呼和浩特市源成分谱特征研究_彭杏

个方向以及东北和东南两个主导风向等共６个点位
选 择 裸 露 农 田 、河 滩 或 果 园 采 集 土 壤 风 沙 尘 源 样 品 。
建筑水泥尘则是在建筑施工地附近采集。煤烟尘在
呼 和 浩 特 市 的 供 热 、电 力 、工 业 等 相 关 企 业 采 集 除 尘
器下的载灰样品。采集的样品用密封袋收集带回实
第一作者：彭 杏，女，１９８９年生，硕士研究生，研究方向为大气颗粒物来源解析及大气污染防治 。＃ 通讯作者。 ＊ 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （Ｎｏ．２１２０７０７０、Ｎｏ．４１２０５０８９）。
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环 境 污 染 与 防 治 第 ３８ 卷 第 ９ 期 ２０１６ 年 ９ 月
１ 材 料 与 方 法
１．１ 源 样 品 的 采 集
城 市 扬 尘 、土 壤 风 沙 尘 、建 筑 水 泥 尘 和 煤 烟 尘 源
样 品 的 采 集 均 在 非 雨 天 进 行，采 样 信 息 见 表 １。 城
市扬尘是在呼和浩特市４个区的居民楼和仓库的窗
台上或者 是 平 台 上 采 集 的。 在 市 郊 东、南、西、北 ４
样品数量 ３２ ２０ ９ ２０
文 献 ［１０］。 １．２ 分 析 方 法
为分析各源类的 物 理 形 态 特 征，利 用 Ｓｈｉｍａｄｚｕ ＳＳ－５５０扫描电子显微镜（ＳＥＭ，日 本 岛 津 公 司）分 别 扫 描 全 粒 径 段 的 建 筑 水 泥 尘 、土 壤 风 沙 尘 及 煤 烟 尘 。 此外，对 采 集 到 的 源 样 品 进 行 化 学 组 分 分 析。 采集到的 样 品 经 由 南 开 大 学 研 发 的 ＮＫ－ＺＸＦ 颗 粒 物再悬浮采样 器 进 行 再 悬 浮，分 别 用 有 机 滤 膜 和 石 英滤膜 采 集 ＰＭ１０ 和 ＰＭ２．５ 样 品 。 ［１１］ 采 集 的 样 品 进 行化学组分分析，包 括 碳 组 分 （有 机 碳 （ＯＣ）和 元 素 碳 （ＥＣ））、水 溶 性 离 子 （ＳＯ２４－ 、ＮＯ３－ 、ＮＨ４＋ ）、元 素 （Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｋ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｖ、 Ｎｉ、Ｐｂ）。碳组分采用美国沙漠所研制的 ＤＲＩ Ｍｏｄｅｌ ２００１热光碳分析仪进 行 分 析，水 溶 性 离 子 采 用 戴 安 ＤＸ－１２０型离子 色 谱 进 行 分 析。 有 机 滤 膜 样 品 用 于 分析元素，采 用 美 国 热 电 公 司ＩＣＰ ９０００（Ｎ＋ Ｍ）型 等离子体原子发射光谱仪进行分析。
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｕｒｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｉｎ Ｈｏｈｈｏｔ ＰＥＮＧ Ｘｉｎｇ１，ＤＩＮＧ Ｊｉｎｇ１，ＳＨＩ Ｇｕｏｌｉａｎｇ１，ＨＡＮ Ｊｉａｎ－ ｈｏｎｇ２ ，ＷＵ Ｗａｎｑｉｎｇ２ ，ＷＡＮＧ Ｋｅｌｉｎｇ２ ，ＦＥＮＧ Ｙｉｎｃｈａｎｇ１ ．（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｔａｔｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ａｍｂｉｅｎｔ Ａｉｒ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｎａｎｋａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７１；２．Ｈｏｈｈｏｔ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈｏｈｈｏｔ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ １５０１００）
图 １ 建 筑 水 泥 尘 扫 描 电 镜 形 态 Ｆｉｇ．１ ＳＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｄｕｓｔ
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Hale Waihona Puke Baidu
图 ２ 土 壤 风 沙 尘 扫 描 电 镜 形 态 Ｆｉｇ．２ ＳＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｄｕｓｔ
彭 杏等 呼和浩特市源成分谱特征研究
图 ３ 煤 烟 尘 扫 描 电 镜 形 态 Ｆｉｇ．３ ＳＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ＰＭ１０；ＰＭ２．５；ｓｏｕｒｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ；ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ；ｃｏａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ
颗粒物是影响我国城市空气质量的首要污染 物，不仅影响大 气 环 境 质 量，诱 发 酸 雨、光 化 学 烟 雾 污染等，还 会 影 响 气 候、人 类 生 产 活 动 。 ［１－４］ 为 有 效 控 制 颗 粒 物 污 染 ，需 要 明 确 知 道 颗 粒 物 来 源 ，解 析 各 类污染源对颗粒物的贡献 。 ［５］ 颗 粒 物 源 解 析 工 作 主 要是应用受体模型对颗粒物来源进行定性或定量研 究，其中化 学 质 量 平 衡 （ＣＭＢ）模 型、正 定 矩 阵 因 子 分析（ＰＭＦ）模型是应用最广泛的受体模型 。 ［６－１０］ 源解析模型需要能反映某一地区源排放信息的 成分谱，这也是 模 型 拟 合 运 算 的 前 提 条 件 之 一。 特
识 别 污 染 源 主 要 源 类 与 其 子 类 的 情 况 下 ，对 所 采 源 样 品进行物理 化 学 特 征 分 析，建 立 了 呼 和 浩 特 市 ＰＭ１０ 和 ＰＭ２．５源成分谱。本研究采集了呼和浩特市城市扬 尘、建筑水泥尘、土壤风沙 尘，同 时 对 供 热、工 业 和 电 力这３个不同行业的煤烟尘也进行采集和分析。
彭 杏等 呼和浩特市源成分谱特征研究
呼和浩特市源成分谱特征研究＊
彭 杏１ 丁 净１ 史国良１ 韩见弘２＃ 吴万庆２ 王克玲２ 冯银厂１
（１．南开大学环境科学与工程学院，国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室，天津 ３０００７１； ２．呼和浩特市环境监测中心站，内蒙古 呼和浩特 １５０１００）
验 室 ，并 过１５０目 筛 ，密 封 保 存 待 测 。采 样 方 法 参 考
表 １ 源 样 品 的 采 集 时 间 及 数 量 Ｔａｂｌｅ １ Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒｓ ｏｆ ｓｏｕｒｃｅ ｓａｍｐｌｅｓ
源名称 城市扬尘 土壤风沙尘 建筑水泥尘
煤烟尘
采样时间 ２０１４ 年 ３—５ 月 ２０１４ 年 ３—４ 月 ２０１４ 年 ３—４ 月 ２０１４ 年 ３—４ 月
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ，ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｒｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｄｕｓｔ，ｓｏｉｌ ｄｕｓｔ，ｃｅｍｅｎｔ ｄｕｓｔ ａｎｄ ｃｏａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｗｅｒｅ
ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｉｎ Ｈｏｈｈｏｔ．Ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎａｌｙｚｅｒｓ．Ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｏｆ ＰＭ２．５ ａｎｄ ＰＭ１０ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｅｓｔａｂ－ ｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｄｕｓｔ ａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ ｄｕｓｔ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｔｈｅ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｂｌｏｃｋ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ｔｈｅ ｓｐｈｅｒｅ．Ｆｏｒ ｅａｃｈ ｓｏｕｒｃｅ ｓａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｏｆ ＰＭ１０ ａｎｄ ＰＭ２．５ ｗｅｒｅ ｈａｒｍｏｎｉｏｕｓ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｕｐ ｔｏ ０．８．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｄｕｓｔ，ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｓｐｅｃｉｅｓ ｗｅｒｅ Ｓｉ，Ａｌ， Ｃａ，Ｆｅ ａｎｄ ＯＣ．Ｓｉ ｗａｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ａｂｕｎｄａｎｔ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｄｕｓｔ，ｗｈｉｃｈ ａｃｃｏｕｎｔｅｄ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ２０％ （ｍａｓｓ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ）． Ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ ｄｕｓｔ ｗａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｃａ．Ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｎ ｃｏａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｗｅｒｅ Ｓｉ，Ａｌ，ＯＣ，ＳＯ２４－ ，ｔｈｅ ｍａｓｓ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅｍ ｗｅｒｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ １０％ ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ，ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ．Ｔｈｅ ｃｏａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｗａｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｈｉｇｈｅｓｔ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｍ－ ｐｏｎｅｎｔｓ ｔｈａｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ．Ｔｈｅ ｃｒｕｓｔａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＰＭ１０ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｈｉｇｈｅｓｔ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｉｎｄｕｓ－ ｔｒｉｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｍｉｇｈｔ ｂｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｂｏｉｌｅｒ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ．
别是 ＣＭＢ 模型，各排放源类所排放的颗粒物的成分 谱是 ＣＭＢ 模型的主要 输 入 参 数，因 此，源 成 分 谱 的 准确获取与有 效 建 立 显 得 尤 为 关 键。 但 是，源 成 分 谱 建 立 的 过 程 是 复 杂 的 ，不 仅 需 要 大 量 的 人 力 物 力 ， 而且还 有 一 定 的 技 术 与 科 研 条 件 限 制。 关 于 我 国 ＰＭ２．５源成分谱的研究有限，对 精 细 化 源 成 分 谱 的 研 究相对更少。因 此，有 必 要 建 立 真 实 有 效 的 各 类 源 成 分 谱 ，丰 富 我 国 的 成 分 谱 数 据 库 。 为丰 富 源 谱 库 信 息，在 呼 和 浩 特 市 采 集 了 源 样 品，在对呼和浩特市污染源的前期调查和研 究，以 及
摘 要 采集了呼和浩特市城市扬尘、土 壤 风 沙 尘、建 筑 水 泥 尘 和 煤 烟 尘 ４ 类 源 样 品，进 行 形 态 分 析 和 化 学 组 分 分 析，建 立 了 ＰＭ１０和 ＰＭ２．５源成分谱。研究表明，建筑水泥尘和土壤风沙尘呈不规则的块状 ；而煤烟尘呈现圆形。就化学组成而言，各源类 ＰＭ１０ 和 ＰＭ２．５的成分谱之间相关系数在０．８以上，具有显著相关性，各类源的标识 组 分 一 致。 城 市 扬 尘 中 主 量 成 分 为 Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅ和 有 机碳（ＯＣ）；土壤风沙尘中 Ｓｉ占比最高，ＰＭ１０和 ＰＭ２．５中占比均 大 于 ２０％ （质 量 分 数，下 同 ）；建 筑 水 泥 尘 中 Ｃａ占 比 较 高；煤 烟 尘 中 Ｓｉ、Ａｌ、ＯＣ、ＳＯ２４－ 在 ＰＭ１０和 ＰＭ２．５中的占比均超过１０％。此外，对供热、工业、电力行业排放 的 煤 烟 尘 进 行 了 对 比 分 析 ，供 热 行 业 中 的煤烟尘含碳量较高；工业排放的煤烟尘 ＰＭ１０中元素占比较高，这可能与锅炉类型、除污措施等相关。 关 键 词 ＰＭ１０ ＰＭ２．５ 源 成 分 谱 扫 描 电 镜 煤 烟 尘 ＤＯＩ：１０．１５９８５／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１－３８６５．２０１６．０９．０１１
注 ：占 比 按 质 量 分 数 计 ，图 ５、图 ６ 同 。
２ 结 果 与 讨 论
２．１ 源 成 分 谱 特 征 不同排放源具 有 不 同 的 物 理 形 态 特 征，利 用 扫
描电镜分别扫 描 采 集 的 建 筑 水 泥 尘、土 壤 风 沙 尘 与 煤烟尘，以了解 各 源 类 不 同 的 形 态 特 征。 扫 描 电 镜 结 果 见 图 １ 至 图 ３。