大氣懸浮顆粒物的檢測(cè)與治理

1、南京江寧地區(qū)人氣懸浮顆粒物的檢測(cè)與治理0841311栗政中文摘要：本文主要介紹懸浮顆粒物的定義，來(lái)源及其對(duì)人體的危害；懸浮顆粒物的檢測(cè)方法及其發(fā)展；對(duì)江寧區(qū)的空氣懸浮物含量的簡(jiǎn)單測(cè)定；懸浮物的防治措施。中文關(guān)鍵詞：懸浮顆粒物，檢測(cè)方法，測(cè)定，防治英文摘要：Thispaperintroducethedefination,theorginofTSPandtheharmtohuman;testingandanalyzingmethodsofatmosphericsuspensibleparticlesinChina;mesureingthecontentofTSPinJingning;measure

2、sforpreventTSP。英文關(guān)鍵詞：TSP,analyzingmethods,mesuring,preventiono前言：大氣懸浮顆粒物（也稱氣溶膠）是評(píng)價(jià)大氣質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。隨著我國(guó)工業(yè)化和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大氣懸浮顆粒物對(duì)大氣環(huán)境的影響越來(lái)越大，對(duì)它的監(jiān)測(cè)、分析和研究是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)工作的熱點(diǎn)。大氣中的懸浮顆粒污染物，特別是細(xì)小顆粒對(duì)人的健康損壞極大，各種呼吸道疾病的產(chǎn)生，無(wú)不與它有關(guān)。此外懸浮顆粒污染物對(duì)環(huán)境也有嚴(yán)重的影響，對(duì)大氣懸浮顆粒物的時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)必不可少，治理懸浮顆粒污染物對(duì)保護(hù)自然、保護(hù)人類十分重要。1 .懸浮顆粒物1.1 來(lái)源懸浮顆粒物是懸浮于大氣中的固體、液體顆粒狀

3、物質(zhì)的總稱。大氣懸浮顆粒物的形狀、密度、粒徑大小，光、電、磁學(xué)等物理性質(zhì)及化學(xué)組成，隨其形成和來(lái)源的不同有很大差異，可分為一次顆粒物和二次顆粒物。實(shí)際大氣中的懸浮顆粒物往往是有許多不同化學(xué)組成、不同粒徑的顆粒聚集在一起的混合體。所以它沒(méi)有恒定的化學(xué)計(jì)量的組成。在城市大氣懸浮顆粒物中發(fā)現(xiàn)有幾十種金屬、非金屬元素和幾百種有機(jī)化合物。從懸浮顆粒物的來(lái)源，可分為天然來(lái)源，如土壤塵、火山灰霧、海洋浪沫，一般為粗顆粒（粒徑大約1500dm）;人為來(lái)源，如工業(yè)排放的粉塵、化石燃料燃燒的煙塵、汽車(chē)排氣中的顆粒物以及農(nóng)藥噴霧、噴氣式飛機(jī)的排放物等。1.2 粒徑分布懸浮在空氣中的固體或液體微粒，統(tǒng)稱為總懸浮顆粒物

4、（TSP）,其直徑在100微米以下。這些顆粒物的個(gè)頭大小不一，直徑小于10微米（大約相當(dāng)小于一粒米的百分之一）的稱為可吸入顆粒物也可表示為PM10或IP。因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^(guò)呼吸空氣進(jìn)入呼吸系統(tǒng)并在那里積累，對(duì)人體的危害很大。直徑小于2.5微米的稱為“細(xì)”粒子（PM2.5）,直徑在2.510微米的稱為粗粒子。目前北京市公布的大氣環(huán)境質(zhì)量中的可吸入顆粒物是PM10.1.3 危害無(wú)論是細(xì)粒子還是粗粒子都能在呼吸系統(tǒng)內(nèi)積累，引發(fā)一系列健康問(wèn)題。粗粒子可以加重哮喘病等呼吸疾病病情。細(xì)粒子可以引發(fā)多種嚴(yán)重的健康問(wèn)題，包括過(guò)早死亡。不管時(shí)間是長(zhǎng)（例如一年或更長(zhǎng)）是短（例如一天），呼吸顆粒物污染的空氣都會(huì)對(duì)健康

