張 燦,周志恩,張 丹,鄭建軍,孟小星,張關(guān)麗

(重慶市環(huán)境科學(xué)研究院,重慶401147)

1 研究背景

大氣降塵(DF)指在空氣環(huán)境條件下,靠重力作用自然沉降到地表的顆粒物,其粒徑多在10μm以上。監(jiān)測(cè)意義上的降塵則是指在空氣環(huán)境條件下靠重力自然沉降在降塵罐中的顆粒物[1]。降塵本是大氣環(huán)境中組成最復(fù)雜、危害最大的污染物之一[2],可將大氣中部分以及Na,K,Ca,Mg和Pb,Cd,Zn等金屬元素帶入土壤或水域中[3],引起土壤酸化、水體污染及其他反應(yīng),因此對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,進(jìn)而對(duì)人體健康產(chǎn)生影響。降塵監(jiān)控方法簡(jiǎn)單、直觀性好,可以定量描述整個(gè)污染過(guò)程[4]。目前已有的研究主要關(guān)注降塵通量且多數(shù)集中在北方黃土高原地區(qū)城市,對(duì)南部城市降塵的研究較少[5]。

重慶主城區(qū)面積約2 737 km2,位于中梁山、銅鑼山兩山所夾槽谷。由于大巴山、秦嶺的阻隔,西部沙塵暴對(duì)重慶基本不會(huì)造成影響,浮塵天氣在重慶一般不會(huì)超過(guò)24 h。因此,重慶的降塵主要是來(lái)源于本地,建筑工地、裸土及道路等是降塵主要來(lái)源。

2003年初,主城實(shí)施了進(jìn)一步控制塵污染計(jì)劃,并于2004年底完成,其內(nèi)容包括控制主城道路、建筑、市政和拆遷等施工揚(yáng)塵污染;治理主城351臺(tái)工業(yè)爐窯粉(煙)塵和1 060家餐飲業(yè)油煙廢氣污染;主城內(nèi)79個(gè)街道(鎮(zhèn))建成“基本無(wú)煤區(qū)”。2005年,開(kāi)始實(shí)施主城大氣污染控制的“藍(lán)天行動(dòng)”,其中一項(xiàng)重要措施就是控制塵污染,具體措施包括控制機(jī)動(dòng)車帶泥、帶塵和撒漏污染;加強(qiáng)道路沖洗、清掃保潔;提高改性瀝青路面的比例等。為了配合該行動(dòng),重慶市監(jiān)測(cè)中心于2006年1月份開(kāi)始降塵監(jiān)測(cè),目前已成為一項(xiàng)例行監(jiān)測(cè),目的是反映主城降塵污染現(xiàn)狀、變化趨勢(shì)及控制效果,促進(jìn)主城各區(qū)對(duì)轄區(qū)內(nèi)塵污染控制力度。

2 監(jiān)測(cè)方法

2.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

將主城建成區(qū)以3 km×3 km劃網(wǎng)格,分國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)、道路監(jiān)測(cè)點(diǎn)和建筑工地監(jiān)測(cè)點(diǎn)3種類型布點(diǎn)。布點(diǎn)分別位于國(guó)家級(jí)大氣環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站、主干道邊和建筑工地旁邊。道路點(diǎn)主要反映機(jī)動(dòng)車尾氣塵和道路揚(yáng)塵對(duì)降塵的影響;建筑點(diǎn)主要反映建筑塵和施工揚(yáng)塵對(duì)降塵的影響;而國(guó)控點(diǎn)主要是反應(yīng)一個(gè)區(qū)域環(huán)境降塵污染狀況。2009年撤銷建筑工地點(diǎn),僅保留國(guó)控點(diǎn)和道路點(diǎn)。

2.2 樣品采集

降塵樣品使用圓柱形玻璃集塵缸(內(nèi)徑15 cm,高度30 cm)進(jìn)行采集。集塵缸距離地面約5～12 m,采樣口距離平臺(tái)1～1.5 m。根據(jù)取樣介質(zhì)可將大氣降塵監(jiān)測(cè)大致分為干法和濕法,用水或其他試劑作為取樣介質(zhì)(濕法)所搜集的降塵量大于其他介質(zhì)(干法)[2]。這里使用的是濕法采樣,采樣前在集塵缸內(nèi)加入80 mL的乙二醇,放置于固定架(約高1.5 m)上。每月25日(月采樣時(shí)間30±2日)更換集塵缸,更換時(shí)對(duì)樣品采集地點(diǎn)、編號(hào)和取樣時(shí)間進(jìn)行記錄,并及時(shí)將取下的集塵缸送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

2.3 分析方法

降塵樣品取回后,去除樹(shù)葉、昆蟲(chóng)等異物,以100 mL蒸餾水多次沖洗塵于玻璃坩堝中,在烘箱里烘2 h以上,然后放到干燥器電熱板(TP-520,日本)上105℃烘干,稱重,密封保存于冰箱中(4℃)。

