无机物的污染特征污染物是

成都市大气细颗粒物中水溶性无机离子的污染特征--《2015年中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)》2015年
成都市大气细颗粒物中水溶性无机离子的污染特征
【摘要】:为了解成都市大气细颗粒物中水溶性无机离子的污染特征,于2012年5月-2013年4月在成都市城区开展了每六天采集一次样品的颗粒物观测,利用十万分之一分析天平、离子色谱分析了颗粒物样品的质量浓度和水溶性离子。结果表明,采样期间,成都市细粒子(PM2.5)浓度颗粒物浓度高达91.6±54.3μg m~(-3),水溶性无机离子的浓度为45.1±28.3μg m~(-3),占PM2.5浓度的48.9%±14.7%,以二次无机离子SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+污染为主。SO_4~(2-)浓度变化呈冬季和夏季较高的双峰分布,夏季SO_4~(2-)的形成机制以气相均相和成云过程为主,冬季主要为非均相转化过程。NO_3~-和NH_4~+浓度在冬季和秋季较高,夏季较低,夏季高温不利于硝酸盐的生成。成都PM2.5中阴、阳离子当量比平均值为1.01±0.19,仅呈弱酸性。NH_4~+是PM2.5中起主要中和作用的碱性离子,成都的[NH_4~+]/[SO_4~(2-)]摩尔比为2.90±1.00,绝大部分情况下PM2.5中硫酸盐被完全中和,以(NH_4)_2SO_4的形式存在。生物质燃烧污染事件下,示踪物K+增加至年均水平的5.8倍,SO★浓度增加也较明显;静稳天气引起的污染物浓度累积增加过程,二次无机离子NH_4~+、SO_4~(2-)、NO_3~-的增加最显著;沙尘传输期间,各水溶性离子浓度都显著下降,仅Ca~(2+)浓度部分增加。
【作者单位】:
【关键词】:
【分类号】:X513【正文快照】:
1引言成都位于四川盆地的西部(图la),是成渝经济区两个超大城市之一。受盆地地形影响,成都地面风速甚小,是著名的小风气候区,年均风速在1.5 m/S以下;不利的大气污染物扩散条件,使得成都城区的颗粒物浓度水平常年处于较高的浓度水平(Chen and Xie,2013)。近十年来,成都的能源消
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京公网安备75号大气颗粒物中无机元素特性的研究郭璇华,等;大气颗粒物中无机元素特性的研究;郭璇华1,;高瑞英1,;510641;;黄瑞毅2,钟平生3,;510405);黄如棣1;510610;;(1.华南理工大学化学科学学院,广州2.信息产业;3.广州市白云区环境监测站,广州;要:介绍用ICP-MS方法分析大气颗粒物中的无机;大气颗粒物;;无机元素;;环境科学;的浓度变化,
大气颗粒物中无机元素特性的研究郭璇华,等
大气颗粒物中无机元素特性的研究
郭璇华1,
高瑞英1,
510641;
黄瑞毅2,钟平生3,
510405)
510610;
(1.华南理工大学化学科学学院,广州2.信息产业部电子第五研究所环境工程研究中心,广州
3.广州市白云区环境监测站,广州
要:介绍用ICP-MS方法分析大气颗粒物中的无机元素,研究了部分污染元素在不同粒径颗粒物中的富集特征以及不同季节
大气颗粒物;
无机元素;
的浓度变化,并采用富集因子法对颗粒物的来源进行初步探讨。
关键词:ICP-MS;中图分类号:X831
文献标识码:A
文章编号:1003-6504(2006)06-0049-03
环境样品中微量元素的测定常用的方法有:分光光度法、石墨炉原子吸收法、极谱法等。分光光度法仪器简单,但由于灵敏度很低,样品一般都必须经过适当的方法进行分离富集,操作手续烦琐,现已逐渐被石墨炉原子吸收法所代替。石墨炉原子吸收法由于检测限低,一般可省去富集的过程,但不能进行多元素的同时测定。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)是一种新的微量与超微量多元素同时分析的方法,具有其他方法不可比拟的优势。ICP-MS分析法高出其他方法1~3个数量级,并可实现多元素的同时分析以及测定元素的各种同位素,在发达国家的环境监测中已把本研究采用ICP-MSICP-MS列为标准的分析方法[1]。
对不同粒径大气颗粒物中的元素进行分析,找出污染物在不同粒径颗粒物上的富集特征,采用富集因子法对颗粒物的来源进行初步探讨。
采样24h,每月采集5个样品。降尘样品采用湿法采样,样品采集的时间为30d。
1.3样品的预处理
(1)TSP、PM10样品的预处理。将采集样品后的滤
膜剪成碎片置于100mL烧杯中,加入50mL2%(体积分数)HNO3浸泡1d,放入超声波清洗器中振荡
10min,将样品减压抽滤,并用重蒸水洗涤滤膜多次,
将收集的滤液用0.5μm的针头式器过滤,重蒸水定容100mL。用移液管移取滤液10mL于50mL容量瓶中,
重蒸水定容。
(2)降尘样品的预处理。将采集的降尘样品定量转移至1000mL的烧杯中,加热浓缩至10~20mL,再转移至已恒重的坩埚中,在电热板上蒸干水分后,置于105℃±称量后,将坩埚置于5℃烘箱中烘干至恒重。
实验部分主要仪器与试剂
美国PerkinElmerSCIEX公司Elan6100型等离
