大氣沉降中微量元素的變化特征及來源.pdf

1、為了研究大氣干沉降中各粒徑顆粒物的形貌特征以及大氣沉降中微量元素的濃度水平以和變化特征，探討降雨對(duì)微量元素的沖刷作用，微量元素的干濕沉降通量以及微量元素的來源情況，本文選擇我國長三角地區(qū)典型的背景站點(diǎn)，也是經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、人口最多、污染情況最嚴(yán)重的城市上海作為采樣點(diǎn)，于2015年5月、6月、7月、9月等4個(gè)月按照降雨前、降雨中、降雨后的采樣方式收集了上海市的降雨樣品和不同粒徑的顆粒物樣品，顆粒物樣品包括降塵、雨樣殘?jiān)?、PM10、PM2.5、

2、分級(jí)樣品，最終共收集244份樣品，將收集的樣品按照雨前、雨中、雨后的方式共分9個(gè)周期。運(yùn)用SEM-EDS對(duì)其中的降塵、雨樣殘?jiān)M10、PM2.5、PM1.0（選取分級(jí)顆粒物樣品5級(jí)～F級(jí)的樣品作為PM1.0樣品）的形貌特征以及單個(gè)顆粒物或者一個(gè)區(qū)域的顆粒物中微量元素的種類和元素所占的質(zhì)量百分比進(jìn)行了觀察和分析。并運(yùn)用ICP-MS對(duì)4個(gè)周期88份降雨樣品、PM10、PM2.5、分級(jí)樣品中Ni、Cr、Cu、As、V、Mn、Cd、Sb、P

3、b、Al、Ti、Fe、Zn、Se、Ba、P、Br、I、Si、SO等20種微量元素濃度進(jìn)行測(cè)定和分析，研究結(jié)果表明:
　　(1)從雨樣殘?jiān)?、降塵、PM10、PM2.5、PM1.0等不同粒徑的顆粒物掃描電鏡圖上可以看出，雨樣殘?jiān)?、降塵、PM10、PM2.5、PM1.0形貌特稱類似，大多為形狀不定、粒徑不一、表面較粗糙，呈鏈狀、呈球狀、不規(guī)則形狀著居多，并且采樣濾膜表面都不是均勻的附著著顆粒物，而是粘著松散，空隙清晰可見，從顆粒之間聚集

4、程度上來看，雨樣殘?jiān)奂谋容^稀疏，并且雨樣殘?jiān)牧娇傮w比降塵要小些。而其它不同粒徑的顆粒物則是隨著顆粒物粒徑的的減小，顆粒物之間聚集的越來越密集，并且隨著顆粒物粒徑的的減小，呈球狀的顆粒物越來越多。
　　(2)從雨樣殘?jiān)?、降塵、PM10、PM2.5、PM1.0等顆粒物能譜圖上分析發(fā)現(xiàn)，不同點(diǎn)的元素種類以及各元素的原子百分比都不相同，即每個(gè)顆粒物的元素組成都不相同，所分析的顆粒物中均為氧的含量特別高，且?guī)缀鯚o其它陰離子。因此顆粒

5、物中的各微量元素應(yīng)以氧化物形式存在，其次是C元素，通過綜合分析得出降塵是土壤沙塵、建筑揚(yáng)塵、海洋氣溶膠以及汽車尾氣的綜合源塵，受土壤沙塵、建筑揚(yáng)塵影響比較大。雨樣殘?jiān)写蟛糠衷睾皖w粒物樣品中的元素種類相同，只是元素個(gè)數(shù)有所減少，這也說明雨樣殘?jiān)械脑囟鄟碜源髿鈿馊苣z;PM10樣品為汽車尾氣塵、工業(yè)燃煤塵、土壤塵和建筑塵的大顆?；旌蠅m;PM2.5樣品除了汽車尾氣塵、工業(yè)燃煤塵、土壤塵和建筑塵的混合，還受其他因素影響;PM1.0樣品中元

6、素種類相比PM2.5又有所增多，并且增加的均為重微量元素，說明了隨著顆粒物粒徑的減少，受建筑揚(yáng)塵影響越小，受汽車尾氣以及工業(yè)塵、燃煤等影響越大。并且在雨樣殘?jiān)?、降塵、PM10、PM2.5、PM1.0顆粒物中只有PM2.5和PM1.0含有元素N，說明N元素主要富集在小顆粒上。
　　(3)在對(duì)降雨樣品的體積濃度以及PM10樣品、PM2.5樣品、分級(jí)樣品的質(zhì)量濃度檢測(cè)時(shí)，降雨樣品、PM10樣品以及PM2.5樣品各元素均有檢測(cè)到，僅有分級(jí)

7、樣品中Fe、Ti、Ba三種元素未檢測(cè)到。降雨樣品、PM10樣品、PM2.5樣品以及分級(jí)樣品中均為SO元素的濃度高，是其它元素的一個(gè)數(shù)量級(jí)或者兩個(gè)數(shù)量級(jí)的關(guān)系，另外在不同元素之間的濃度測(cè)定值差別很大，降雨中SO元素的體積濃度最大為459.58μg/l，Cd元素體積濃度最低為0.09μg/l;PM10中SO元素的質(zhì)量濃度最大為728.19ng/m3，Ti質(zhì)量濃度最低為0.21 ng/m3;PM2.5中中SO元素的質(zhì)量濃度最大為131.76n

