、东京等许多城市的大气污染源解析做了大量的工作，取得了与实际情况相符的计算结果，为针对性治理大气污染做出了贡献。我国直到20世纪80年代后期起才开始进行大气污染源的研究，北京、天津、上海、南京、成都、郑州、太原、兰州、昆明、乌鲁木齐及唐山等许多城市都利用CMB模型进行了气溶胶源解析，取得了较好的结果14IJ．物理法主要包括显微镜法、X．射线衍射线法和轨线分析法。如采用电子探针、扫描电镜等分析手段直观地观测单个大气气溶胶性质(大小、几何形状、元素组分及结构等)及各种气溶胶的比例来定性地鉴定其来源。通过x-射线衍射线法的分析可了解气溶胶的矿物成分及其组合特征来大致确定气溶胶的主要来源【42’43】。③大气降尘的时空变化趋势研究从80年代起，我国很多城市的大气监测站就开始收集大气降尘的样品了，积累了很多的数据，但是多数数据都没有被很好的利用，近年来，一些学者注意到了这个问题，开始对数据进行系统的统计和分析，试图揭示研究区降尘的时空分布规律以及变化趋势。吴向东等1441对辽阳市1981-2000年的降尘资料进行了分析，分别统计了全市年际、季际、月际降尘的变化量，找出了其变化规律及变化趋势，此外还按年际和月际分析了各功能区(工业区、交通区、居民区和清洁区)降尘量的时空变化．王国平等145】对1984-1993年长春市南湖大气降尘数据进行了分析，探讨了冬季与夏季的代表月份以及10年间的代表年份大气降尘长期演变规律。此外，赵同谦等146|在引入降尘污染指数后，利用ARC／INFO软件进行图象处理，对焦作城区降尘污染程度进行了分区和评价；张志伟等[471运用灰色理论模型对邯郸市降尘量进行了预侧，取得了一定效果。王建华等I椰J利用青岛市空气自动监侧系统近三年监测4 资料与同期气象资料，对青岛市空气污染预报方法进行了研究，通过因子初选和相关性分析，针对不同季节和不同污染物，应用逐步回归法，分别建立了青岛市的大气污染预报方程．1．2研究意义、内容、方法及技术路线1．2．1研究目的目前我国的学者对一些大中型城市如北京、西安和兰州等地的大气降尘进行了较为系统和全面的研究，主要原因是这些城市的大气污染十分严重，已经对人们的生产、生活造成了较严重的影响，其中对兰州的研究最多，其原因是兰州位于蒙古高原、青藏高原和黄土高原的交汇区，呈东西长、南北窄的哑铃状地形，空气不易流动；气候干旱，多年(1971～1996年)平均降水量为313．09ram，静风频率高达67．4％，逆温层常年存在．特有的盆地地形、特殊的气象条件和不尽合理的工业布局使兰州的大气颗粒物污染指数在全国位居首位。与兰州相比，长春市的地貌特点是：远依山、近傍水，以平亢的台地为主，易于空气流动；气候为典型的半湿润大陆性季风气候，夏季短而多雨，冬季漫长干冷年降水量650mm，多逆温。且九十年代以来长春市工业企业相对较少，因此大气状况相对好一些。但是目前对长春市的大气状况了解的还不够，因此对长春市大气污染状况进行深入研究是很有意义的。但目前此方面的研究还不多，尤其是对大气降尘的研究，目前报道的仅有两例，即王国平等145I研究了1984～1993年长春市南湖大气降尘的演变规律；鞠翠香等【49】对长春地区近年来大气沉降物放射性水平进行了动态观察，因此对长春市大气降尘的时空分布、特征及来源进行系统分析和研究不仅具有较强的理论意义，而且还可为环保部门提供基础数据，所以本选题具有一定的实际价值。1．2．2研究内容收集长春市近10年的大气降尘资料，对数据按照年、季分别进行统计分析，揭示长春市大气降尘的时空分布特征及变化趋势。对长春市2006年9月-2007年3月的降尘进行粒度分析，对元素进行含量测定和分析，结合降尘的时空变化规律，探讨长春市大气降尘的总体特征。对污染源样品进行元素测定，结合降尘样品元素含量的数据，应用化学质量平衡受体模型(CMB)和富集因子法和进行物质来源解析。1．2．3研究方法根据长春市大气环境监测站的监测数据，按照年际、季际两个尺度分析长春市近lO年的大气降尘的时空分布特征，揭示其变化规律及趋势。对长春市2006年9月-2007年3月的降尘样品及五个污染源样品进行元素含量测定，测定采用等离子体原子吸收发射光谱(ICP．AES)方法。主要测定的元素有As、Ca、Cu、Mg、Zn、Fe、A1、面、Mn和Pb。对降尘还要进行粒度分析，采用日本岛滓SA．CP3粒度分析仪。应用化学质量平衡受体模型(CMB)和富集因子法对大气降尘进行来源解析． 1．2．4技术路线本文采用的技术路线如下：图1．i技术路线框图6 第二章研究区概况2．1长春市环境概况2．1．1自然环境概况2．1．1．1地理环境长春市位于北半球中纬地带，欧亚大陆东岸的中国东北大平原腹地，居北纬43。05’～45015，；东经124018’～127002’。南北距离217．5km，东西长227km，幅员18881km2。西北与白城市毗邻，西南与四平市相连，东南与吉林市相依，东北同黑龙江省接壤。市区地处松花江的三级支流——伊通河畔．具体位置如图2-l所示．长春市属天山兴安地槽褶皱区吉黑褶皱系松辽拗陷的东部边缘。城区下部分布着深厚的白垩纪泉头组，为一套红色较粗粒碎屑岩，均为不透水层或含水性极微层，地层深厚，岩层致密，倾角很小。此外，第四世纪沉积相当普遍，洪积层上部为黄土状物质，下部为红色粘土或砂粒层。新构造运动以来，地体微升，地表受流水切割，沟谷发育，形成微波状台地平原．长春市的地貌特点，是远依山，近傍水，以平亢的台地平原为主．主要地貌类型为低山丘陵、台地平原、冲积平原和火山锥体。图2-1长春市城区位置图2．1．1．2气象条件长春市介于东部山地湿润与西部平原半干旱区之间的过渡带，属温带大陆性半湿润7 季风气侯类型。气侯的特点是冬季严寒漫长，春季干旱多风，夏季温暖短促，秋季晴朗温差大。年平均气温4．8℃，最高39．5℃，最低零下39．8℃。冬季多逆温，采暖期较长，全年达到155天，冻土层厚度为1．6~1．8m。全年主导风向为西南风，春季风速最大，秋季次之，夏季最小，年平均风速3．61m／s。年平均无霜期145天，早霜始于9月上旬，霜冻可延续到次年5月中旬。年平均降雨量650ram主要集中在6、7、8三个月份，以6月份降水量最大，平均为95mm哪l。全年D类稳定度天气类型出现次数最多，占55．2％；E、F类占34．1％，其中E类占46．4％，F类占53．6％，不稳定级占10．7％，其中C类占69％。总的来说中性D类稳定度占一半以上，因此，长春市空气扩散能力属于中性偏稳定。多年探空资料表明，长春市早、晚辐射逆温频率很高，冬季平均发生频率为84％，平均强度为O．8℃／100m，平均高度在400--800m之间，由此可见，逆温是造成冬季污染严重的原因之一刚。2．1．2社会经济概况长春市是吉林省的省会，也是中国北方区域性中心城市之一。全市下辖朝阳、二道、南关、绿园、宽城和双阳六个区，总面积20571km2，其中市区面积3583kra2，建成区面积150km2，总人口705．7万人，市区人口292．8万人，人口密度2418．97人／km2，非农业人口194．64万人1叫。长春市是中国的老工业基地之一，目前形成了以交通运输设备制造业为主体的、门类比较齐全的工业体系。著名的一汽集团是全国规模最大、品种最全的现代化汽车科研生产基地，此外，客车、摩托车、托拉机等工业也在全国占有举足轻重的位置：长春还是我国著名的“粮仓”，农业产业化建设初具规模；长春市还是一座文化城，教育、科研及电影事业都很发达，被誉为“汽车城”、“电影城”和“科技文化城”。本文研究的范围是长春市的城区，对于城区的界定，笔者选择了环城公路作为界限。2．2污染源调查大气降尘污染源种类有很多，如交通道路污染源、燃煤污染源、建筑污染源、冶金污染源、垃圾焚烧污染源等，本文只对几种主要的污染源进行了调查，调查结果如下．2．2．1交通道路污染源交通道路污染主要是指汽车尾气污染以及由人群活动和车辆行驶卷起的道路尘。汽油车的污染物成分有一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)，氮氧化物(NOx)，二氧化硫(S02)，微粒物质(铅化物、碳烟、油雾等)与臭气(甲醛、丙烯醛等)有害捧放物。它们的部分是有毒的，有些还带强烈刺激性，有臭味，甚至有些有致癌作用。这几种有害成分随不同的发动机与运转条件均有所变化．据统计，城市街道上的车流量在每小时1000-2000辆时，CO、HC和NOx这三种有害气体占全部有害气体的80％．--90％以上．从2001年到2005年，长春市各类机动车辆从154237辆增加到了270868辆，年平均增长率为15．12％1521．到2005年长春市公共汽车运营车数为3648辆，运营线路网长度为1164公里，年客运总量为54750万人；轨道交通运营车数为37辆，运营线路网长s 度22公里；出租车总量为16303辆(2005年长春市统计年鉴)。