朱忠軍

摘 要：工業(yè)革命帶來了生產(chǎn)力的進(jìn)步，能源資源開采成為社會(huì)進(jìn)步的重要因素。當(dāng)前，我國(guó)空氣污染程度前所未有，特別是PM2.5、PM10等細(xì)顆粒物更是對(duì)居民健康造成重要危害。大于10 m粒徑的固體顆粒物被稱為大氣降塵，其中重金屬污染尤為突出。重金屬污染具有來源廣、影響因素復(fù)雜的特點(diǎn)，比如空氣濕度、風(fēng)速大小與地被覆蓋率等因素。為降低大氣中重金屬含量，改善大氣環(huán)境，防治大氣降塵，有必要分析大氣降塵的來源，尋根究底，從源頭解析。

關(guān)鍵詞：大氣降塵 重金屬污染源 相關(guān)研究

中圖分類號(hào)：X5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（c）-0007-02

大氣降塵污染危害人類生存，其中重金屬污染更是給人類帶來嚴(yán)重生存考驗(yàn)。查明污染源是治理污染的前提。該文介紹了解析大氣降塵中重金屬污染源的幾種辦法及其研究特點(diǎn)，結(jié)合其在實(shí)踐中的應(yīng)用說明了其可行性。并就研究中存在的一些不足做了探討，希望研究得到改善。

1 大氣降塵中重金屬污染源解析之受體模型法

擴(kuò)散模型與受體模型是環(huán)境科學(xué)污染源分析的兩種主要數(shù)學(xué)模型，其中受體模型以污染區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象。20世紀(jì)70年代，大氣顆粒物源以受體模型進(jìn)行解析。受體模型多應(yīng)用于城區(qū)，以在受體與源處檢測(cè)的顆粒物物理化學(xué)特性，獲取受體源及其貢獻(xiàn)值?；瘜W(xué)法與顯微分析法是常用的受體模型研究方法。

1.1 顯微分析法

顯微清單（源數(shù)據(jù)庫）的建立是利用該方法的前提，若顆粒物具比較明顯的形態(tài)特征，則依據(jù)單顆粒物形狀、顏色、表面特征、大小等形態(tài)特點(diǎn)，結(jié)合顆粒物外貌與標(biāo)志性污染源礦物構(gòu)成做源的判斷。顆粒物污染源可由獨(dú)特的顆粒物粒子外形特征反映。比如顆粒物多呈球形、表面平滑、灰褐色，則為燃煤排放物，其表面含S、Fe、Si、Al元素；顆粒物呈多孔海綿狀、表面高低不整、黑色，則為燃油排放物，表面含S、V、Pb、Si元素。如果知曉污染物的形態(tài)特點(diǎn)，那么顆粒物來源可在單個(gè)粒子在顯微鏡中的顯像判斷。Gomez曾利用SEM法對(duì)大氣顆粒物做了來源鑒別與物相組成分析。陳天虎在結(jié)合TEM與X射線衍射法，觀察分析了合肥市大氣降塵，證明XRD（X射線衍射儀）的成效，發(fā)現(xiàn)了納米碳球、玻璃微珠、無定形SiO2、磷石灰等XRD未檢測(cè)物相，這對(duì)大氣顆粒物來源判斷起了基礎(chǔ)性作用。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析，認(rèn)為地表?xiàng)顗m為合肥市頭號(hào)污染源，標(biāo)志是粘土礦物；與污染氣體排放關(guān)聯(lián)的SO2、NOx、CO2等大氣化學(xué)次生氣溶液則排第二，標(biāo)志是易容鹽業(yè)、碳酸鹽、石膏等；另外，以碳球?yàn)闃?biāo)志的汽車尾氣煙塵與標(biāo)志為球形玻璃珠的燃煤煙塵分別占第三、第四。

顯微分析法具有費(fèi)用昂貴、所需時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，難發(fā)現(xiàn)無定性有機(jī)成分，做體積與密度觀察是存在較大誤差，在源評(píng)估中有必要慎重選擇此法。