5、造成不利的影響。哮喘病、慢性梗阻性肺病、充血性心臟病和缺血性心臟病等心肺疾病患者，特別是老年患者，暴露于顆粒物，其門(mén)診和急診次數(shù)增多，過(guò)早死亡的風(fēng)險(xiǎn)增大。兒童和肺病患者暴露于顆粒物，其呼吸不能像平常那樣深或有力，還會(huì)出現(xiàn)咳嗽和呼吸急促等癥狀。顆粒物能夠增加呼吸道感染的機(jī)會(huì)，加重哮喘病和慢性支氣管炎等呼吸道疾病病情。2 .懸浮顆粒物的檢測(cè)2.1 顆粒物的分析方法大氣懸浮顆粒物分析研究方法種類很多，分析原理和技術(shù)各不相同，每種方法都有不同的檢測(cè)對(duì)象、精確度及適用范圍?？偡治龇椒w粒物總分析方法適用于對(duì)樣品的整體分析，可以得到其化學(xué)組成及形態(tài)、粒度分析、濃度水平及季節(jié)變化、來(lái)源、貢獻(xiàn)等信息，它大體分

6、為化學(xué)分析方法和儀器分析方法。化學(xué)方法以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，依賴對(duì)象的重量或容量分析，得到顆粒物的成分及其含量，是經(jīng)典的檢測(cè)分析大氣顆粒物的方法。但操作麻煩，靈敏度低，耗時(shí)長(zhǎng)。儀器分析方法針對(duì)顆粒物不同的組分和檢測(cè)內(nèi)容，可采取不同的分析儀器。儀器分析方法主要有化學(xué)元素分析法、有機(jī)物分析法和粒徑分布分析法等。從大氣化學(xué)元素分析中可以得到很多污染源判別的信息，應(yīng)用儀器檢測(cè)的方法有很多：熱核反應(yīng)器、原子吸收光譜儀、X射線粉末衍射、X射線熒光光譜法（XRF）、掃描核探針（SNM）和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模式識(shí)別方法相結(jié)合、中子活化（NAA）、等離子體發(fā)射光譜（ICP）,質(zhì)子熒光法（PIXE）等。這些方法可

7、以很好地對(duì)顆粒物中的化學(xué)元素進(jìn)行定性或定量的檢測(cè)，但每一種可檢測(cè)不同元素且檢測(cè)靈敏度都有差異。對(duì)于特定源污染檢測(cè)，可以根據(jù)源判別知識(shí)來(lái)選擇相應(yīng)的分析儀器。其中XRF和PIXE對(duì)樣品的破壞很少，樣品分析后還可以用于其他測(cè)量。大氣顆粒物中還含有水溶性離子，陽(yáng)離子，如Na+、K+、Ca2+和Mg2+等一般用原子吸收法進(jìn)行測(cè)量，而陰離子，如SO42-、NO3-等一般采用離子色譜進(jìn)行測(cè)量?，F(xiàn)在檢測(cè)大氣有機(jī)物技術(shù)中比較成熟的技術(shù)有氣相色譜（GC）、高效液相色譜（HPLC）、氣-質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）和液-質(zhì)聯(lián)用（HPLC-MS）°GC對(duì)相對(duì)分子量較小的多環(huán)芳煌（PAHS）能達(dá)到很高的靈敏度和分離效

8、果。HPLC可以在室溫工作，不但可以檢測(cè)到小分子的PAHS,還可以對(duì)高溫時(shí)不穩(wěn)定的PAHS檢測(cè)，所以HPLC測(cè)量PAHS的相對(duì)分子量范圍要比GC法廣。GC-MS結(jié)合了GC分離效果高和MS鑒定能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，是廣泛使用的大氣顆粒物檢測(cè)技術(shù)。但GC-MS對(duì)于極性基團(tuán)的PAHS難以檢測(cè)，而HPLC-MS在這方面更有優(yōu)勢(shì)。顆粒物的粒徑分布信息也是分析的重點(diǎn)之一。目前，對(duì)顆粒物粒度的分析技術(shù)有多種，主要包括圖像分析法、沉降法、電感法、光學(xué)散射分析法等，其中利用激光散射進(jìn)行顆粒粒度分析已得到廣泛的應(yīng)用。這些方法的特點(diǎn)、原理和適用范圍比較如表1所示。表1顆粒粒度的分析方法方法原理適用范圍激光散射法當(dāng)光照射到不