2.4 評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

降塵的計(jì)量指標(biāo)單位為一定時(shí)間內(nèi)單位面積上地表沉降物質(zhì)的量,表示為t/(月·km2)或mg/(d ·m2)。我國(guó)目前暫無(wú)降塵量標(biāo)準(zhǔn),國(guó)家環(huán)保部《環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(shū)編寫(xiě)技術(shù)規(guī)定》中建議降塵量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是,以各城市的清潔對(duì)照點(diǎn)測(cè)值衡量,南方城市加3 t/(月·km2),北方城市加7 t/(月·km2)作為暫定限值。因此,重慶市主城降塵的標(biāo)準(zhǔn)值即為縉云山點(diǎn)(背景點(diǎn))實(shí)測(cè)值+3 t/(月·km2)。重慶市主城施工工地?fù)P塵污染物(以降塵表示)排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,建筑物建造施工過(guò)程中,施工場(chǎng)所邊界監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均降塵量不得超過(guò)28.0 t/(月·km2)。歐美一些國(guó)家制定的降塵標(biāo)準(zhǔn)[6]如表1所示。

表1 一些國(guó)家的降塵標(biāo)準(zhǔn)

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)降塵量對(duì)比分析

主城區(qū)共設(shè)12個(gè)國(guó)控點(diǎn)、7個(gè)道路點(diǎn)(其中6個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)較完整)、8個(gè)建筑工地降塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)(其中7個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)較完整)。國(guó)控點(diǎn)的集塵缸放置在自動(dòng)監(jiān)測(cè)站上,分布在主城9區(qū)、經(jīng)開(kāi)區(qū)、高新區(qū)以及縉云山背景點(diǎn),代表整個(gè)區(qū)域的環(huán)境降塵狀況,數(shù)據(jù)較全。由于道路點(diǎn)和建筑工地點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)集塵缸丟失或樣品被污染的情況,因此,缺少某些月份的數(shù)據(jù)。圖1是不同類型監(jiān)測(cè)點(diǎn)2006～2009年主城區(qū)平均降塵量的變化趨勢(shì)圖。

圖1 2006～2009年主城區(qū)降塵量的變化

如圖1所示,2006～2009年,國(guó)控點(diǎn)、道路點(diǎn)和建筑工地點(diǎn)降塵總體均呈下降趨勢(shì)。降塵量大小為國(guó)控點(diǎn)<建筑工地點(diǎn)<道路點(diǎn)。國(guó)控點(diǎn)平均降塵量由2006年的12.73 t/(月·km2)下降到2009年的7.78 t/(月·km2),下降38.9%;道路點(diǎn)平均降塵量由 24.45 t/(月 ·km2)下降到 17.41 t/(月 · km2),下降28.8%;建筑工地點(diǎn)降塵量由18.96 t/ (月 ·km2)下降到 13.42 t/(月 ·km2),下降29.2%。3類監(jiān)測(cè)點(diǎn)降塵量均有較大幅度的下降,降塵量下降幅度依次為道路點(diǎn)<工地點(diǎn)<國(guó)控點(diǎn)。

從表2可知,重慶鋼鐵集團(tuán)所在地大渡口區(qū)每年的降塵量均明顯高于其他區(qū),為主城最大。按照標(biāo)準(zhǔn)值為縉云山點(diǎn)實(shí)測(cè)值+3 t/(月·km2)計(jì)算, 2006年標(biāo)準(zhǔn)值為9.12 t/(月·km2),主城平均值超出標(biāo)準(zhǔn) 39.6%,各區(qū)均超標(biāo);2007年超出標(biāo)準(zhǔn)19.5%,除渝北、經(jīng)開(kāi)2個(gè)區(qū)未超標(biāo)外,其余各區(qū)均超標(biāo);2008年超出標(biāo)準(zhǔn)11.4%,北碚、渝北、高新和經(jīng)開(kāi)4個(gè)區(qū)未超標(biāo);2009年超出標(biāo)準(zhǔn)5.56%,北碚、渝中、南岸、渝北、高新和經(jīng)開(kāi)6個(gè)區(qū)未超標(biāo)。如果按照每月30d計(jì)算,得到2006年降塵量為424 mg/ (d·m2),均超出表1中其他國(guó)家的年平均標(biāo)準(zhǔn); 2007年、2008年和 2009年分別為 275 mg/(d· m2)、271 mg/(d·m2)和259 mg/(d·m2),可達(dá)到阿根廷和芬蘭標(biāo)準(zhǔn),但仍超出美國(guó)、西班牙和加拿大的年平均標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論從國(guó)控點(diǎn)降塵量的超標(biāo)幅度,還是從達(dá)標(biāo)區(qū)數(shù)量來(lái)看,均顯示出2006～2009年,重慶市主城區(qū)降塵污染控制取得了較大的成效。