1.2 化學(xué)法

對(duì)污染物來源判別以標(biāo)志性的大氣顆粒物的化學(xué)元素與含量比率或有機(jī)物成分、元素化合形態(tài)作來源判斷依據(jù)則為化學(xué)法。汽車尾氣污染中Br、Ba與Pb為標(biāo)志性元素，燃煤燃燒中Cu、Cr、Se、Co、As為標(biāo)志性元素，精煉廠與農(nóng)藥污染重V為標(biāo)志元素，鋼鐵廠污染重Mn為標(biāo)志元素。化學(xué)法并不單用，而是在多元統(tǒng)計(jì)分析法、受體模型結(jié)合基礎(chǔ)上，對(duì)污染源和對(duì)受體貢獻(xiàn)量做判別。

化學(xué)法在假設(shè)質(zhì)量守恒基礎(chǔ)上擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，為質(zhì)量平衡分析的典型應(yīng)用。該法較為成熟，包括了FA（因子分析法）、EF（富集因子法）、CMB（化學(xué)質(zhì)量平衡法）、主成分法分析法、絕對(duì)因子得分法、混合受體模式等。在我國(guó)，此法廣泛應(yīng)用。比如，大同市的大氣顆粒物金屬源富集特點(diǎn)分析中，細(xì)顆粒物直徑《2.0 m對(duì)人體危害大，人為污染源為Cu、As、Zn、Pb，自然污染源為Ca、Fe、Al；黃輝軍杭州市大氣顆粒物做PM10富集因子、元素質(zhì)量譜分布研究，以CMB法計(jì)量PM10受到的污染源貢獻(xiàn)率，發(fā)現(xiàn)建筑塵占第一，其余為煤煙塵、土壤塵、汽車塵、冶煉塵、其他源。對(duì)蘭州市的大氣降塵源污染做因子分析法，顯示燃煤、建材、汽車尾氣、風(fēng)沙揚(yáng)塵為主要污染源；對(duì)成都市大氣飄塵源污染做目標(biāo)轉(zhuǎn)換因子分析，得到煤煙是主要飄塵污染源。有人以因子分析法對(duì)拉合爾、克英布拉、伯明翰三個(gè)城市的大氣污染源作分析，顯示三者有類似的源。

2 大氣降塵中重金屬污染源解析之元素同位素示蹤技術(shù)

2.1 鉛同位素示蹤

204-208Pb為穩(wěn)定的四種鉛同位素，同位素組成因來源差異而不同，對(duì)同位素比率做測(cè)定，可判別鉛的源污染。含鉛汽油尾氣、工業(yè)排放、燃煤飛灰是主要鉛污染源，各污染源在206Pb與207Pb同位素中的豐度比是1.06-1.08、1.14-1.21、1.14-1.17。各污染源混合構(gòu)成豐度比，則可將聚類、線型混合模型等法與鉛同位素示蹤判別污染源與貢獻(xiàn)。在測(cè)定北美煤與石油鉛同位素后顯示，兩種同位素差異較大，可以此判別與示蹤鉛污染源。王琬在對(duì)冬季天津大氣顆粒物中鉛同位素來源于組成分析后發(fā)現(xiàn)，鉛污染源多樣，包括含鉛汽油、工業(yè)排放、燃煤飛灰。因受氣象與季節(jié)變化影響，如溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向，采集鉛樣品同位素組成比存在變化。如果206Pb/207Pb組成比降低，說明加鉛汽油貢獻(xiàn)更多；相反，說明土壤揚(yáng)塵、燃煤飛灰貢獻(xiàn)更多。高志友在對(duì)成都市大氣降塵的地球化學(xué)特征研究顯示，燃油鉛是組成大氣降塵鉛同位素的主要，其他為燃煤鉛與燃油鉛之間，說明汽車尾氣排放、燃煤揚(yáng)塵為大氣鉛污染源；常向陽在對(duì)珠三角城市的氣溶膠、大氣塵埃、土壤、汽車尾氣鉛同位素組成分析顯示，汽車尾氣鉛污染嚴(yán)重，工業(yè)用鉈、銅、鉛、鋅則更嚴(yán)重；再如長(zhǎng)春市公路兩旁綠化帶土壤鉛同位素平均組成與汽油鉛基本相同，說明汽車尾氣為該市鉛污染源。