8、g/m3，Ti質(zhì)量濃度最低為0.20ng/m3;分級(jí)樣品中，相同級(jí)數(shù)中顆粒物中各元素的質(zhì)量濃度不同，不同級(jí)數(shù)顆粒物中同一種元素的濃度均不相同。綜合比較降雨樣品、PM10樣品、PM2.5樣品中均為P、Fe、Al、Zn、Si、SO等這些地殼元素的體積濃度或者質(zhì)量濃度要高一些，而Cd、Cr、Ni、Sb、Ti、Se、As、V、Pb、Cu、I、Mn、Br、Ba等污染元素的體積濃度或者質(zhì)量濃度要低一些，分級(jí)樣品中各個(gè)級(jí)均是SO、Si、P、I、Zn、

9、Al、Br等元素的質(zhì)量濃度要高一些，其他Mn、As、Pb、Se、Ni、Sb、V、Cu、Cr、Cd、Ti、Fe、Ba等污染元素質(zhì)量濃度要低一些。
　　(4)從各個(gè)樣品中各個(gè)元素所占元素總量的比例上來看，降雨、PM10、PM2.5中主要均為地殼元素，并且地殼元素中均主要為SO、Si兩種元素，污染元素也均主要為Ba、Br、Mn、I、Cu等元素。但各樣品中地殼元素和污染元素所占比例不同，降雨樣品中地殼元素占元素總量的96％，污染元素僅占4

10、％; PM10樣品中地殼元素占元素總量的91％，污染元素占元素總量的9％; PM2.5樣品中地殼元素占元素總量的81％，污染元素占元素總量的19％;分級(jí)樣品中主要為SO、Si、Zn等高濃度元素占元素總量的97％，低濃度元素僅占元素總量的3％，并且隨著粒徑的減少高濃度元素所占比例逐漸減少。綜合分析得出，降雨樣品中的元素主要來源于大氣顆粒物，并且隨著顆粒物粒徑的減小，污染元素元素所占比例逐漸升高。
　　(5)在降雨對(duì)PM10、PM2.

11、5以及分級(jí)樣品中微量元素影響的研究中發(fā)現(xiàn)，PM10、PM2.5樣品中各個(gè)周期雨中各元素濃度大部分都低于雨前、雨后各元素的濃度值，從而說明了降雨對(duì)PM10、PM2.5中的大部分個(gè)元素均有沖刷作用，而在對(duì)分級(jí)樣品的研究中并沒有表現(xiàn)出降雨對(duì)其有沖刷作用，另外降雨對(duì)PM10和PM2.5中各個(gè)元素的清除效率均不相同，并且PM10和PM2.5雨后各元素的生成率也不同， PM10樣品中降雨對(duì)Al、Pb、Fe、Ni、Cu、Cr、Mn等元素的清楚率較大，

12、雨后Ti、Al、Cd、Pb、Sb、As以及Si元素的雨后生成率比較大，PM2.5中降雨對(duì)Cu、Ba、Cd、Zn、Sb、Ti等元素的清除率相對(duì)較大一些，雨后Cu、Sb、Pb、Cd、Br、Si、Mn、Fe等元素的生成速率相對(duì)較大一些，而分級(jí)樣品并未發(fā)現(xiàn)與之相似的規(guī)律，對(duì)于降雨對(duì)分級(jí)樣品中不同粒徑分布的各個(gè)元素的影響以及相同粒徑分布下不同元素的影響后續(xù)有待繼續(xù)研究。
　　(6)降雨中各元素濃度值和該期間的降雨量都呈負(fù)相關(guān)性，證明了降雨對(duì)

13、氣溶膠顆粒物中的微量元素具有沖刷作用，另外降雨量和Ba、I、V、Br存在顯著的相關(guān)性，也說明了降雨對(duì)不同元素的沖刷作用是不同的。
　　(7)相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)，降雨量和降雨時(shí)長與PM10、PM2.5均呈負(fù)相關(guān)性，證明了降雨對(duì)PM10以及PM2.5均有沖刷作用，并且對(duì)PM10的沖刷作用大于PM2.5，降雨時(shí)長與PM10與PM2.5的質(zhì)量濃度呈顯著性負(fù)相關(guān)，說明隨著降雨時(shí)長的的增加，降雨對(duì)PM10與PM2.5的沖刷作用越強(qiáng)，另外PM2.

14、5的質(zhì)量濃度與PM10的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，說明PM2.5與PM10濃度之間相互影響，相互轉(zhuǎn)化。
　　(8)分析干濕沉降通量，得出大氣顆粒物中各個(gè)元素的干沉降通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于濕沉降通量，說明降雨中大部分元素均來源于大氣氣溶膠。干濕沉降中均為SO、Si等元素的降通量較高，另外，Si、Zn、 Al、Fe、Mn等元素在干濕沉降中占有相當(dāng)大一部分的比例，說明上海大氣顆粒物目前主要受土壤分化產(chǎn)生的揚(yáng)塵、沙塵、建筑塵等影響，另外重微量元素在干

15、濕沉降中均占有一定的比例，由于重微量元素對(duì)環(huán)境的潛在危險(xiǎn)比較大，其污染不容忽視。
　　(9)運(yùn)用主成因子分析方法得出降雨、PM10、PM2.5樣品中的微量元素來源:土壤源、汽車尾氣、海洋源及工業(yè)、燃煤源是上海地區(qū)降雨、PM10及PM2.5的主要來源，其中，降雨中微量元素的主要來源為工業(yè)、煤炭燃燒、機(jī)動(dòng)車綜合來源(43.9％)，海洋源(20.6％)，地殼、土壤源(13.5％)，PM10中的微量元素主要來源為工礦業(yè)、冶煉、焚燒、機(jī)動(dòng)車