到2004年末，长春市区内道路总长度1156．3lkm，道路总面积2230．5万m2(2005年长春市统计年鉴)．2．2．2燃煤污染源长春市年燃煤总量为550万t，其中民用煤为260万t，占燃煤总量的47．2％：在工业用煤中，长春发电厂、长春热电二厂和一汽热电厂用煤量210．51万t，占38．27％，在工业生产中影响长春市区大气环境的污染物，也主要来自燃料燃烧过程。调查发现，工业生产中的烟气排放量约占工业废气总排放量的82％，污染指数分担率约占74．5％，工业生产过程排放的主要工艺废气只占18％，污染指数分担率占26．5％．把生产过程中的燃料燃烧废气与民用生活燃料燃烧废气相加之和，则占全部排放废气的91％，污染指数占94％，由此可见，长春市是典型的煤烟型大气污染为主的城市。2．23建筑污染源随着经济的发展，长春市近年来的建筑业发展的很快，长春市2004年施工总面积为12．93万km2，建筑竣工面积为6．04万km2。因此建筑尘污染也不容忽视。9 第三章研究方法3．1降尘样品的采集降尘样品的采集包括点位的选择、采集的方法以及采集后的处理，具体方法如下。3．1．1降尘样品采样点位的选取本文研究的降尘样品是委托长春市环境检测站采集的。采样点是根据城市不同功能区进行布局的。采样点共6个，分别为邮电学院、儿童公园、劳动公园、食品厂、客车厂、净月谭，详见图3．1。这六个采样点分别代表了文教区、居民区、工业区和旅游区。区划按照长春市人民政府1999年印发的《长春市环境空气质量功能区划若干规定》进行，见表3．1。表3-I降尘采样点布设情况3．1．2降尘样品的采集及处理方法降尘样品的收集采用湿式收集法，测量采用重量法，其原理是空气中可沉降的颗粒物，沉降在装有乙二醇水溶液做收集液的集尘缸，经蒸发、干燥、称重后计算降尘量。集尘缸是内径15±0．5cm，高30cm的圆筒形玻璃缸。放置于距地面5-12m的建筑物，距取样平台l～1．5m。取样周期为30天。此方法监测限为0．2t／kin2·月。使用乙二醇水溶液的原因是，它既可以防冻，又可以保持缸底湿润，还能抑制微生物及藻类的生长。ISO标准尘积采样装置为向上开口的聚乙烯圆柱形容器，直径200mm高度400mm，其上口边缘与容器壁成45。角。采集后的降尘样品过200目的筛子后，装塑料袋密封，贴标签、编号。部分样品进行元素分析，部分样品留做粒度分析。3．2污染源样品的采集污染源样品的采集包括采集原则、采集方法、点位分布及样品处理。每种样品采集的方法都不同，具体方法如下。10 3．2．1污染源样品采集的原则(1)每一类源都包括多个子源类，因此，为了能够代表研究区域的颗粒物源，采样时应尽可能采集到各子源类的样品，每一源类应不少于3个样品。(2)避免其它源类的污染．3．2．2污染源样品的采集方法及点位分布据文献资料表明，一般在做降尘来源解析时所考虑的污染源主要有：土壤风沙尘、燃煤尘、燃油尘、机动车尾气尘、道路尘、建筑尘和工业粉尘等。根据长春市的地理位置和行业特点，笔者以土壤风沙尘、燃煤尘，机动车尾气尘、建筑尘和道路尘作为主要研究对象。3．2．1．1土壤风沙尘样品采集及点位分布土壤风沙尘主要来源于城市周边的裸地、农田、干涸的河滩等，当然也包括城市内部的裸地及各类动土工程所造成的土壤风沙尘．鉴于在一定的区域范围内，土壤风沙尘在化学组成上的变化较小，城市内部裸露的地面容易受到其它污染源的污染，且样品不易采集，所以，土壤风沙尘源样品通常在城市周边或郊区，按不同的方向布点采集。在城区四郊的不同距离上，按梅花型布设采样点，同时在城市建成区主导风向(包括上风向和下风向)上增加采样点．采样点周围避免烟尘、工业粉尘、汽车、建筑工地等人为污染源的干扰。在每个采样点上，先用干净的毛刷收集表层土壤，然后用铁铲挖开地表土，收集深度为20em左右的下层土作为深层土壤样品，最后将两种样品均匀混合。由于土壤风沙尘在化学组成上的变化不显著，因此可以忽略不同方向上其起尘量的变化，用不同采样点上土壤风沙尘化学组成的等权平均值代表一个地区土壤风沙尘的源成分谱。采样点位分布见图3-2。3．2．1．2燃煤尘样品采集燃煤尘包括工业燃煤尘和民用燃煤尘，工业燃煤尘是指城区内的工业锅炉、工业窑炉、电厂锅炉及其它工业燃煤源捧放的尘．工业燃煤尘样品取自电厂锅炉。民用燃煤尘是指城区居民炊事炉、居民取暖炉等民用燃煤捧放的飞灰及各类烧烤摊点所捧放的燃煤飞灰．民用燃煤尘样品采自绿园区、二道区及宽城区的各类民用燃煤炉烟囱口处灰样．将采集的工业燃煤尘和民用燃煤尘均匀混合作为燃煤尘样品。3．2．1．3道路尘样品采集及点位分布首先将道路分为主干道、次干道、支路、快车道4类(一般城市都是按此分类，若有个别情况，可根据当地城市的交通流组织规划的道路分类方法进行分类)．每类道路任选2--4条。每条路任选4处测量(尽量做到两处在车流量较大的地段，两处在车流量较小的地段)，对于主干道、次于道、快车道等长的道路两处距离在1000m以上，对于支路中一些较短的道路两处距离在lOOm以上。对机动车道、非机动车道要分别采集。(有的道路，如大部分支路，没有机动车道、非机动车道之分，则只在一处采集)。ll 图3-1降尘采样点位置图采样点位分布见图3．3。3．2．1．4建筑尘样品采集建筑材料尘是城市一种综合的特殊类型的重要开放源类，成分比较复杂，所用材料除水泥以外，还有石灰、沙石、沥青等。水泥不仅仅是来自建筑工地，还来自水泥厂的12 生产过程及周边无组织捧放，还来自于房屋拆迁和道路改建等造成的开放排放源。因此，选择水泥尘作为源解析的建筑材料成分谱是取决于源解析模型所划分的源的类型。图3-2土壤风沙尘采样点位图 图3-3道路尘采样点位图虽然施工工地会产生大量的除水泥以外的各类建筑材料尘或由于动土而产生的土壤尘，但是由于这部分建筑尘在组成上类似于土壤风沙尘，所以若把这些源的成分谱与水泥尘的成分谱进行平均来代表建筑尘的话，势必会缩小建筑尘与土壤风沙尘之间的差14 别，增大它们之间的共线性。由于水泥是生产和使用较多的建筑材料，因此，应使用纯水泥的成分谱来代表建筑尘的源成分谱．根据城市使用水泥的种类，分别收集不同类型和标号的水泥样品，作为建筑材料尘样品．3．2．1．5机动车尾气尘样品采集机动车尾气尘是指汽油、柴油机动车排放的尾气中含有的油烟飞灰．机动车尾气尘样品采白长春室内不同型号的机动车捧气管内的机灰，包括柴油大客、汽油大客、柴油小客、柴油小货、汽油小客、汽油小货、轿车和摩托车等．3．23污染源样品的处理所有样品在实验室自然晾干之后，过200目筛，然后对各类样品分别混样，放入干燥器内保存待测。3．3实验方法目前，元素分析所采用的方法有等离子体原子发射光谱法(ICP)、原子吸收光谱(AAS)、中子活化分析法(矾从)和X射线荧光法(PD正)等。本文选择了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP．AES)；粒度分析采用的是日本岛津SA—CP3粒度分析仪。33．1元素分析方法，应用ICP-AES法对降尘样品和污染源样品中的lO种元素舢、Ca、Cu、Mg、Zn、Fe、舢、瓢、Mn和Pb进行分析，ICN嗵S有多元素同时分析和顺序分析的功能，具有灵敏度高、精密度好、线性范围宽等优点，是目前环境样品分析中公认的有效方法f531．我们委托东北师范大学测试中心对十种元素进行了测试和分析．每仪器：POEMSII型电感耦合等离子体光谱仪(ICN蛆S)。仪器参数：功率：1150W；载气CAr)：O．45PLM：泵速：1．85ml／min；标准溶液：美国SPEX标准溶液，然后再稀释为所需浓度的标准溶液。3．3．2粒度分析方法通过文献阅读笔者发现，多数地区降尘粒径都在0．010--0．050mm范围内，此外由于样品数量较少，不适宜筛析，因此粒度分析直接采用粒度分析仪对降尘样进行分析测试。测试范围为0．002--0．060mm。首先将样品过240目Co．063ram)筛子，然后取筛后样品约O．59放入烧杯中，加入蒸馏水配成浓度为O．02％加．1％的悬浮液，加入少许六偏磷酸钠，充分搅拌，然后用吸管转入沉析池中，最后送入机器内进行测试．将测试结果代入其粒度特征值计算公式：，≯=一log≯“’平均粒径胞：丝!±盘±鱼13 标准离差q=堕0二盟+堕赢譬(3)偏度峰度s。：—+6,—-2Ao+—95+A—-2九‘2(缸一九)2(九一绣)眨一一盘二照一“2，44(丸一九)(4)(5)分级标准按照福克(1957)的分级方案，巾5、咖16、由巧、由跏由75、巾“和由够分别代表累计百分含量为5％、16％、25％、50％、75％、86％和95％的巾值[HI。