2.2 鍶同位素示蹤

Sr是重要的環(huán)境污染指示劑，土壤中煤飛灰的轉(zhuǎn)移、分布可由其中的Sr同位素質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值表示。在實(shí)踐中應(yīng)用廣泛，比如James在對(duì)美國(guó)阿斯林森林生態(tài)系統(tǒng)研究中以87Sr/86Sr比值給予確定，發(fā)現(xiàn)該鍶來源于大氣降塵，而非巖石風(fēng)化；Antonio在對(duì)大氣顆粒物Sr（87Sr/86Sr）與Pb（206Pb/207Pb）含量研究中分析北美東北部重金屬的污染源。endprint

2.3 放射性核示蹤技術(shù)

該技術(shù)應(yīng)用也較為廣泛，Rosamilia對(duì)波斯尼亞黑-塞哥維那的樹皮與地衣做234U、238U比值和含量關(guān)聯(lián)研究，234U/238U顯示，234U來源于懸浮粒子降塵與戰(zhàn)爭(zhēng)中釋放的塵粒，證明了導(dǎo)彈銷毀增加了重金屬含量。

3 不足與展望

環(huán)境地球化學(xué)中的PMF模型、EF法、CMB法、UNMIX模型對(duì)大氣中金屬污染源做研究，通過分析土壤與大氣降塵里的富集因子，明確了土壤重金屬的累積受大氣降塵影響。但富集因子法與CMB法在大氣降塵源解析時(shí)存有不足，比如不能明顯區(qū)分土壤塵、冶金塵、采礦塵，選擇標(biāo)識(shí)元素困難；多元統(tǒng)計(jì)分析要求有較多的樣品數(shù)量，參與計(jì)量元素變量數(shù)小于樣品數(shù)量，元素濃度變動(dòng)值與污染數(shù)量有關(guān)，污染源想被識(shí)別則需要樣品數(shù)量多且降塵元素源只能由富集因子法定性判別，主觀因素影響分析結(jié)果。UNMIX模型與PMF模型可不對(duì)源成分譜事先了解，但需以樣品數(shù)據(jù)足夠多方可得到源解析平均值。

因?yàn)榇髿馕廴驹淳邚?fù)雜性與多樣性，以多參數(shù)、多方法、多手段的研究很必要，綜合性研究可全方面對(duì)物質(zhì)來源作解釋，研究結(jié)果更準(zhǔn)確。如Pb、Sr同位素示蹤和重金屬形態(tài)研究，重金屬元素地球化學(xué)行為和多元統(tǒng)計(jì)分析，化學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)法與顯微法間的結(jié)合，互相對(duì)比。以高靈敏度、高分辨率的PM分析大氣污染源顆粒與氣溶膠單顆粒物，獲得Micro PIXE能譜，以模式識(shí)別法比較、統(tǒng)計(jì)能譜，可明確大氣污染源與其貢獻(xiàn)率。

街道灰塵參雜的重金屬源繁雜，目前僅以統(tǒng)計(jì)學(xué)、定性描述法分析其污染源，若以Sr、Pb同位素定量分析法研究其來源，可提升我們對(duì)其的認(rèn)識(shí)與控制力度。

4 結(jié)語

當(dāng)前，人類生存面臨諸環(huán)境污染的挑戰(zhàn)。隨著工業(yè)革命對(duì)礦產(chǎn)資源的大肆利用，地球環(huán)境破壞殆盡。大氣降塵污染中的重金屬污染給人們帶來了呼吸道疾病，加大了致癌風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)多數(shù)城市籠罩在霧霾之中，空氣環(huán)境惡化嚴(yán)重。針對(duì)此種情況，有必要做好污染源的分析，結(jié)合多種研究方法從源頭治理，還天空以明凈，給人類呼吸舒適。

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