350℃的马弗炉中将有机物灰化。然后加入10mL2%(体积分数)的HNO3浸泡1d,用0.5μm的针头式过滤器过滤后,重蒸水定容至50mL。22.1
结果与讨论
不同粒径颗粒物中无机元素的富集特征经ICP-MS分析,样品中共检出无机元素58种,它们是:Li,Be,B,Na,Mg,Al,Si,P,K,Ca,Sc,Ti,V,
子体质谱仪;大流量空气采样器;超声波清洗器。金属离子标准溶液(购自国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院);优级纯硝酸(广州化学试剂厂);实验用水为去离子水再经石英亚沸蒸馏器重蒸;所有玻璃仪器先在(1+1)的HNO3溶液中浸泡过夜,使用时依次用自来水、蒸馏水和重蒸水冲洗。
1.2试样的采集
采样地点:广州市白云区;采样时间:2002年6
月、9月、12月,2003年3月;采样方法:总悬浮颗粒物(TSP)和粒径<10μ(PM10)采用两m的可吸入颗粒物台大流量的空气采样器同时进行过滤采样,每次连续
基金项目:广东省教育厅资助项目
作者简介:郭璇华(1954-),女,副教授,硕士导师,主要从事分析化学、环境分析的教学和科研工作,(电话)020-88362028(电子信箱)guo
Cr,Fe,Mn,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,As,Se,Rb,Sr,Y,
Zr,Nb,Mo,Cd,Sn,Sb,Cs,Ba,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Hf,Ta,W,Hg,Tl,Pb,Bi,Th,U。其中浓度较高的20种元素是:K,Ca,Na,Mg,Al,Si,Fe,Ba,Zn,Cu,Pb,P,Ti,V,As,Sr,Cr,Mn,Ni,Li。检出的元素中,与人类污染活动相关的元素主要是:As,Cu,Pb,Zn,Se;典型的地壳元素是:Ti,Al,Si,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,其中K和V元素与燃料的燃烧也有一定的关系。这15种元素在2002年9月份的TSP、PM10中的质量浓度见表1。在TSP、PM10和降尘中的月平均含量见表2。
xuanh@21cn.com
第29卷第6期2006年6
(ng/m3)
表1TSP、PM10中部分元素的质量浓度
由表1可见,污染元素中体积含量最高的是Zn,其次是Pb,分别比Cu、As高出约一个数量级,而Se的污染相对较小,由此可知广州具有汽车尾气排放Pb污染特点。另外,地壳元素大多是TSP中的含量高于PM10中的含量,而污染元素则是PM10大于TSP。
最低值最高值
最低值最高值
AsCuPbZnSeTiAlSiPKCaVCrMnFe
32.333.1227.3368.32.4161.9284.62758131.0584.0211326.83.492.11488
1.214.2163.964.21.263.194.1983.245.9295.0700.46.12.312.6457.6
92.452.5327.111393.8460.8503.04587198.21057368057.24.9186.42493.6
8.842.7183.4317.32.753.987.21182107.9612.3748.35.64.423.4624.5
3.223.7125.553.61.35.931.9324.336.5272.055.31.62.110.0136.8
15.474.6255.9718.24.2116.2260.62013180.4112319488.77.741.11365.4
2.2部分无机元素在不同季节的浓度变化
2002年6月、9月、12月及2003年3月TSP、PM10和降
尘中的21种元素的月平均含量见表2。由表2可见,15种元素在PM10、降尘中的含量规律与质量浓度的TSP、规律大致相同。元素的质量浓度主要与颗粒物在大气环境中的密度及其元素的组成特性相关,元素的含量主要与颗粒物本身的元素组成特性相关。As和Se富集
(ug/g)
KNaSiAlAsBaCaCoCrCuFeMgMnNiPPbSeSnTiVZn总量
TSP16331144506875428734682.8157485296571.3515.6305.044090162902578362.32564.0317717.811151435348.42713291904
2002-06PM1010960100305969614793852.7622.437198577.5475.6492.6211478654798.3789.81036165626.9594.5721.9220.83609171343
表2不同月份中TSP、PM10及降尘中元素的月平均含量
2002-092002-12