其中标准离差o：反映沉积物颗粒的分选程度，即不同粒径颗粒的分散和集中状态，标准偏差数值越大，表示其分选程度越差；SK用来表示频率曲线的对称性，即与正态分布曲线相比较时，频率曲线主峰的位置，反映沉积物中粗细颗粒占有的比例：Ko是用来说明与正态频率曲线相比时，曲线的尖锐或钝圆程度，反映了颗粒粒径分布的集中程度酬。为了直观的反映颗粒粒度的分布情况，本文的粒度曲线以夺为横坐标，重量百分含量为纵坐标。3．4污染源来源解析原理对大气颗粒物进行来源解析一般采用受体模型，受体模型又分为显微法和化学——统计学法。显微法适用于分析形态特征比较明显的气溶胶，一般进行定性或半定量分析，运用此方法的前提是要建立庞大的源数据库(显微清单)，具体方法为光学显微镜法、扫描电子显微镜法和计算机控制扫描电镜法等；化学——统计学方法是在分析源和受体颗粒物化学组成的基础上，利用颗粒物特性守恒和特性平衡来判别颗粒物的来源及其贡献的方法，具体包括化学质量平衡法、特征向量分析法、多元线性回归法、富集因子法和空间模式法等。本文选用了目前应用比较广泛的化学质量平衡法和富集因子法对长春市大气降尘进行来源解析。3．4．1化学质量平衡法原理化学质量平衡法可以建立大气颗粒物各类排放源与大气环境质量之间的输入响应关系，定量的评价出各污染源的贡献率。因此其解析结果可以指导颗粒物污染防治工作，也可以提高颗粒物污染防治的针对性、科学性和合理性。3．4．1．1降尘持放源的分类应用化学质量平衡法进行污染物来源解析时，首先要对颗粒物的来源进行分类，人们习惯上把颗粒物的来源按行业分类，比如建材、钢铁、冶炼、化工等，这种分类虽然便于统计和管理，但是，长期如此，就会把人们的目光集中在这些行业上，认为环境空气中的颗粒物主要来源于这些行业．因此。以前我国所采取的控制措藏也主要集中在有组织排放的消烟除尘方面。实际情况远非如此，环境空气中的颗粒物来源非常复杂，简单地把颗粒物的来源归结到几个行业是不全面的．例如，钢铁、冶炼、化工等行业在生16 产过程中都需要燃煤，都要排放煤烟尘，同时，城市中大量裸露的原煤堆也会有少部分进入到环境空气中，虽然原煤尘不同于煤烟尘，但它势必将影响到环境空气中颗粒物中碳的含量，从而影响源解析结果中煤烟尘的分担率，所以，不能简单地把环境空气中的煤烟尘归结到某一个行业；再如钢铁尘，一个城市中，每年会有大量的钢铁腐蚀，这些腐蚀后的钢铁粉尘会通过各种途径进入到环境空气中，这样，就不能把空气中的钢铁尘简单地归结到钢铁行业．源解析研究工作避免了传统的源的分类方法，是把环境空气中颗粒物的来源按类分为煤烟尘——既包括点源、面源，又包括居民燃煤及无组织捧放的吹灰场等：风沙尘一一主要是指外来风沙；建筑尘——包括建材工业、建筑施工等；钢铁尘——包括炼铁、炼钢、机械加工、腐蚀等；扬尘——混合源，包含有各类源的成分，见图3-4．3．4．1．2模型的基本原理’化学质量平衡法模型的基本原理是质量守剧册．大气颗粒物的组分与排放源颗粒物元素成分呈线性加合，它有三个假设条件；①各源类所捧放的颗粒物的化学组成有明显的差别；②各源类所排放的颗粒物的化学组成相对稳定；③各源类所排放的颗粒物之间没有相互作用，在传输过程中的变化可以忽略。大气颗粒物的组分与排放源颗粒物元素成份呈线性加合即有如下公式：c：窆墨(5．1)：S-I式中：c．一大气颗粒物的总质量浓度，ttg／m3；sj一一种源类贡献的质量浓度，ttg／m3：。P一一源类的数目，0=l，2，3⋯⋯，P)设受体颗粒物上元素i的浓度为Ci那么式(5．1)可变换为：(i=l，2，⋯⋯l：j=l，2，⋯⋯J)(5．2)式中：C广一受体大气颗粒物中元素i的浓度测量值，肛g／ln3；Fij一第j类源的颗粒物中元素i的含量，ttg／m3，又称源强；sj——第j类源贡献浓度的计算值(贡献量)，pg／m3；J__类的数目，j=l，2，3，oaot*oJ；k一元素的数目，i_1，2，3，⋯⋯，I．由于本论文采样条件的限制，采样方法不能测出大气颗粒物总质量浓度、污染源源的浓度以及降尘中元素的浓度，只有降尘中元素的含量、污染源中元素的含量。对公式(5．2)两边同除以C(大气降尘总质量浓度ttg／m3)得：，、／|l％=∑弓xSj／C(5．2)+17 图3．4大气降尘污染源分类图令Di=ci，c，则(5．2)·可变为：J皿=∑毛×彤(5．2)¨，-I式中：D广一大气颗粒物中i的含量，g．g／g；F旷一第j类源的颗粒物中元素i的含量，“g，g，又称源强；t量 sj——第j类源贡献浓度的计算值(贡献量)，gg／m3；卜——源类的数目，j=1，2，3，⋯⋯，J；I—一元素的数目，i=l，2，3，⋯⋯，I．选择所测定的i个元素则可建立由i个方程所组成的一组线性方程组。原则上只要纠，就可解出一组Si，即各排放源的贡献量。研究表明：元素个数i相对源的个数j越多，则解析的结果越精确。实践证明，选取lO个以上的元素可保证相关系数在0．9以上。于是源J的贡献率为：中岛，c×100％(5．3)式中：c_受体大气颗粒物浓度测量值，pg／m35．1．2．2CMB模型的算法CMB方程组的算法主要有以下几种：(1)示踪元素法(theWdCgOrsolution)；(2)线性程序法(thelinearprogrammingsolution)；(3)普通加权最／b--乘法(theordinaryweightedleastsquaressolutionwithOrwithoutanintercept)；“)岭回归加权最小二乘法(theridgeregressionweightedleastsquaressolutionwith01"without雏intercept)：‘(5)有效方差最小二乘法(theefectivevarianceleastsquaressolutionwith01'withoutanintercept)．目前CMB模型最常用的算法是有效最小二乘法，因为该方法提供了计算源贡献值sj和sj的误差内的实用方法．有效最小二乘法即使加权的元素测量值之差的平方和最，J、：、C-y乃×岛)2—F6·4’最小有效方差为权重值％，=吒+∑畦×霹(5．5)』-l式中：ocr一受体大气颗粒物的元素测量值Ci的标准偏差，I_tg／m3；oFir—择放源的元素测量值Fij的标准偏差，％；Osj——源的元素贡献值的标准偏差，pg／m3．由于有效方差‰是未知数源贡献值sj的函数，所以有效方差最小二乘法在实际运算中采用迭代法，即在前一步迭代计算的基础上再来计算一组新的sj值。具体算法如下：cMB方程组的矩阵形式：C=FS(5．6)nhij一射上标K表示第K步迭代的变量值。(1)设源的贡献初始值为零19 s，=0(i=l，2，3，⋯⋯，J)(5．7)(2)计算有效方差矩阵p硫t的对角线上的分量，所有的非对角结上的分量都等于零嘭，=吒+∑(彰)2×吒(5．8)(3)计算sj的第K+1步迭代值S“1=(F7(嘭)_1F7(嘭)．1C(5．9)(4)如果公式5．1l中的结果大于1％的话，那么执行上一步迭代；如果小于1％的话，终止该算法。ls，-s：l／sj“>o．01陟“一影J／夥“so．01(5)计算og的第K+I步迭代的值％=p7(嘭+，)一‘，)：F式中：C=(c1，C2，⋯⋯，Cj)1S=(Sl，S2，⋯⋯，co‘F_FiiV州d￡i返回第二步到第五步(5．10)(5．11)第i个元素的C；的的列矢量；第j种排放源类的贡献计算值sj的列矢量；IxJ阶的源成分有效方差的对角矩阵。从上述解法可知，应用有效方差最小二乘法求解CMB模型时，模型的输入参数为：受体化学成分浓度谱的测量值ci和C。的标准偏差0c．；源成份含量谱的测量值F．i和Fij的标准偏差0两。模型的输出参数是；源的贡献值sj和sj的标准偏差0％；源的元素贡献值s|j和Sb的标准偏差o％的实用方法。源贡献值误差反映了所有输入模型的源成份谱与受体化学元素谱的测量值按权中大小的误差积累，对精度高的元素比精度低的元素给出的权重大。3．4．2富集因子法原理富集因子(enrichmemfactor，EF)从20世纪70年代提出到现在，经过30多年的发展，已经应用到识别和表示诸如大气、降水、土壤、湖泊沉积物等系统中元素的自然来源和人为来源∽‘鲫。该方法应用于大气中，是研究大气颗粒物中元素的富集程度，判断、和评价颗粒物中元素的自然来源和人为来源。富集因子法对样品要求不高，且不需要模型，是一种简单易行的方法，因此目前己被众多学者广泛应用。富集因子法的公式为：一(％。)／(％)式中)(i和)(R是元素i和R在降尘中的含量(浓度)；)(i’和)奴’是元素i和R的地壳 丰度见表3-2。其中R为参比元素。参比元素应满足以下条件：受其他金属元素的影响较小；受人类源的影响较小；化学性质稳定【6”．一般选舢、噩、Fe等地壳中含量稳定的元素№11。本文选择灿作为参比元素。