地面扬尘致污染气溶胶变化

随着机动车化和城市化的快速发展，交通活动和建筑活动使地面扬尘成为大气环境中污染气溶胶的重要来源之一。假设地面扬尘中某元素X由地壳源和污染源2部分组成，则有：

式中，Al是地壳源的参考元素。地面扬尘中元素X的污染程度，即来自污染源的比例X污染（%）为：

表15-6列出了按此公式的估算结果。地面扬尘RRD30中约87%的S和76%的Ca来自污染源，说明煤燃烧、油燃烧和建筑活动对地面扬尘的影响是严重的。此外，约75%的Cu、80%的Zn、82%的Ni以及90%的Pb来自污染源，说明交通排放是地面扬尘RRD30的重要污染源之一。值得注意的是，北京禁用含铅汽油后，仍有约90%Pb来自污染源，表明包括以前沉降的大气颗粒物的再扬起等人为排放源，是大气中Pb的重要来源。Fe、Mn和Cd来自污染源的比例分别是45%、51%和94%，说明工业污染排放严重。

表15-6　地面扬尘RRD30中一些主要元素的相关浓度和污染程度

c RRD：污染元素的平均浓度；c地壳：污染元素的地壳平均浓度；c污染：污染元素的污染平均浓度（μg／g）；c污染／c RRD：污染元素的污染程度。

本研究进一步估算了地面扬尘中主要污染元素在不同季节对大气可吸入颗粒物PM 10的平均贡献量。J.G.Watson和J.C.Chow等［24，25］认为，可以用粒径为10μm的土壤风沙扬尘成分谱，来代替同一采样点粒径2.5μm的土壤风沙扬尘成分谱。据此假设，地面扬尘RRD30的成分谱可以代替RRD10的成分谱，则有：

式中，c元素代表地面扬尘RRD30中元素对PM 10的贡献量（μg·m-3）；c矿物气溶胶代表PM 10中矿物气溶胶的浓度（μg·m-3），且c矿物气溶胶=1.89c Al+2.14c Si+1.4c Ca+1.43c Fe+1.66c Mg+1.67c Ti，其中c Si=3.9c Al；p地面扬尘代表地面扬尘RRD 30对PM 10中矿物气溶胶的贡献（%）；c地面扬尘元素代表地面扬尘中元素的浓度（μg·g-1）。表15-7列出了据此公式的估算结果。地面扬尘中的Ca在2002年冬季、春季、沙尘暴期间和夏季对PM 10的贡献量分别为2.24、5.40、9.57和3.79μg·m-3，占PM 10中Ca的20%～45%；S的贡献量分别为0.05、0.13、0.23和0.09μg·m-3，占PM 10中S的5%～18%；Cu的贡献量分别为0.002、0.005、0.009和0.004μg·m-3，占PM 10中Cu的4%～50%；Zn的贡献量分别为0.008、0.019、0.033和0.013μg·m-3，占PM 10中Zn的2%～46%；Ni的贡献量分别为0.003、0.007、0.012和0.005μg·m-3，占PM 10中Ni的4%～52%；Pb的贡献量分别为0.005、0.011、0.020和0.008μg·m-3，占PM 10中Pb的5%～20%，Fe的贡献量分别为1.18、2.84、5.04和1.99μg·m-3，占PM 10中Fe的30%～60%；Mn的贡献量分别为0.03、0.06、0.11和0.04μg·m-3，占PM 10中Mn的20%～40%；Cd的贡献量分别为0.000 1、0.000 2、0.000 3和0.000 1μg·m-3，占PM 10中Cd的2%～25%。这些结果充分说明地面扬尘也是北京污染气溶胶的重要来源之一。

