供暖对兰州大气PM10与其中重金属分布规律影响的监测分析*

2016-10-31范宁云张会妮王宁孙缨泽刘晋宇

甘肃科技 2016年6期

关键词：兰州市颗粒物大气

范宁云，张会妮△，王宁，孙缨泽，刘晋宇

（1.甘肃省分析测试中心，甘肃　兰州　730000；2.西南大学化学化工学院，重庆　北碚　400700）

供暖对兰州大气PM10与其中重金属分布规律影响的监测分析*

范宁云1，张会妮1△，王宁1，孙缨泽1，刘晋宇2

（1.甘肃省分析测试中心，甘肃兰州730000；2.西南大学化学化工学院，重庆北碚400700）

通过合理布置采样点，对兰州市2013年和2014年供暖前中后大气污染物PM10中8种重金属As、Hg、Pb、Cd、Cr、Zn、Ni、Cu含量进行监测，并与PM10含量进行对比分析，得出PM10中重金属的分布规律、PM10与重金属分布规律之间的关系，以便了解供暖期间产生的废气和烟尘对兰州大气环境PM10中重金属分布规律的影响。结果表明在兰州市2013-2014年供暖前中后，大气污染物PM10中重金属含量变动情况均较为明显，供暖期铅、镉、铬、铜的污染较大，且城关区Cr和Pb污染大于安宁区；供暖前中后PM10中权重较大的重金属元素类别有所区别，但3个采样期Ni都占有较大的权重，As、Hg都占有较小的权重，说明PM10受Ni影响较大，几乎不受As、Hg的影响；PM10含量增大或减少时，附着在其上的重金属含量并未随之增大或减少。上述结果为改善兰州市供暖环境和治理大气污染提供一定的理论依据。

供暖；PM10；重金属分布规律；权重分析

大气颗粒物是大气环境中组成最复杂，危害最大的污染物之一。可吸入颗粒物（PM10）作为大气颗粒物的主要分类，因其粒径较小，在环境中滞留时间较长，更易进入人体。PM10作为大气环境中各种污染物的传输载体，可对机体呼吸系统、心脏及血液系统、生殖系统和内分泌系统等造成广泛的损伤［1］。吸附在PM10上的重金属由于具有不可降解性而对环境构成潜在威胁。据报道，大约75%～90%的重金属分布在大气可吸入颗粒物（PM10）中［2］。重金属元素铅、汞等具有化学毒性，通过呼吸进入人体后，可造成各种人体机能障碍，导致身体发育迟缓，甚至引发各种癌症和心脏病等［3-6］，直接影响人类健康。PM10已成为世界各国环境保护组织首选的污染物监测对象。

兰州市位于狭长的河谷地带，在冬季供暖期间，受煤炭燃烧供暖和大陆季风的影响，雾霾天气频繁出现，使得兰州的空气质量进一步恶化。已有学者对兰州部分区域大气污染物PM10中部分重金属分布特征进行了研究［7-9］。在国内也有学者对采暖期空气PM10中重金属分布特征进行了研究［10-11］，但对兰州市供暖前中后三期PM10中重金属分布规律进行系统分析，并对PM10含量与重金属分布之间关系的研究还鲜见报道。本文对兰州市供暖前、供暖期和供暖后三个阶段环境空气的主要污染物PM10中As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni分布规律及其对PM10贡献大小进行系统的监测和分析，并对PM10含量与8种重金属分布之间的关系进行了探讨，以便了解供暖对兰州市空气影响程度，为兰州市大气中重金属污染的治理提供一定的理论依据和指导。

1　样品采集和分析

1.1采样点、采样时间和检验方法的确定

1.1.1采样点确定

本实验设计兰州市内采样点3个，其中城关区2个采样点，安宁区1个采样点。1号点分别位于甘肃省分析测试中心家属院内；2号点位于雁滩新港城住宅小区，3号点位于安宁区枣林住宅小区。

1.1.2采样时间确定

由于兰州市的供暖期为每年11月份至次年3月份，本实验供暖前、供暖期和供暖后三阶段采样时间分别为2013年9月份、2014年2月份和2013年4月份，每个阶段采样天数为7d，每天的采样时间不少于12h。

1.1.3检测方法确定

Pb选用石墨炉原子吸收光度法、Cd、Cr、Zn、Ni、Cu选用火焰原子吸收光度法、As和Hg选用氢化物发生-原子荧光光度法进行检验。

1.2仪器

TH-3150大气与颗粒物组合采样器由青岛崂山电子仪器总厂生产；SK-2003原子荧光分析仪计由北京金索坤技术开发有限公司生产；Zeenit700原子吸收光谱仪由德国耶拿分析仪器股份公司生产；DKQ-1000智能控温电加热器由上海屹尧仪器科技发展有限公司生产；微波消解仪由上海屹尧仪器科技发展有限公司生产；AE200电子天平由瑞士梅特勒-托利多集团生产。