袭3-2地壳中元素的丰度嗍单位：％‘目前，对富集因子数值的大小反映富集程度的判定规则有多种看法，一种是根据富集因子大小将元素分为两类，当某种元素的富集因子值小于10时，则可以认为是非富集的成份，来源于地壳；当富集因子增大到lO一104时，则可以认为被富集了，来源于人为污染源；介于二者之间的元素人为污染亦占相当比例【6I】另一种看法是当土壤中的富集因子显著大于l时，表示该元素有外来污染；当富集因子小于l时，表示该元素被淋溶；当富集因子近似等于l时，表示该元素未被污染也未被淋溶嘟J。根据富集因子的大小，可以将元素的富集(污染)程度分为五个级别唧】，污染级别越高受到人类活动的影响越大(见表3-3)．本文将结合这两种标准对研究区降尘进行分析。表3-3富集因子分级表21 第四章长春市城区大气降尘的特征研究4．1大气降尘的时空变化特征4．1．1长春市降尘年际变化特征根据长春市环境检测站提供的数据，计算出了长春市近lO年的年降尘总量，其变化趋势如图4_l所示。由图可以看出，10年的降尘量总体变化呈波动下降趋势。其中1996年-2002年的7年间，降尘量一直处于波动状态，没有明显的规律，2002到2003年下降幅度很大，为5．87l以Km2·月，是历年的变化量之最，以后逐渐平稳，一直维持在12t／km2．月左右的水平上；三个最高值年份分别为1996年(19．69t／kill2·月)、2000年(18．88t／km2·月)和2002年(16．53[／km2·月)，各年降尘总量变化不大，增减范围在0．53～5．87t／km2．月之内。总体来看，2003年以来长春市年大气降尘总量有了明显的减少，主要是因为2003年来长春市对大气总悬浮颗粒物污染问题进行了专项治理，实施了“蓝天工程”、“绿化工程”和“城市管理工程”，取得了显著的成效。2520墨譬15姜t氆10番5o19961997199819992000200l2002200320042005年份图4．1长春市1996争-2005年降尘量年际变化趋势图4．1．2长春市降尘季际变化特征把降尘数据按照一年四个季度进行统计，得出长春市10年来各个季度的降尘总量。由图4．2的趋势曲线可见，10年来各个季度降尘量总体上呈波动下降趋势。一季度曲线波动很大，从1996年-～2003年各年降尘量呈现高低交替的现象，1996年、1998年、2000年和2002年为波峰，1997年、1999年、2001年和2003年为波谷，2003年以后呈现平稳趋势；二季度曲线总体呈下降趋势，1996年～1998年降尘量直线下降，1999年有所上升，2000年-2004年又呈现各年高低交替的现象，2000年和2002年为波峰，2001年和2003年为波谷，其中2003年降尘量为历年最低，2004年以后呈现下降趋势：三季度曲线依然呈现各年高低交替现象，波峰出现在1998年、2000年和2002年，波谷出现在 1996年、1999年，2001年和2003年，最低值依然出现在2003年，此后开始呈现平稳趋势；四季度曲线总体波动较大，其波峰出现在1996年，2000年和2003年，波谷出现在2004年，以后保持平稳。图4．2长春市1996年一2005年降尘量季砾变化趋势图凰4．3长春市1996年-2005年各季度降尘羹变化图由图4-3可以看出，每年二季度的降尘量在全年总降尘量中占较大的比例，1996年～2000年，二季度降尘量均高于其他季度，2001年以后规律不明显，其中2003年和2005年二季度降尘量低于其他季度。二季度降尘量高韵原因是4、5、6月长春市处予春季和初夏季节，风力较大，地面植被并未完全长成，土质疏松，士壤风沙尘污染较严重．一，四季度降尘量总体上低子二季度，高于三季度，最因是一，四季度为长春市的秋季和冬季，也是采暖期。工业及采暖锅炉大量排放煤烟尘，造成大气降尘量高于三季度，值得注意的是2003年以来一季度降尘量呈上升趋势。具体原因有待进一步研究。三季度降尘量较其它季度为少，是长春市空气质量相对较好的时期。 4．2大气降尘的元素特征利用ICP-AES法对长春市大气降尘中部分元素的含量进行了测试，通过对测试结果的分析得出了降尘的元素特征如下。4．2．I测试元素的选择根据降尘中某些元素的含量可以确定降尘的来源，因为每类尘源都有自己的标识元素，详见表4．1。为了对长春市降尘进行来源解析，笔者根据长春市实际情况及实验条件，选择了lO种元素进行测试，即As、ca、Cu、Mg?Zn、Fe、AI、Ti、Mn和Pb。表4-l各类污染源排放的主要元素表1明来源主要元素土壤燃煤燃油si’A1．Fc、1i、K，ca，lqa，Mg’Mn、Cu，Yb、Ba，Rb，La、cc，Lu，Sm，Th，Cr等1、As、S、sc、Si、AI、Fe、Ti、Ca，Mn，Cr、Co、cIl、Pb、历，Hg、Br．V，Ni等V(石油)’Ni、Co、Ca垃圾焚烧Zn、CA、Sb、C汽车尾气Pb(汽油)、Br、Ba、CI海盐N、a金属冶炼Cr，Cu、Zn’一建材Ca、Mg4．2．2元素测试结果与分析通过对2006年10月砣00z年耆月，蓟采圣期商大气降尘昏loj}种元素的测试，得到了各采样点各种元素的含量值妻具体结果见表沣2。表4-2采暖期各样点大气降尘中的元素含量表单位：u眈兀索I号2号3号4号，号6号锄．∞1．75×Io"5771．102．83×i042l硼．704．76×Io'135．90S42．90L40X10'42耶．702．91xIo．2346．90I．赫×10．153．30333．∞一672．i0玎7’702．55xlo'。。2．32×1045156．30543I．802．79×10'3．36×10．2031．303．5●×104123．40111．702204．502．57x10．1，8．2D72．30—662．306眄，503．60×Io'1．38xlO'6129．006304．304．01×i043．59xIO"2365．602500．003．92×10．，3，26×tO'109．柏‘、。拍，Il49．∞一Cu61．40102．30264．6093．9085．50一24舡№也№&I=，舢雎孙 将表4．2结果中各样品元素的含量进行平均处理，其含量捧序为朋(3．32XtO'Wg)、Fe(3．25×104W,／g)、Ca(2．17XlO'Ilg／g)、Mg(5513．0331Jg／g)、面(2269．5wg)，Mn(580．583；g／g)、As(202．95wg)、勐(130．61Jg／g)、Cu(121．54蚓g)和Pb(117．72．g／g)，见图4—4。其中元素As和Zn只在3号(劳动公园)和5号(客车厂)样点中出现。于连贵等人曾对长春市非采暖期即5月四月的大气降尘进行过研究，其元素含量排序为Ca、AI、Mg、Fe、面、Zn、Mn、As、Cu和Pb。由此可见，采暖期和非采暖期大气降尘的元素组成差异不大，Al、Fe、Ca为长春市大气降尘的主要元素。以上测试的元素又可以分为两类，一类是典型地壳元素：朋、Fe、m、Mn、Ca：另一类是与人类活动的污染有关的元素：舢、Zn’Cu、Pb、Mg【矧．因此可以得出结论，长春市大气降尘主要以地壳元素为主．这与王庚辰等研究得出的结论“AI、Ca、Fe、S、K为城市大气颗粒物的主要元素组分”相一致。撕0∞300002fiO∞≥20000嚣15000100∞50∞0——一。圈I．一图4．4长春市大气降尘主要元素含量图4．3大气降尘的粒度特征应用粒度分析仪，对长春市各采样点的大气降尘和采暖期各月的大气降尘分别进行了粒度分析，得到的粒度特征如下。4．3．1各采样点降尘粒度特征4．3．1．1邮电学院(1号采样点)该点降尘粒度分布为三峰型，峰出现在4．3770、4．812西和5．663@处，峰值分别为40～50ttm、32-361an和16--20ttm：最低峰出现在8．9970，峰值为1-2ttm．平均粒径为5．2440，约38tun；标准离差为1．031，分选中等；偏度0．288，属于正偏；峰度值为0．928，属中等．4．3．1-2儿童公园(2号采样点)该点降尘粒度分布为四峰型，峰出现在4．073m、4．812cD、5．1760和5．663@处，峰25 值分别为50--608m、32～368m、24-．-28pm和16,--20ima；最低峰出现在8．9970，峰值为l一21un。平均粒径为4．8960，约301．tin；标准离差为0．978，分选中等；偏度0．223，属于正偏；峰度值为1,012，属中等。4．3．1．3劳动公园(3号采样点)该点降尘粒度分布为四峰型，峰出现在4．0730、4．6600、4．9830和5．3990处，峰值分别为50--601un、36--401un、28---321am和20---248m：最低峰出现在lOm，峰值为G-lima。