9、向粒徑顆粒物時(shí)產(chǎn)生散射，根據(jù)不同散射角度確定粒度分布11000沉降法顆粒物受重力作用自然沉降或利用高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)離心沉降微米級(jí)電感應(yīng)法電解液中的顆粒物通過(guò)帶后電極的小孔時(shí)，得到的脈沖振幅與顆粒的體積成正比0.6400dm電泳法利用顆粒物在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的遷移率大小來(lái)計(jì)算粒度分布人于111m計(jì)算機(jī)圖像法獲得粒子的圖像后，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理和分析，得到顆粒粒徑分布大丁2pm（光學(xué)顯效鏡）小于2m（電子顯微鏡）單粒子分析方法單個(gè)顆粒物一般是指大氣中粒度范圍在5納米至幾個(gè)微米之間的顆粒，單顆粒物的形態(tài)和化學(xué)組成蘊(yùn)涵著豐富的環(huán)境信息。對(duì)單個(gè)粒子的檢測(cè)是近十年來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，主要應(yīng)用電子束技術(shù)，質(zhì)子/核子束技術(shù)及激

10、光微探針質(zhì)譜等，其基本思路是一樣的，就是用高能量的激光或加熱的表面將單個(gè)顆粒物擊為碎片離子，接著用飛行時(shí)間質(zhì)譜（TOFMS）在真空中檢測(cè)碎片離子。采用電子束技術(shù)的主要方法有掃描電子顯微鏡（SEM）和點(diǎn)子探針X射線分析（EPXMA）。董樹(shù)屏等利用SEM識(shí)別廣州大氣顆粒物主要種類并對(duì)其進(jìn)行來(lái)源分析。在質(zhì)子/核子束技術(shù)應(yīng)用方面，仇志軍等利用核探針對(duì)單顆粒物進(jìn)行了研究，建立了單顆粒指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。李曉林等將高分辨、高靈敏的掃描核探針（SNM）技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模式識(shí)別方法相結(jié)合，以單個(gè)氣溶膠顆粒物化學(xué)表征為基礎(chǔ)，對(duì)大氣氣溶膠源識(shí)別與解析的新方法做了研究。應(yīng)用其他技術(shù)來(lái)檢測(cè)單個(gè)顆粒物的方法有：傅立

11、葉紅外光譜（FTIP）和二次離子質(zhì)譜（SIMS）。（3）預(yù)處理方法樣品采集及預(yù)處理方法的選取直接影響分析結(jié)果的檢測(cè)限和可靠性。顆粒物樣品的采集一般采用專用的采樣器，有大流量、中流量或小流量，并附有各種顆粒切割器供選擇。選用的濾膜有聚氯乙烯、玻璃纖維濾膜或石英濾膜等，它們有不同的透氣孔徑和使用溫度。采集樣品后，對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理。在大氣中TSP分析中，濃縮和提取的方法一般采用經(jīng)典的索氏和超聲波提取，各有優(yōu)缺點(diǎn)，索氏提取是最公認(rèn)的比較完全提取有機(jī)物的方法，但有耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)；超聲波提取具有簡(jiǎn)便、快速等優(yōu)點(diǎn)，但與索氏連續(xù)提取相比，回收率略低。還有近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的超臨界流體萃取技術(shù)（SPE）和超臨界體