降尘降尘降尘TSPPM10TSPPM1020599107147491065526858105351074347836271967412315762905321463140732255211442270178354736582210513983361521611383424057111021269910.4337.811911.31473847.214.6471.5646.0451.9351.2527.0348.5340.260516269411600360910744863178460515.782.526.61.3829.6409.910.9300.443.766.640.1605.1485.1405.954.5418.7625.647.3505.3847.268.79854166036641976323921139101023468181044483407526353317626012561.3898.8310.6468.9102482.0742.5129.7538.3174.9143.5429.4191.3132.2910.6123512379807.3865637441012557.932553439664.739231803654.3
未检出324012431.13.827.051.3
3.5677.3746.12.4468.5246.00.8388.71453571.7314.81893778.9414.690.0322.8192.292.5761.3396.391.41721.66274420011363523222012311333241188029436013359327482916544665441
149831287457436157891205495.645202583.0689.9604.9197832507116.6272.1532525651768349.81108563.63158187379
2003-03PM1084144990498732753363.4293.544451654.4398.7115360103905474.3176.5223.61363251.6118.8272.5132.83389129661
2103284620571136510.8298.859982.6364.359.296736543568.2121.9998.1589.41.32.4413.889.9102653646
于大量燃煤区域的气溶胶中,本实验结果As、Se含量较低,与广州位处亚热带、气温高、燃煤相对北方少的特点相吻合。降尘与TSP及PM10相比,大多数地壳元素相对较高,而污染元素大多比TSP及PM10都低。结果说明,与人类活动污染相关的元素更易于在细颗粒物上聚集,而地壳元素则主要聚集在大颗粒中。TSP、PM10及降尘中部分无机元素的质量组成浓度百分比含量见图1、2、3。
PM10>TSP>降尘。21种元素相对浓度月变化趋势
明显有三种类型:冬高型、平均型及冬低型。冬高型的元素主要有:Fe、Co、Ni、Cu、Mn、P、As、Ti等;而Al、
Si、Ca、Pb、V、Ni一年四季相差不大,属于平均型;Zn、Ba、Na、Mg、K在冬季浓度相对较低。2.3标识性元素分析
煤燃烧时的排放物中含有大量的As,所以选取
对于土壤,选Si作为As作为燃煤排放物的标识元素。
大气颗粒物中无机元素特性的研究郭璇华,等
它的标识元素;选Pb作为机动车排放物的标识元素,
表5广州市大气颗粒物部分污染元素的富集因子
Ca作为建筑尘的标识元素。标识元素在所分析元素
中所占的百分比见表3:
表3气溶胶中标识性元素在元素总量中的比例(%)2002-062002-092002-122003-03
TSPPM10降尘TSPPM10降尘TSPPM10降尘TSPPM10降尘
0.90.4
2.70.3
3.60.1
0.50.0
1.40.5
1.00.3
1.00.0
2.90.6
1.10.3
1.00.0
0.20.5
CuPbZnSeAsCuPbZnSeAsCuPbZnSe
666666666666666
12.46.835.423.5256.411.812.738.542.0432.57.94.225.625.2556.6
3.81.87.910.949.54.68.724.811.245.23.81.89.48.940.3
31.513.5132.568.1785.131.345.398.479.6909.513.512.968.156.3603.5
Pb1.1AsSi
25.634.123.627.122.417.028.544.533.830.738.538.3
Ca29.221.345.422.717.045.627.119.20.924.134.311.2
由表3可看出,地壳元素Si和建筑标志元素Ca含量在各月份都很高,它们占颗粒物元素成分的绝大部分。Si的含量高显示大气颗粒物的主要来源仍为地壳源;Ca元素如此之高,则表明广州的建筑扬尘十分严重。As含量相对较低,显示广州的燃煤型污染已得到较好的控制。机动车的排放物,一年四季变化不大,这与北方不同。因广州冬季短,夏季长,天气热,机动车开空调时间长,耗油量也高,四季变化不大可能与此有关。不过实验结果仍显示Pb含量相对较高,表明广州市存在汽车尾气型污染,且相对较严重。
*以Ti作参比元素
根据Lantzy和Mackenzie,大气颗粒物中元素的富集因子EF≥10,认为是来源于人为污染;EF≈1可
由表可见,各元素的的富集因子均值认为地壳来源[5]。
均>10,说明本实验中研究的大气颗粒物中As,Cu,Pb,
Zn,Se主要不是来自地壳物质,而是与人类活动有关。
PM10的富集因子比TSP要高。
上述分析表明,与人类活动污染有关的元素在PM10
中更容易富集,这与质量分数反映的情况是一致的。