平均粒径为5．1930，约361un；标准离差为1．078，分选中等：偏度O．105，属于正偏；峰度值为1．065，属中等。4．3．1．4食品厂(4号采样点)该点降尘粒度分布为三峰型，蜂出现在4．3370、4．9830和5．6630处，峰值分别为40,．．-50pan、28--329ra和16--,201ma；最低峰出现在8．9970，峰值为1-21ma。平均粒径为5．0320，约328ra；标准离差为O．937，分选中等；偏度O．221，属于正偏；峰度值为O．961，属中等。4．3．1．5客车厂(5号采样点)该点降尘粒度分布为三峰型，峰出现在4．3370、4．9830和5．6630处，峰值分别为40-．-501tin、28～328m和16~20rtra；最低峰出现在100，峰值为0-．-1p,m。平均粒径为5．3290，约409in；标准离差为1．112，分选中等；偏度0．225，属于正偏；峰度值为0．768，属中等。4．3．1．6净月潭(6号采样点)该点降尘粒度分布为三峰型，峰出现在4．3370、4．8120和5．6630处，峰值分别为40,--501ma、32-36Inn和16--,20p,m：最低峰出现在100，峰值为0-,-l岬。平均粒径为5．2380，约381an；标准离差为1．076，分选中等；偏度O．214，属于正偏；峰度值为1．271，属中等。总体来看，各采样点的粒度分布曲线形态很相似，峰值都出现在40---60之闻，各点均有峰值出现在5．6630处，且都为三峰和四峰，说明降尘来源比较复杂，其中二号和三号样点为四峰，其他样点为三峰，说明居民区的降尘来源更为复杂。颗粒物的运动分为悬移、跃移和表层蠕移三种基本形式，前人研究发现：粒径<0．1mill的砂粒运动方式以悬移为主，粒径范围在0．05,-0．5mill尤其是O．1^由．15innl的砂粒运动方式以跃移为主，粒径范围在0．5~2衄的砂粒运动方式以蠕移为主，但是由于城区内一般风速较小，所以笔者认为以上三种运动方式的粒径范围应该更小一些。通过粒度累积曲线可以看出，各样点40,,-50颗粒的累积含量均为60*／0左右，由此可以判定各样点大气降尘的运动方式跃移为主，因此可以说降尘主要来源于周边地区，外来尘较少。根据倪刘健15玎等人的理论，粒径大于21am的粒子为原生粒子或一次粒子，其主要是由于风力和人为活动产生的土壤尘；粒径小于29ra的细粒子是通过一些化学反应转化而来的二次粒子，所以长春市大气降尘主要是风力和人为活动所致。从各样点粒度特征值来看，降尘粒度的偏态均为正骗，峰度为中等，分选一般。 一磊螽—张春市各采样点降尘粒度分布表单位：％粒径l号2号x号4号5号6号60--50呻7．1一17．913．疗、12．88．19．250--40岫14A15s57716516．610340-361en5．87．113．9．9．44，l5．836．,-3211m11-o9．91．3。、3．42．911．S．k32—281．tm6．24．610．0”、1o．911．18|32蝴衄6．611．O7．59垮6．68．224．-．20．|m7．86．711．45．96．46．020-．16tan10．98．47．810．99．710．816．,-．141．tin5．03．5．5．93．73．95．014-,121mi5．62．65．23．85．34312一lOtun4．73．9423．75．44．9v伯喀I如r．茸节—2—121—3“百F一了：r8,-6tuu3．52．6一一3一r，2．}4．6—4，2。6-41．tm3．72．23．12．15．43．94～21ml2．31．21．71．42，5l，92~1岬l1．3．n8l091．6I．2l,-Ol_Im00．4。00．504圈4．5长春市各采样点降尘粒度分布曲线闼 图4石长春f箝各采样点辟尘粒度囊积曲线图表44长誊带备采样点粒度特征值单位；零特征僵I号2号3号4号5号6号4．3,2备月降尘粒度特征4．3．2．12006年lO月降尘粒度分布为‘i峰型，蜂蛙l现在J|，07：3垂，sl符币和5．9860处．峰值分黝为粥蛳、2和28牡m和l夸l却溉最低晦出现在7,993垂．峰值为2--4pro。乎均粒径为4．8900，约30|I越：标准离差为O．944，分选中等；徭度0．2暑g，属手难偏；峰度僵为l，属中等。4．3r2．22006年ll胃簿尘粒度分布为三蜂塑。蜂出瑗在4．337垂、4．983垂和5．39妯处，峰值分列走40--蛳，28-32pm辆20之锄融最低蜂出现在lOo，峰值为O--tpm。平均粒径为5．047零，约33pro；标准离差为0．944，分j叁中等：偏度0．292，属于正偏；峰度值为0．951，属中等。4．3．2．32006年12胃降尘粒度分布为二三峰塑，蜂懑现在4．073m、4．9霉30和5．399垂处，峰值分嬲为粥蛐、2秘32pm和20-24ttm；最低蜂出现在8．997睡b峰值为l~3印l。平均粒径为4．7130·约殛脚标准离差为0．?09，分选中等；偏度0,160，属于正编{峰度值为!．036，属中等。t3．2．42007年l层 降尘粒度分布为三峰型，峰出现在4．0730、4．9830和5．399西处，峰值分别为50-．．,609in、28,．．-32jtm和16-20岬；最低峰出现在10中，峰值为肛1pm．平均粒径为4．8730，约30ttm：标准离差为1．022，分选中等；偏度0．211，属于正偏；峰度值为1．126，属中等。4．3．2．52007年2月降尘粒度分布为三峰型，峰出现在43370一49830和5,6630处，峰值分别为40,一50ttm、28,-,32ttm和16之Ottm；最低峰出现在S．990，峰值为1-21am．平均粒径为5．0490，约331,tin；标准离差为0．960，分选中等；偏度0．277，属于正偏：峰度值为O．886，属中等。一‘‘’综上所述，5个月的降尘粒度分布曲线均为三峰型，峰值仍然在4垂嗡m之间，平均粒径在26--,331．tm之间，说明降尘粒径并未因时间不同而有大的变化，而且都不是单一来源。从粒度累积曲线的特征来看，各测试点小于4啦50颗粒的累积含量均为60％左右，表明较粗颗粒占多数，说明降尘的搬运方式为跃移，主要来源于周边地区．从粒度特征值来看，各月降尘粒度的偏态均为正骗，峰度为中等，分选一般．“、、⋯’；＼表4-52006年10月一2007年2月长春市各月降尘粒度分布表单位：％ 图4．72006年10月一2007年2月长春市各月降尘粒度分奄曲线图图4．82006年lO月一2007年2月长春市各月降尘粒度累积曲线图表4-62006年10fl—m07年2月长春市各月降尘粒度特征值荜位：母 第五章长春市城区大气降尘的来源解析5．1源成分谱特征元素分析本文应用的是南开大学环境科学与工程学院研制的化学质量平衡受体模型计算软件CMB2．0。在CMB模型的算法当中，MPIN矩阵提供了判定源成分谱特征元素的定量方法，MPIN矩阵是一个正交化的伪逆矩阵，它反映了每个元素对源贡献值和源贡献值标准偏差的灵敏程度。该矩阵已经进行了规范化处理，其取值范围为±l之间．如果某个元素的MPIN的绝对值在l-o．5，则被认为灵敏元素，即对源贡献值和源贡献值标准偏差有显著影响的元素；如果某个元素的MPIN的绝对值小于O．3，则被认为不灵敏元素，即对源贡献值和源贡献值标准偏差没有影响的元素；某个元素的MPIN的绝对值在0．3-0．5，则该元素的灵敏程度被认为是模糊的，即影响不显著或者也可以被认为是没有影响的元素。另外，MPIN矩阵是CMB模型判断源类标识元素的工具，即如果某元素的值为+l，则该元素为所对应的源的标识元素。把表5．1各数据输入CMB模型中，计算结果表明贡献率对某些元素量值变化很敏感，而有的元素不敏感。对不敏感元素，即使量值改变几个量级，计算结果也无多大的变化．通过反复试验，剔除对计算结果无多大影响的元素，仅保留比较敏感的元素。这样对长春市，笔者选择了九个元素，所得出灵敏度矩阵如表5-2所示．表5—1污染源样品元素含量表单位：|‘g，g 表5-2长春市大气降尘排放源特征元素灵敏度矩阵表根据表5-2笔者确定出长春市各污染源的标识如下：土壤风沙尘：AI、Fe燃煤尘：1l、Al、Mn道路尘；Fe机动车尾气尘：Pb、Zn建筑尘：Ca5．2化学质量平衡法(CMB)模型计算及结果分析本文按采暖期(10月～次年3月)和非采暖期(4月曲月)来分析长春市大气降尘的来源，其中非采暖期部分资料来源于于连贵等人。将长春市大气降尘源成分谱、受体成分谱代入CMB2．0模型进行计算，得到全市采暖期、非采暖期各个不同点位降尘来源的分担率。下面按照各样点分别进行源解析。5．2．1各采样点分析结果5．2。1．