1.3样品处理与测定

1.3.1PM10中Pb、Cd、Cr、Zn、Ni、Cu样品处理与测定

将样品滤膜分成均匀的两份，将其中的一份撕成小碎片放入聚四氟乙烯坩埚中，加入15mL浓硝酸和3mL氢氟酸，放置过夜，在智能温控电加热器（设置温度为200℃）进行消化48h，同时及时补充浓硝酸。将聚四氟乙烯坩埚中的硝酸赶尽。用高纯水溶解，过滤在50mL容量瓶中并定容。此溶液用于测定PM10中Pb、Cd、Cr、Zn、Ni、Cu金属。空白试验选取同批次的滤膜进行消化处理。采用原子吸收光谱仪进行PM10中Pb、Cd、Cr、Zn、Ni、Cu的测定。

1.3.2PM10中As、Hg样品处理与测定

将另一份样品滤膜撕成小碎片放入聚四氟乙烯消解罐中，加入10mL浓硝酸和1mL氢氟酸，在2.0MPa下微波消解5min，冷却后，取出消解罐，将溶液过滤转移在50mL容量瓶中，反复用高纯水冲洗消解罐和滤纸。空白试验选取同批次的滤膜进行消化处理。采用原子荧光分析仪进行PM10中As、Hg的测定。

2　结果与分析

2.1PM10中重金属质量浓度主要分布区域

1-3号采样点大气污染物PM10及附着在其中的重金属质量浓度均为扣除空白值后的结果，其主要分布区域统计详见表1～3。

表1　1号采样点PM10及附着在其中的八种重金属质量浓度主要分布区域统计

表2　2号采样点PM10及附着在其中的八种重金属质量浓度主要分布区域统计表

表3　3号采样点PM10及附着在其中的8种重金属质量浓度主要分布区域统计

2.2不同采样期PM10各重金属分布规律

由表1～3可知，附着在PM10上的重金属质量浓度随采样期变化明显。1号点同一重金属供暖前、供暖期和供暖后三期比较，供暖期质量浓度最高的是Cu、Cr、Cd、Pb。供暖后质量浓度最高的是Zn、Ni、Hg。供暖前质量浓度最高的是As。2、3号点同一重金属供暖前、供暖期和供暖后三期比较，供暖期质量浓度最高的是Cu、Cr、Cd、Ni、Pb。供暖后质量浓度最高的是As、Hg。供暖前质量浓度最高的是Zn。3个采样点供暖期质量浓度最高的重金属都有Cu、Cr、Cd、Pb，且1、2号点Cr和Pb质量浓度均明显高于3号点。

2.3PM10各重金属的权重分析

由表1～3可知，比较分析供暖前中后附着在PM10中权重较大的重金属，可以得出结论，供暖前：1号点是As、Ni、Cu、Zn、Cd，2号点是Ni、Cu、Zn、Cr、Pb，3号点是Ni、Cu、Zn、Cr，三个采样点都有Ni、Cu、Zn。供暖期：1号点是Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb，2号点是Cr、Ni、Cu、Cd、Pb，3号点是Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb，三个采样点都有Cr、Ni、Cu、Cd、Pb。供暖后：1号点是Ni、Zn、Cr，2号点是Ni、Cu、Zn，3号点是Ni、Cu、Zn，三个采样点都有Ni、Zn。供暖前大气污染物PM10中主要是以Ni、Cu、Zn组成，供暖期大气污染物PM10中主要是以Cr、Ni、Cu、Cd、Pb组成，供暖后大气污染物PM10中主要是以Ni、Zn组成。所采样品PM10中Ni都占有较大的权重，因为镍可以在土壤中富集，所以镍含量较高可能与镍矿开采或大气降尘有关。As、Hg含量除1号点As供暖前较高外，其余均较低，可见大气污染物PM10几乎不受As、Hg的影响。

2.4PM10与各重金属之间的关系分析

PM10是供暖前最高、供暖期次之、供暖后最低，而八种重金属除As、Hg含量较低不做对比外，其余6种重金属质量浓度均和PM10变化规律不一致。表明，当PM10增大或减少时，所监测的这6种重金属含量并没随之增大或减小。

另外，本实验设计采样时间为早上7点到晚上7点，12h的采样时间均为白天，所以，此次检测数据只能表征兰州市白天的空气状况，由于夜间出行车量较少，工业企业很少生产，检测结果可能比24h采样偏高。