12、色譜（SFC）,萃取的總耗時(shí)不超過(guò)一小時(shí)，與索氏比較，時(shí)間大大減少，而且收集液直接用于分析，簡(jiǎn)化濃縮處理步驟，使用溫度較低，避免了熱不穩(wěn)定化合物的損失。也有使用熱脫附使大氣顆粒物的污染物直接氣化，從而直接進(jìn)樣，不需要溶劑，但由于溫度較高，有可能使污染物中的某些成分分解。大氣顆粒物研究與人類健康密切相關(guān)，隨著大氣顆粒物研究的不斷深入，已從一般的無(wú)機(jī)元素的組分分析到有機(jī)成分分析，焦點(diǎn)集中在PAHS的研究上；從總體顆粒物的表征到單個(gè)顆粒物分析，研究的尺度從宏觀的觀測(cè)到微觀檢測(cè)，從微米到亞微米，甚至向納米2級(jí)的粒度發(fā)展；研究的區(qū)域從小區(qū)域的室外大氣環(huán)境檢測(cè)到大區(qū)域、全球環(huán)境氣候變化研究方向發(fā)展，另一方

13、面現(xiàn)代的室內(nèi)顆粒物及氣體污染監(jiān)控也成為研究熱點(diǎn)，這與人們的日常生活緊密相連；大氣顆粒物研究的領(lǐng)域日趨廣泛，涉及地質(zhì)（地理因素）、化學(xué)、物理（氣溶膠的運(yùn)動(dòng)規(guī)律）、生物（生物污染）等領(lǐng)域。隨著研究?jī)?nèi)容的不斷擴(kuò)大和深入，研究的手段變得多樣化，大氣顆粒物的分析測(cè)試技術(shù)也相應(yīng)地在不斷改進(jìn)和提高。2.2南京江寧地區(qū)懸浮顆粒物的檢測(cè)：由南京環(huán)保網(wǎng)了解到南京市顆粒物污染嚴(yán)重，PM_（10）、PM_（2.5）的超標(biāo)率分別達(dá)到了65%、85%;顆粒物濃度季節(jié)變化大，11月污染物濃度明顯大于8月，PM_（10）、PM_（2.5）分別相差168.44g/m3190.1科g/m3;PM_（10）中PM_（2.5）比重較

14、大，大約為75.9%,對(duì)人體健康潛在危害大。顆粒物質(zhì)對(duì)人類和動(dòng)物的毒性作用可通過(guò)三個(gè)方面表現(xiàn)出來(lái)：（1）由顆粒物質(zhì)本身的化學(xué)和物理特性決定的內(nèi)在毒性，如有毒顆粒石棉、BeO、Pb、Cd、As、Hg、H2SO4及多環(huán)芳煌等；（2）吸入顆粒物質(zhì)后對(duì)呼吸道清理機(jī)制的干擾；（3）由于顆粒物質(zhì)表面攜帶和吸附了有毒物質(zhì)而帶來(lái)的毒性，如煤煙是一種良好的吸附劑，常常會(huì)吸附象SO2那樣的有害氣體。大氣中顆粒物質(zhì)的測(cè)定項(xiàng)目有：總懸浮顆粒物的測(cè)定、可吸入顆粒物（飄塵）濃度及粒度分布的測(cè)定、自然降塵量的測(cè)定、顆粒物中化學(xué)組分的測(cè)定。下面是對(duì)懸浮顆粒物的檢測(cè)：采樣地點(diǎn)：江寧東部采樣時(shí)間：2009.11實(shí)驗(yàn)儀器：0 .Q

15、G-100型TSP切割器：本切割器與KB-120系列抽氣泵配套使用。主要技術(shù)參數(shù)：采樣流量：100L/min濾膜有效直徑：（）80mmTSP采樣口流速：0.3m/s切割粒徑：100dm1 .分析天平實(shí)驗(yàn)原理：用抽氣動(dòng)力抽取一定體積的空氣通過(guò)以恒重的濾膜，則空氣中的總懸浮顆粒物被阻留在濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜重量之差及采樣體積，即可計(jì)算TSP的濃度。濾膜經(jīng)處理后，可進(jìn)行化學(xué)組份的分析。根據(jù)采樣流量不同分為大流量、中流量和小流量采樣法，本實(shí)驗(yàn)采取重流量采樣法。采樣器在使用期內(nèi)，每月應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)孔口流量校準(zhǔn)器串接在采樣器前，在模擬采樣狀態(tài)下，進(jìn)行不同采樣流量值的校驗(yàn)。依據(jù)孔口校準(zhǔn)器的標(biāo)準(zhǔn)流量曲線值標(biāo)定采