1一号样点——邮电学院在采暖期，一号点位各类源的贡献率中燃煤尘占46．9％，居首位，其次为土壤风沙尘(25．3％)、道路尘(9．3％)、机动车尾气尘(9．2％)、最后为建筑尘(2．9％)。主要原因是该点位位于城乡结合处，棚户区相对集中，而且有一些工厂，因此煤烟排放量较大。在非采暖期，该点位土壤风沙尘贡献率最高，为36．4％，其次为建筑尘(17．2％)、道路尘(15．2％)、燃煤尘(13．6％)，最后是机动车尾气尘(8．8％)．该地区在非采暖期受土壤风沙尘影响较大：由于旧城区改造的原因，建筑施工较多，造成大量建筑尘的排放，同时也使道路尘有所增加。煤烟尘主要来自工厂。 表5-3主要污染源对一号采样点大气降尘的贡献率5．2．1-2二号样点——儿童公园。二号样点位于市中心，在采暖期，其污染源贡献率最大的是燃煤尘(38．8％)，其次为土壤风沙尘(28．5％)、汽车尾气尘(11．O％)、道路尘(8．8蚴，之后是建筑尘(6．8％)．该样点地处人民大街附近，属于市中心，车流量较大，车速缓慢，机动车尾气污染较其它地区严重．此外该区受城市热岛效应的影响，污染气体较难扩散，易造成严重污染．在非采暖期，二号样点主要受土壤风沙尘的影响，其贡献率达48．6％，其次为建筑尘(13．1％)，该地段兴建高层建筑工程较多是建筑尘贡献率大的原因．燃煤尘贡献率最少，原因是该地段住宅较少，且没有工厂．表5-4主要污染源对=号采样点大气降尘的贡献率5．2．1．3三号样点——劳动公园在冬季采暖期，三号样点燃煤尘贡献率最高，为55．6％，由于该区有一些大型工厂，所以煤烟尘一部分是来自工业燃煤，另一部分来自民用供暖锅炉及小火炉：其次是土壤风沙尘(15．6％)、机动车尾气尘(7．7％)、道路尘(6．1％)和建筑尘(5．9％)。非采暖期，该样点土壤风沙尘贡献率最高，为31．6％，贡献率为27．6％的燃煤尘大部分应该来自该区的工厂；由于近几年城区改造，建筑工地较多，而且载货运输车往返33 频繁，因此建筑尘和道路尘贡献率相对较大，分别为13．6％和12．O％。表5．5主要污染源对三号采样点大气降尘的贡献率5．2．1．4四号样点——食品厂在采暖期，四号样点燃煤尘贡献率为62．8％，占首位，原因是该区处于工业区，上风向热电一厂对本点的影响很大。此外，该地段尚未改造的老城区和棚户区的民用火炉造成了大量煤烟尘的排放。在非采暖期，该样点的燃煤尘贡献率依然最大，为32％，主要是该区的工厂和企业排放大量的工业燃煤尘造成的。其次为土壤风沙尘(29．6％)、建筑尘(16％)、道路尘(8．1％)和机动车尾气尘(5．8呦。表5．6主要污染源对四号采样点大气降尘的贡献率5。2．1．5五号群点——客车厂在采暖期，燃煤尘贡献率最大，达48．1％，主要来自于该区的工厂和集中的住宅；其次为土壤风沙尘(26．5呦、道路尘(6．9％)、机动车尾气尘(6．7％)，最后是建筑尘(2．6％)。·五号样点在非采暖期土壤风沙尘贡献率居首位，为47．00,6，原因是该区处于城市西，部，受城市周边土壤尘影响较大；此外该区属于二环路的下风向，农用机械、长途运输汽车所贡献了较多的道路尘，贡献率为14．2％。M 表5-7主要污染源对五号采样点大气降尘的贡献率编号源类型●—————————————一采暖期非采暖期2号机动车尾气尘疆16596．7％3．25114．6i茎辱辫3157随2．6曩：2．≯5642要5号土壤_嘞陛％．5953辩26鹫嗍，3I。浮’47‘o6号其謦瓠1酝+9．筘j}幺龉u磁；8．15．2．1．6六号样点——净月潭在采暖期，六号样点土壤风沙尘贡献率最大，为48．1％；该区为旅游区，没有工厂，贡献率为5．9％的燃煤尘都来自周边的零星住宅；由于近几年开发了冬季滑雪项目，因此冬季来此游玩的人越来越多，这就造成了汽车尾气尘在采暖期的贡献率也相对较高。为10-2％。一⋯-^土壤风沙尘在非采暖期仍然贡献率蕞岁‰，其次是枫动车尾气尘和道路尘，原因是，旅游旺季游客多，且该景点匾积犬≯需要机动车载送旅客，所以机动车尾气尘和道路尘贡献率较大，分别为20．6％和lZ．6％i‘表5．8主要污染源对兰粤采样点大气降尘的贡献率5．2．2长春市全年大气降尘来源结果，’，j‘‘，，把1号巧号样点的分析结果取均值，结果如表5-9所示。’一；表5-9长春市全年大气降尘来源解析结果’单位：％编号潭类型采瑷期贡献聿非采暖期贡献率全年露献率2号3号4号5号6号机动车尾气尘建筑尘燃蠼尘土壤风沙尘其他8．佗3．9450．0423．647．527．729．1434．5931．14s．07铊甜¨斛酡t¨挎强& 图5-l长春市采暖期和非采暖期各污染源贡献率对比图圈5-2长春市大气降尘中各污染源贡献比例图根据以上结果可以得出以下结论；(1)采暖期长春市大气降尘中各污染源贡献大小依次为：燃煤尘、土壤风沙尘、机动车尾气尘、道路尘和建筑尘，贡献率依次为50．04％、23．“％、S．02％、6．S4*／绷3．92％。燃煤尘是采暖期降尘的主要来源。(2)非采暖期长春市大气降尘中各污染源贡漱大小依次为；土壤风沙尘，燃煤尘、建筑尘、道路尘和机动车尾气尘。土壤风沙尘为非采暖期降尘的主要来源。建筑尘和道路尘较采暖期有所增加，原因是冬季基本没有建筑工程。(3)从全年来看，长春市大气降尘的主要来源是燃煤尘和土壤风沙坐，贡献率分别为34．59％和31．14％，其他污染源的贡献大小依次为：道路尘(9．34％)、建筑尘(9．14％)和机动车尾气尘(7．72％)． 5．3富集因子法结果分析首先根据公式计算出各样点所测元素的富集因子，然后根据富集因子的高低，结合前人对各类污染源的典型捧放物的研究成果来分析各种元素的来源．5．3．1各样点大气降尘元素的富集因子以Al为参比元素，结合于连贵等人对采暖期大气降尘元素富集因子的研究，得出长春市全年各样点大气降尘元素的富集因予见表5—10．表5．10各样点大气降尘元素的富集因子捌霸轴瞳蒜桕誓。窟谁^s如白kFeTiPb．抽cIl元素图5．3各样点大气降尘中元素的富集因子均值图从各采样点均值(图5-3)来看，富集因子大于lO的元素有As和Pb，分别为114．38和25．505，说明这两种元素来源于人为污染源；其余元素均小于lO，富集因子范围在O．678--4．436之问，其中小于l的元素为Mg，说明Mg元素无富集，l~2之间的元素有2502∞言150嚣100500l号243号445号64样点圈5-4大气降尘中As，Pb的富集因子曲线圈37l号2号34445号6号样点田5-5大气降尘中zn，Pb的富集因子曲线图∞幻m∞5；∞∞∞5}帅；}∞mO 32·6h2星1．5捆l0．5O2·52塞1．5嚣10．5Ol号2q3号4q5号6号样点l号2号3号4号5号6号样点图5-6大气降尘中bin、Ca，Fc的富集因子曲线图图5-7大气降尘中Mg，Ti的富集因子曲线图Mn、Ca、Fe、Ti，说明这四种元素轻微富集，2~5之间的元素为Zn和Cu，说明这两种元素中度富集。5．3．2各元素来源分析6个采样点中各种元素的富集因子如图54—5．7所示，运用前人各类污染源的典型排放物的研究成果(表4．2)、长春市污染源实际状况以及与其它城市元素富集因子的比较对各元素来源分析如下：5．3．2．1As元素的来源As元素在各采样点的富集因子平均值达114．38，属极强富集。与其他城市比较，大于常州和兰州，与北京基本持平，但远低于太原。l∞O900∞07∞№600蒙500恤400300200lOOO一豳一__长春常州北京兰州太原图5-8长春市大气降尘中As元素与其他城市比较图缸是燃煤的典型排放物，但是它也可以来源于采矿，因为3价的A5常常被金属硫化物吸洲鲫，这也是太原降尘中A-s元素高于其他几个地区的原因之一。对于长春市来说As元素仅在3号(劳动公园)和5号(客车厂)样点出现，原因是3号样点位于居民区内，且该区平房较多，在采暖期都采取燃煤取暖，造成大量煤烟排放，5号样点为于客车厂附近，该去不仅是工业区，而且也是平房居多的居民区，因此煤烟排放量也较大， 该区燃煤尘包括民用燃煤尘和工业燃煤尘两种。5．3．2．2．Pb元素的来源Pb元素在各样点富集因子的均值为25．5l，属强烈富集．低于青岛、重庆和太原，高于北京、合肥和西安。Pb是汽车尾气的标识元素，但对于矿山城市来说，矿业活动也对Pb的富集有密切关系。青岛降尘中Pb元素的高富集主要是汽车尾气及其他一些燃油过程产生的，而太原市Pb元素的高富集是因为该市为重工业城市，冶金尘、工业燃油尘排放量都很大，而且该市有大量金属矿和煤矿，采矿场的扬尘也是Pb元素富集的重要原因．长春合肥青岛西安北京兰，lI太原图5-9长春市大气降尘中Pb元素与其他城市比较图具体来说，除了6号(净月潭)清洁对照点外，Pb在各个样点的富集都较高，说明长春市大气降尘中的Pb主要是来自汽车尾气，其中2号(儿童公园)样点富集因子值最高，原因是该点位于长春市是中心位置，交通繁忙，因此汽车尾气排放量大。