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式中:Ci-研究的第I个元素的浓度;Cn-选定的被认为表征背景的元素浓度,也叫参比元素。
本实验参比元素选择惰性元素Ti,因为它在土壤中较为稳定,人为的污染较小。元素浓度背景值取中国土壤背景平均值,具体数值见表4所列。
As11.2
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表4中国土壤背景平均值[4]
CuPbSeZn22.626.00.2974.2
0.38%
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(收稿2005-05-09;修回2005-09-20)
注:上表除Ti外,单位均为:μg/g
气溶胶中TSP、PM10及降尘中各个与人类活动污染有关的元素的富集系数统计结果见表5。
###############################################(上接第23页)
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(收稿2005-07-11;修回2005-10-19)
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EnvironmentalScienceandTechnologyVol.29,No.6,June2006
InvestigatingPropertiesofInorganicElementsin
AtmosphericAerosolsbyICP-MSGUOXuan-hua1,GAORui-ying1,HUANGRui-yi2,
ZHONGPing-sheng3,HUANGRu-di1
(1.CollegeofChemistry,SouthChinaUniversityofTechnology,
Abstract
pointsingarbagelandfill.Thispaperanalysesthefactorsaffectingcharacteristicsoflandfillleachateintermsofcompositionandleachatedischargerate,discussingtheproblemssuchascompositionfluctuationandinappropriatelyhighconcentrationofammoniaofleachatedischargedforbiologicaltreatment.
Keyword:landfill;leachate;pollutionindex
Guangzhou510540;
2.EnvironmentalEngineeringResearchCentre,5thInstituteoftheIT
IndustryMinistryofPRC,Guangzhou510610;3.EnvironmentalMonitoringStationofBaiyunDistrict,
Guangzhou510405)
AbstractID:1003-6504(2006)06-0049-03-EA
Abstract:SamplesofenvironmentalairmonitoringwereanalyzedfordetermininginorganicelementsinTSPandPM10usingICP-MS.About15elementsconnectedwithairpollutionwerestudiedregardingtheseasonalvariationoftheirconcentrationsintheparticulates.Keywords:ICP-MS;atmosphericaerosols;inorganicelements
CultureHeritage:EnvironmentSystem,Environment
CapacityandGeneralProtectionPrincipleSHENHua-min,WANGShi-hong,WANGXiao-peng,
QIFeng
(AnyangMunicipalEnvironmentProtectionBureau,Anyang455002)
AbstractID:1003-6504(2006)06-0058-04-EA
Abstract:Inlightofenvironmentscience,theuniqueandcomplexenvironmentsystemofcultureheritagewasstudied,andessenceofthesystemwasexpoundedwithdescriptionofbasiccharacteristicsofentireness,difference,instabilityandmultiplicity.Theprotectionofcultureheritagewasquantitativelyassessedwithenvironmentcapacityandecologicallaw.Generalprincipleforcultureheritageprotectionwasalsoproposed.