表2 2006～2009年國(guó)控點(diǎn)降塵監(jiān)測(cè)結(jié)果 t/(月·km2)

2006～2008年,主城建筑工地監(jiān)測(cè)點(diǎn)平降塵量分別為24.45 t/(月·km2),29.05 t/(月·km2)和20.35 t/(月·km2)。據(jù)重慶市主城施工工地?fù)P塵污染物(以降塵表示)排放標(biāo)準(zhǔn)28.0 t/(月·km2)評(píng)價(jià),主城建筑工地2006年和2008年均不超標(biāo), 2007年超出標(biāo)準(zhǔn)3.75%。

以上分析可知,2006～2009年,主城國(guó)控點(diǎn)、道路點(diǎn)和建筑工地點(diǎn)的降塵量和超標(biāo)率均呈下降趨勢(shì),而且達(dá)標(biāo)區(qū)在逐年增多,說(shuō)明主城“藍(lán)天行動(dòng)”塵污染控制取得了明顯效果,但道路點(diǎn)降塵量的變化低于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn),因此要大力加強(qiáng)對(duì)道路塵污染的控制。

3.2 降塵量月變化分析

圖2給出了降塵量的月分布情況,如圖所示,國(guó)控點(diǎn)、道路點(diǎn)和建筑工地點(diǎn)每年的月變化規(guī)律雖然不完全相同,但全年降塵量的高峰基本上是出現(xiàn)在3～5月份,其次在8～10月出現(xiàn)小高峰,此時(shí)正值春、秋季節(jié),相對(duì)于其他季節(jié)多風(fēng)少雨,裸露的土或建筑塵遇到大風(fēng)天氣容易被揚(yáng)起,使大氣顆粒物濃度升高;6～7月以及11～12月份降塵量較低,因此,春秋季節(jié)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)降塵的控制。

圖2 主城降塵量月分布

3.3 降塵與PM10的相關(guān)性分析

對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)降塵量與可吸入顆粒物PM10質(zhì)量濃度的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì),樣本數(shù)量為360個(gè),得到圖3。

圖3 降塵量與PM10的相關(guān)性

可看出,降塵量與PM10質(zhì)量濃度呈正相關(guān),即PM10質(zhì)量濃度隨降塵量的增大而增大。

表3 相關(guān)系數(shù)(r)檢驗(yàn)表

圖4為主城區(qū)平均PM10與降塵量的月變化趨勢(shì)圖。如圖所示,雖然降塵量與PM10濃度顯著正相關(guān),但從月變化趨勢(shì)看,在11～12月和3～4月,兩者變化趨勢(shì)相反,其余月份相同。PM10濃度呈現(xiàn)U字型,春冬季節(jié)較高,尤其是1月份和12月份,夏秋季節(jié)較低;而降塵呈現(xiàn)雙峰分布,春秋季節(jié)較高,夏冬季節(jié)較低。尤其在11～12月份,兩者呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性。因此,春季要同時(shí)控制降塵和PM10,冬季則要著重控制粒徑小于10μm的顆粒物。

圖4 降塵量與PM10月變化趨勢(shì)

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)重慶市主城各類監(jiān)測(cè)點(diǎn)的降塵量依次為國(guó)控點(diǎn)<建筑工地點(diǎn)<道路點(diǎn)。2006～2009年,降塵量降低幅度依次為道路點(diǎn)<工地點(diǎn)<國(guó)控點(diǎn)。反映出主城“藍(lán)天行動(dòng)”塵污染控制取得了明顯效果,但仍要加強(qiáng)對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣排放和道路揚(yáng)塵控制力度。

(2)全年降塵量的高峰出現(xiàn)在3～5月份,其次在8～10月出現(xiàn)小高峰,6～7月以及11～12月份降塵量較低,春秋季節(jié)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)降塵的控制。

(3)降塵量與 PM10呈高度的正相關(guān)關(guān)系,降塵量大的區(qū)域PM10濃度也高。降塵在春秋季節(jié)較高,而PM10濃度在春冬季節(jié)較高。因此,春季應(yīng)控制降塵和PM10,而冬季則應(yīng)著重控制粒徑小于10μm的顆粒物。

4.2 建議

(1)降塵的監(jiān)測(cè)存在實(shí)時(shí)的偶然性,在監(jiān)測(cè)工作中應(yīng)關(guān)注監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍的變化情況,嚴(yán)格控制各種外部影響條件。

(2)各級(jí)粒徑的顆粒物對(duì)人體健康的影響不同,由于它們的理化特性不同,對(duì)建筑物、精密儀表等物體的腐蝕性亦不同[7],建議在以后的工作中應(yīng)開(kāi)展對(duì)降塵粒度分布的研究。

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