l号和5号样点富集因子相对较小，是因为两个样点偏城郊，交通不太繁忙，因此汽车尾气捧放量也就相对较少．综上所述，长春市大气降尘中的Pb元素的高富集是由于汽车尾气的大量排放造成的．5．3．2．3Cu元素的来源在测试元素中，Cu的富集因子排在第三位，均值为4．436，属中度富集。6号样点未测出该元素，其它样点中l号富集因子最小，为1．42，3号富集因子最大，为8．25．与各个地区相比，比青岛、西安和兰州略大，低于其余城市，其中太原市Cu元素高的原因是该市冶金尘排放量较大．Cu元素主要来源于金属冶炼、垃圾焚烧和燃油、燃煤，也可以来源于含Cu丰富的土壤，富集因子最大的3号样点位于长春市二道区，作为大的居民区，燃煤和垃圾焚烧是该区Cu元素较富集的主要原因，同时也可能是来源于土壤风沙尘。∞Om函蒜杠 7060m50霎40棚3020100____一__翻霸口一■豳一长春合肥青岛西安北京兰，If太原图5．10长春市大气降尘中Cu元素与其他城市比较图53．2。4Zn元素的来源Zn元素在各样点的富集因子平均值为3．38，属于中度富集，与西安市基本持平，低于其他参比城市，如图5-12所示。Zn元素也是工业污染的标识元素，可以来源于冶炼、采矿，还可以来源于垃圾焚烧、燃煤以及土壤。在6个采样点中只有3号和5号有zn元素富集，3号点富集zn元素的原因是大量民用燃煤尘和土壤风沙尘，5号点除了上述两个污染源外，工业冶炼尘也是其污染源之605040儿鬟30棚20Ioo嘲．囝⋯薯豳长春台肥青岛西安北京兰州太原图5．1l长春市大气降尘中Zn元素与其他城市比较图5．3．2．5Fc、Mn、Ca和五元素的来源这4种元素的富集因子均值在l砣之间，都属于轻微富集，说明它们主要可能来源于地壳物质，但是也可能来源于燃煤和金属冶炼，其中Ca元素还可能来源于建筑灰尘及建材。5．3．2．6Mg元素的来源Mg元素在各样点的富集因子均小于1，平均值为O．678，属于无富集，说明该元40 素完全来源于地壳物质。综上所述，长春市大气降尘来源以自然源即土壤风沙尘为主，人为源主要是燃煤尘和汽车尾气尘．从各个功能区来看，居民区和工业区及交通繁忙地段污染元素含量较高，清洁对照区除Pb元素没有其他污染元素富集。5．4两种源解析方法的比较本论文应用CMB法和富集因子法对长春市大气降尘的来源进行了解析，两种方法所得的结果差别不大，但是都有不足之处．CMB法可以定量的分析几种污染源对各样点大气降尘的贡献率，但不能具体确定降尘中元素的来源；富集因子法对数据进行的是双重归一化处理，运用该方法可以减少在采样过程中受风速、风向、样品多寡等可边因素的影响，它可以具体确定降尘中元素的来源，但不能进行定量的分析．用CMB法进行源解析时，最大的困难是确定标识元素，例如对于燃煤尘来说，朋、Fe、面都是重要的组成元素，同时这三种元素在土壤风沙尘中含量也很高，虽然可以把通过模型计算得出的MPIN的绝对值高的元素做为标识元素，但是有一定的局限性．富集因子法只能定性的判断大气降尘中元素的来源，因此其解析结果含有一定的主观因素，如As元素是燃煤尘的标识元素，但是长春市只有两个样点检测到了该元素，因此只根据前人的污染源标识元素的研究成果来分析长春市大气降尘中元素是不全面的。综上所述，本文为了更全面、更准确的确定长春市大气降尘的来源，运用了以上两种方法，从定量和定性的不同侧面对长春市大气降尘的来源进行了解析，因此可以说解析的结果是较全面、较客观的。41 第六章结论及建议6．1主要结论本文收集了长春市近lO年的大气降尘资料，把数据按照季、年分别进行统计分析；对长春市2006年9月-2007年3月的降尘进行粒度分析以及元素含量分析；对污染源样品进行元素测定，结合降尘样品的数据，应用富集因子法和化学质量平衡受体模型(CMB)进行物质来源解析。具体结论如下：(1)长春市10年的降尘量总体变化呈波动下降趋势，其中1996：生．---2002年的7年间，降尘量一直处于波动状态，没有明显的规律，2002到2003年下降幅度很大，为5．87t／kin2·月，以后逐渐平稳，一直维持在12t／k1．n2·月左右的水平上，各年降尘总量变化不大，增减范围在0．53-5．87t／l(!1．n2·月之内；每年二季度的降尘量在全年总降尘量中占较大的比例，一，四季度降尘量总体上低于二季度，高于三季度，三季度是长春市空气质量相对较好的时期。(2)长春市采暖期大气降尘元素含量排序为ha(3．32X104IIg园、Fe(3．25X104l坦彩、Ca(2．17×104Ilg国、Mg(5513．033ug／g)、Ti(2269．5ug／g)、Mn(580．583ug／g)、As(202．951Jg／g,)、zn(130．6ug／g)、Cu(121．54珂g)、Pb(117．72叫g)。非采暖期大气降尘元素含量捧序为Ca、Ai、Mg、Fe、Ti、Z．n、Mn、As、Cu和Pb。由此可见，采暖期和非采暖期大气降尘的元素组成差异不大，Al、Fe、Ca为长春市大气降尘的主要元素。(3)粒度分析结果表明，各采样点的粒度分布曲线形态很相似，且都为三峰和四峰，说明降尘来源比较复杂，其中二号和三号样点为四峰，其他样点为三峰，说明居民区的降尘来源更为复杂。降尘中较粗颗粒占多数，表明降尘的搬运方式是以跃移为主，因此可以说降尘主要来源于周边地区，外来尘较少，且主要是风力和人为活动所致．从各样点粒度特征值来看，降尘粒度的偏态均为正偏，峰度为中等，分选一般；从时间尺度来看，采暖期各月降尘的粒度分布曲线均为三峰型，说明降尘粒径并未因时间不同而有大的变化，而且都不是单一来源。较粗颗粒占多数，说明降尘的搬运方式为跃移，主要来源于周边地区。各月降尘粒度的偏态均为正偏，峰度为中等，分选一般。“)采暖期长春市大气降尘中各污染源贡献大小依次为：燃煤尘、土壤风沙尘、机动车尾气尘、道路尘和建筑尘，燃煤尘是采暖期降尘的主要来源；非采暖期长春市大气降尘中各污染源贡献大小依次为：土壤风沙尘、燃煤尘、建筑尘、道路尘和机动车尾气尘。土壤风沙尘为非采暖期降尘的主要来源，建筑尘和道路尘较采暖期有所增加，原因是冬季基本没有建筑工程。从全年来看，长春市大气降尘的主要来源是燃煤尘和土壤风沙尘，贡献率分别为34．590／,和31．14％，其他污染源的贡献大小依次为：道路尘(9．34％)，建筑尘(9．14％)和机动车尾气尘(7．72％)。(5)长春市大气降尘中，富集因子大于lO的元素有As和Pb，分别为114．38和25．505，42 说明这两种元素来源于人为污染源：其余元素均小于lO，富集因子范围在0．678．-4．436之间，其中小于l的元素为Mg，说明Mg元素无富集，l~2之间的元素有Mn、Ca、Fe、面，说明这四种元素轻微富集，2-5之间的元素为Zn和Cu，说明这两种元素中度富集；长春市大气降尘来源以自然源即土壤风沙尘为主，人为源主要是燃煤尘和汽车尾气尘．从各个功能区来看，居民区和工业区及交通繁忙地段污染元素含量较高，清洁对照区除Pb元素没有其他污染元素富集．(6)应用CMB法解析长春市大气降尘的来源可以定量的分析几种污染源对各采样点大气降尘的贡献，而富集因子法只能定性的分析；但富集因子法可以具体确定降尘中元素的来源，而CMB法则不能，因此将两种方法结合得出的结果应该是较全面、较客观的。6．2污染防治的对策与建议6．2．1污染治理和控制对策的现代模式对污染进行治理和控制应该首先以城市生态建设为基础，加强绿化建设和水域建设，实现社会、经济和环境的可持续发展。在城市生态建设的基础上进行城市综合整治，包括工业布局调整、供热系统的改进以及城市公共基础设旎的建设．在综合治理的同时要加强点源治理，包括浓度控制法、总量控制法、高烟囱政策等。以上这些工作要依靠相关的法律法规已经行政条例来监管和实施。具体模式如图6-l所示。城市生态建设l城市综合治理J单源管理J环境管理绿化建设水域建设社会、经济和环境可持续发展工业布局调整供热系统改进城市公共设施建设浓度控制法，前端、中端、尾端治理高烟囱政策总量控制法，区域、点源允许捧放量法律，法规行政管理条例图6．1污染控制对策的现代模式图H1l 6．2．2污染治理和控制的对策6．2．2．1对燃煤尘污染治理和控制的建议长春市属于我国典型的北方城市，冬季寒冷干燥。煤炭占据能源构成主导地位的状况在长春市已持续了几十年。近年来，随着石油、天然气和水能开发量的增加，煤炭在能源构成中的比例有所减少，但其主导地位仍未改变，已构成长春市采暖期环境污染的主要来源。针对此情况提出以下建议。(1)因地制宜地开发、利用可再生能源，推广使用清洁高效能源，增加电、气在城市终端用能中的比重，使长春市能源结构逐步得到明显改善。扩大液化气、天然气等清洁燃料使用量和使用比例。