Keyword:environment;system;environmentcapacity;ecologicallaw
AnInvestigationofRadonLevelinHotSpringWater
andHotSpringHotelsinGuangdongProvinceSONGGang1,2,ZHANGBo-you2,WANGXin-ming3,CHENDi-yun1,YINZhou-hui4,DINGZhao-yan4
(1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,Guangzhou
University,Guangzhou510006;
2.KeyLabofIsotopeGeochronologyandGeochemistry,Guangzhou
InstituteofGeochemistry,ChineseAcademyofSciences,
Guangzhou510640;
3.StateKeyLabofGeochemistry,ChineseAcademyofSciences,
Guangzhou510640;
4.No.7MiddleSchoolofTaojiang,Taojiang413400)
AbstractID:1003-6504(2006)06-0052-03-EA
Abstract:ThispaperrelatestoaninvestigationofradonlevelinthehotspringareasoverGuangdongProvince.Radonwasmonitoredbothinwaterandambientairusingdifferentdetectors.Theinvestigationrevealedthatradonlevelsinhotelroomswithhotspringwaterbaths,dependingonthelengthofbathingtimeandvaluesofradontransfercoefficient,wereobviouslyhighandsomeexceedingthelimitofrelevantstandard.
Keyword:hotspringwater;radonconcentration;hotspringhotel;transfercoefficient
ObjectiveofEnvironmentLegislation
LUOLi,MAHong-yan
(SchoolofHumanitySocietyScience,BeijingUniversityofTechnology,
Beijing100081)
AbstractID:1003-6504(2006)06-0061-03-EA
Abstract:TheobjectiveofenvironmentlegislationwasdiscussedinlightofethicconsiderationtoevaluateeffectiveimprovementofenvironmentlegislationinChinaforthepurposeofrealizingultimateobjectivesofenvironment,economyandsocialsustainabledevelopment.Keywords:environmentethics;environmentlegislation;ecology;sustainabledevelopment
AssessmentofAquaticPollutionofHeavyMetalsina
Copper-ironArea
CHENQing-min,ZHANGXiao-jun;HUMing'an
(FacultyofEarthResources,ChinaUniversityofGeosciences,
Wuhan430074)
AbstractID:1003-6504(2006)06-0064-03-EA
Abstract:Watersamplesweregatheredandanalyzedinacopper-ironminingareanearShaoguanCityofGuangdongProvince,whereminingactivitieshavecontinuedfordozensofyears,causingheavypollutionoflocalsurfacewaters.Amongtheheavymetalsinvestigated,elementssuchasCd,Zn,Pb,Cr,Ni,HgandCoarethemostseriouspollutantsfoundinthewater.Distributionfeaturesoftheseelementswerediscussed.
Keywords:mineenvironment;heavymetalpollution;distributioncharacter
CharacteristicAnalysisofMunicipalSolid
WasteLandfillLeachate
LIUDong,YUXiao,LUOYi,SUNJian-ting,
JIANGDing-you,TANZheng-xiong
(WuhanResearchandDesignInstituteofEnvironmentalSanitary
Science,Wuhan430015)
AbstractID:1003-6504(2006)06-0055-03-EA
Abstract:Pollutioncontrolofleachateisconsideredoneofthekey
包含各类专业文献、高等教育、行业资料、各类资格考试、生活休闲娱乐、文学作品欣赏、幼儿教育、小学教育、大气颗粒物中无机元素特性的研究80等内容。 
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