16、樣器的流量曲線，以便由采樣器壓力計(jì)的壓差值直接的值采氣流量。實(shí)驗(yàn)步驟：.用孔口流量計(jì)校正采樣器的流量。.濾膜準(zhǔn)備：首先用X光看片機(jī)檢查濾膜是否有針孔或其他缺陷，然后放在恒溫恒濕箱中于1530c任一點(diǎn)平衡24h,并在此平衡條件下稱重W1（精確到0.1mg）,幾下平衡溫度和濾膜重量，將其平放在濾膜袋或盒內(nèi)，.采樣：取出稱過(guò)的濾膜平放在采樣器采樣頭內(nèi)的濾膜支持網(wǎng)上（絨面向上），用濾膜夾夾緊。以100L/min流量采樣1h,記錄采樣流量和現(xiàn)場(chǎng)的溫度及大氣壓。用鐐子輕輕取出濾膜，縱面向里對(duì)折，放入濾膜袋中。.稱量和計(jì)算：將采樣濾膜在與空白濾膜相同的平衡條件下平衡24h后，用分析天平稱量（精確到0.1mg

17、）,記下重量W2,按下式計(jì)算TSP含量：W1實(shí)驗(yàn)后的濾膜質(zhì)量（mg）W1實(shí)驗(yàn)前的濾膜質(zhì)量（mg）Qn標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的采樣流量（m3/min）t采樣時(shí)間（min）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理：.數(shù)據(jù)記錄：W1=359.65mg,W0=357.65mg,Q=100L/min,t=1h.（其中W1,W0位兩次測(cè)量平均值）。.數(shù)據(jù)處理：根據(jù)上式得：TSP含量=2X10-3/60*100*10-3=0.33*10-3mg/m3實(shí)驗(yàn)討論與體會(huì)：雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)無(wú)論從實(shí)驗(yàn)步驟上還是從實(shí)驗(yàn)原理上都比較簡(jiǎn)單，但是我從中的收獲也是不少的，主要包括以下幾個(gè)方面：（1）要實(shí)事求是，尊重事實(shí)，不能從某種期望出發(fā)，去臆造實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或杜撰實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

18、，這是科學(xué)之大忌。（2）實(shí)驗(yàn)安排要嚴(yán)密可靠，不出紙漏，不出差錯(cuò)。(3)要熟悉儀器的性能，并努力熟練掌握實(shí)驗(yàn)基本操作。結(jié)論：江寧空氣懸浮物含量明顯低于市區(qū)，因?yàn)榻瓕庍h(yuǎn)離市區(qū)，曾經(jīng)是鄉(xiāng)下，所以環(huán)境很好，污染很小，而且大學(xué)城的環(huán)境更好。.防治措施：控制污染源治理污染源是防治大氣污染危害的根本措施，治理途經(jīng)主要有：分散人群，合理布局工業(yè)，改變?nèi)剂蠘?gòu)成、使用低硫燃料、使用清潔生產(chǎn)工藝、區(qū)域集中供暖供熱、高煙囪排煙、控制廢氣的排放時(shí)間以及提高交通運(yùn)輸工具廢氣的凈化效果、推廣使用天然氣。綠化造林植物有過(guò)濾各種有毒有害大氣污染物和凈化空氣的功能，樹(shù)林尤為顯著，所以綠化造林是防治大氣污染的比較經(jīng)濟(jì)且有效的措施。栽培抗污染作物由于不同作物、不同品種對(duì)各種大氣污染物具有不同的抗性，因此在不同大氣污染區(qū)要根據(jù)氣象，土壤等條件盡可能培育、栽培對(duì)該地區(qū)主要大氣污染物抗性較強(qiáng)的作物，搞好工礦企業(yè)周?chē)淖魑锊季郑詼p輕甚至避免大氣污染物對(duì)作物造成的危害。加強(qiáng)農(nóng)作物田間管理有針對(duì)性地施用肥料可以