(2)根据长春市自身的特点，应通过完成和推广一批示范项目，使城市在节能、提高能源利用效率、清洁能源利用、煤的清洁利用等方面的技术水平得到显著提高。(3)在城市人口居住密集及活动频繁地区建立无燃煤区。“)彻底淘汰能源利用效率低、严重污染大气环境的设备(5)在建筑工程中应用和推广节能技术，降低住宅能耗；建设节能型住宅小区工程。(6)有计划地推广低硫、低灰份优质煤的使用，用优质煤替代劣质煤，控制煤烟型污染；逐步减少原煤的直接使用，积极推广使用型煤。(7)城市中棚户区居民在冬季仍一家一户的分散型小煤炉和小锅炉为主，供热效率低，耗煤量相对较大，属于低空排放，形成了长春市面源方式的大气污染。通过城市改造，减少棚户区面积；有条件的地方应将分散供热改为集中供热(8)迸一步扩大集中供燕面积，合理优化供热布局，减少能耗，提高供热水平和供热效率，同时也便于管理部f]N强对除尘装置的使用和管理。据有关资料报道，普通链条锅炉的热效率在570／一70％之间，而集中供热采用的大锅炉的热效率普遍可以达到90％以上。这样可以大大降低单位采暖面积燃煤的消耗量，从而降低污染物的排放量。锅炉的超标排放除了锅炉的自身原因外，即使安装了合格的除尘器也达不到设计指标。经分析主要原因为：①不能正确使用除尘器；②不重视除尘器的管理；③选用的除尘器不合适；④不能正确控制锅炉的燃烧状况。采取集中供热的措施使污染物分散排放变为集中排放，大大减少了除尘装置的数量，便于管理部门有针对性地加强管理。(9)采暖期期间应加强对原煤、粉煤灰、煤渣的贮存及运输的管理，避免引起二次扬尘。(10)建立健全城市能源环保建设的管理体系和服务体系；制定推广使用清洁能源的经济政策和管理措施。 6⋯222土壤风沙治理建议长春市春秋两季干旱、少雨，土质疏松，风力较大，在4．--5级以上时，极易引起扬沙天气。通过风力的运输，土壤风沙源源不断地从四周郊区进入城市市区，在非采暖期期间，土壤风沙的贡献值居高不下．对土壤风沙尘的治理应采取以下措施。(1)长春市区生态系统较脆弱，全市周边的林业覆盖率还不高，植被质量较差．原有的防护林已不足以抵御土壤风沙尘的侵袭，应建设高标准的农田防护林网，在长春市的周边地区形成多重绿色屏障。(2)加强市区内的绿化建设，增大长春市的绿地面积，最大限度地减少裸露地面，使市区内土壤风沙得到控制。(3)恢复和增加城市水域面积。城市中的水域是唯一不起尘的地域，而且还具有吸尘、降尘，增加市区内的空气湿度和调节城市气候的重要作用，是城市生态平衡的重要因素．对于已破坏的池塘和湖泊应及时恢复；对现存的水域应及时清淤，增加其蓄水量，合理地最大限度地增加长春市的水域面积．6．2．2．3道路及机动车尾气尘的控制建议随着长春市经济的不断发展，应加大道路建设和改造的力度，一些街道仍然存在路况较差的情况，急需进一步的治理和改造。(1)目前市区内多条道路同时新建、扩建，路中或路旁积土很多，机动车过后或在春季大风季节，污染严重。建议改为分段封闭施工方式，最大限度地缩短施工工期，及时对多余土方进行清运，避免道路积土太多．(2)道路两侧裸露地面应铺设方砖或者种植草坪，尤其在城郊结合部道路裸露面积很多，应动员全社会的力量有计划、有步骤地进行绿化、硬化、美化路面的工作。(3)加大道路的清扫力度，对市区内的主要街道实现机械化清扫，并逐步扩大机械化清扫面积，替代落后的手工清扫方式。主要干道要经常洒水．沿街单位切实落实“门前三包”，做到责任区内无尘土、无垃圾。(4)加强对易撤尘车辆的管理。对进入市区的车辆进行清洗，防止输入外来尘．在市区内，对于运输固体废弃物(渣土、煤炭、煤灰、灰土、垃圾)及建筑材料等车辆应进行封闭运输，防止撒落，有关部门对此种车辆应该限道、限时运行．随着我国经济的持续高速发展和轿车逐渐进入家庭，中国机动车的保有量正以前所未有的速度迅速增长，近十年来长春市机动车年增长速度达20．9％，机动车尾气所造成的环境污染也在日趋严重。为了减轻机动车尾气污染趋势，必须强化对机动车污染排放的监督和管理．(1)加强对机动车捧气的监督和检查，车辆应定期进行维修、保养，对于车况较差或已到报废期的车辆应及时淘汰、更新。(2)鼓励发展清洁燃料车的公共交通系统；2002年lO月长春市轻轨投入运营后，缓解了长春市西部的交通压力，也减轻了机动车尾气排放对环境的污染。(3)完善道路交通管理系统，避免交通阻塞，使车辆在市区畅通无阻。(4)继续取缔马路市场。部分业主在主干道摆摊占道，造成交通阻塞，使机动车尾45 气尘污染严重。个别人环境意识较差，乱泼乱倒，给环境清理、管理造成困难。6．2．2．4建筑尘的治理建议近年来长春市加大了城市建设的力度，尤其是对棚户区改造，因此大量的建筑工程造成了建筑尘的增加，对于建筑尘的治理应该遵循一下几点。(1)加强施工场地环境监理施工单位在施工前必须到环保行政主管部门提出施工申请，环保行政主管部门提出环境保护的具体要求后，方可开工建设。施工单位在施工预算投资中要有防治扬尘的专项资金，用于施工期的建筑尘控制．施工单位设立专职环保管理员，负责施工现场的环境管理和建筑扬尘污染的控制工作，建设及环境管理部门必须加大施工现场环境监理力度，必要时安排有关人员进行现场监理指导。(2)拆迁后的土地管理拆迁后的土地应立即采取防治建筑扬尘的措旌。拆迁后3个月内不施工的工地要进行简易绿化，超过一年而未建的闲置土地，由建设行政主管部门报请政府部门批准收回土地并责令园林部门绿化。长春市近几年正在进行治理“三小”(小作坊、小档口、小娱乐场所)，美化市容，但是“三小”拆除后的空地应及时清理，种植草坪或铺设方砖，避免扬尘污染。(3)加强施工现场的管理，防止施工过程中的建筑扬尘。①旅工场地周围要进行商标准围挡。临时施工场地采用挡板围挡，旖工期在半年以上的采用砌砖围挡，围挡高度不低于1．8米；②旄工墙面也要有围网或挡板遮挡，采取封闭施工方式，围挡一段、施工一段，严禁敞开式作业；③施工现场道路须采取临时硬化方式，并对施工场地以及需回填的土方表面洒水、硬化处理或用覆盖剂覆盖，施工期料土堆放整齐，及时洒水，工地内外无垃圾、余土，以减轻施工扬尘；④施工现场的垃圾、渣土、砂石等应及时清运，运输渣土的车辆要进行遮盖，驶离施工区域前，要对车辆外部及车轮进行清扫，防止泥土带出现场；严禁在施工现场熔融沥青、毛毡等有害物质；⑤春季及其他季节遇有4~5级以上大风天气时，市区所有施工工地均应停止土方施工．(4)建筑旌工使用商品混凝土长春市市区的建筑施工要强制推行使用商品混凝土直接浇注方式，禁止使用袋装水泥和在施工现场搅拌。(5)施工完毕及时清理现场建设项目施工完毕后应及时清理弃土，严禁在城市道路上堆放弃土．并对建设项目周围破坏的绿地以及人行道路进行恢复。6．2．3长春市空气污染综合整治的建议和对策(1)产业和产品结构调整46 根据长春市的实际情况，工业结构应从劳动密集型向经济技术、高附加行业转变，充分发挥经济技术开发区、高新技术产业开发区和净月旅游开发区的优势，积极引进培育高新产业，推行清洁生产。在长春市的经济发展定位上，积极发展汽车、生物制药、光电子、农副产品深加工等新型环保支柱产业，促进城市的可持续发展．同时，在对城区内老污染源上按照区别对待、突出重点的原则，实施。退二进三”，“出城进郊”的产业结构布局调整．把工业重心转向城区之外。(2)加大治理措施应从防治烟灰污染、控制土壤风沙尘和扬尘等方面入手，大力推广集中供热和热电联产供热、引进天然气．提高煤制气技术，使长春市的城市热化率和气化率逐年提高．市政府应对露天食品加工、建筑施工、街道清扫、垃圾清运等都做出明确规定，特别是在开发施工建设中，应实施城区外围搅拌，封闭运输，以减轻二次污染。加强对机动车排气污染的防治，减少汽车尾气对大气的污染．实施“蓝天工程”，使长春市的天空更蓝，空气更清新．(3)加大绿化面积经过全市多年的不懈努力，长春市的绿化工作已经有了一定的基础。继续对环城高速公路两侧的绿化带进行管理和建设，消灭市区内的裸露地面，恢复和增加城市水域面积，对进一步提高城市的生态环境质量。(4)加强城市管理长春市应继续开展马路市场入室，禁止马车进城，禁止露天食品加工．对老城区进行拆迁改造时应加大执法力度，严格履行拆除违章、临时建筑，退地还绿的原则。在拆除“三小”违章、临时建筑的同时，对继续对街道进行改造和建设．(5)建立社会监督机制环境保护是一项社会工作，市政府应充分发动群众，广泛宣传，让全社会都自觉参与到其中。在开展空气污染综合治理工作中，应把这项工作与广大市民的切身利益相结合，通过全社会宣传、建立社会监督机制，把人民群众的积极性、创造性引导到空气污染综合整治工作中来．通过广大市民的积极参与，促进环保工作的进一步发展． 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