表15-7　地面扬尘RRD30中一些主要元素对PM10的平均贡献量（μg·m-3）

i.PM10中矿物气溶胶的平均浓度。
ii.地面扬尘RRD30对PM10中矿物气溶胶的贡献。

综上所述，在北京的地面扬尘中，Ca、S、Cu、Zn、Ni、Pb和Cd是主要污染元素，Ca2+、SO2-4、Cl-、K+、Na+和NO-3是主要离子，Al、Ti、Sc、Co和Mg主要来源于地壳源，Cu、Zn、Ni和Pb主要来源于交通排放和煤燃烧，Fe、Mn和Cd主要来源于工业排放、煤燃烧和油燃烧，Ca2+和SO2-4主要来源于建筑活动、建筑材料和二次气粒转化，Cl-和Na+主要来源于工业废水处理和化学工业排放，NO-3和K+主要来源于机动车排放、NO x的光化学反应和生物质燃烧。北京地区矿物气溶胶的本地源，即地面扬尘，在不同季节的贡献量分别为2002年春季约30%，2002年夏季约70%，2003年秋季约80%，2002年冬季约20%。来自交通活动和建筑活动的地面扬尘，是北京大气颗粒物污染的重要来源之一。

参考文献

［1］　王淑英，张小玲，徐晓峰.北京地区大气能见度变化规律及影响因子统计分析.气象科技，2003（2）：109-114.

［2］　Sun Y L，Zhuang G S，Tang A H，et al.Chemical characteristics of PM2.5 and PM10 in haze-fog episodes in Beijing.Environmental Science&Technology，2006，40（10）：3148-3155.

［3］　Okada K，Ikegami M，Zaizen Y，et al.The mixture state of individual aerosol particles in the 1997 Indonesian haze episode.Journal of Aerosol Science，2001，32（11）：1269-1279.

［4］　Schichtel B A，Husar R B，Falke S R，et al.Haze trends over the United States，1980-1995.Atmospheric Environment，2001，35（30）：5205-5210.

［5］　Chen L W A，Chow J C，Doddridge B G，et al.Analysis of a summertime PM2.5 and haze episode in the mid-Atlantic region.Journal of the Air& Waste Management Association，2003，53（8）：946-956.(www.xing528.com)

［6］　Kang C M，Lee H S，Kang B W，et al.Chemical characteristics of acidic gas pollutants and PM 2.5 species during hazy episodes in Seoul，South Korea.Atmospheric Environment，2004，38（28）：4749-4760.

［7］　Watson J G.Visibility：Science and regulation.Journal of the Air & Waste Management Association，2002，52（6）：628-713.

［8］　Nishikawa M，Kanamori S，Kanamori N，et al.Kosa aerosol as eolian carrier of anthropogenic material.Science of the Total Environment，1991，107：13-27.

［9］　Li X D，Poon C S，Liu P S.Heavy metal contamination of urban soils and street dusts in Hong Kong.Applied Geochemistry，2001，16（11-12）：1361-1368.

［10］　刘昌岭，张经，刘素美.我国不同矿物气溶胶源区物质的物理化学特征.环境科学，2002（4）：28-32.

［11］　Kuang C，Neumann T，Norra S，et al.Land use-related chemical composition of street sediments in Beijing.Environmental Science and Pollution Research，2004，11（2）：73-83.

［12］　姬亚芹，朱坦，白志鹏，等.天津市土壤风沙尘元素的分布特征和来源研究.生态环境，2005（4）：518-522.

［13］　Zhao P S，Feng Y C，Zhu T，et al.Characterizations of resuspended dust in six cities of North China.Atmospheric Environment，2006，40（30）：5807-5814.

［14］　Zhuang G S，Guo J H，Yuan H，et al.The compositions，sources，and size distribution of the dust storm from China in spring of 2000 and its impact on the global environment.Chinese Science Bulletin，2001，46（11）：895-901.

［15］　庄国顺，郭敬华，袁蕙，等.2000年我国沙尘暴的组成、来源、粒径分布及其对全球环境的影响.科学通报，2001（3）：191-197.

［16］　Han L H，Zhuang G S，Yele S，et al.Local and non-local sources of airborne particulate pollution at Beijing.Science in China Series B-Chemistry，2005，48（3）：253-264.

［17］　韩力慧，庄国顺，孙业乐，等.北京大气颗粒物污染本地源与外来源的区分——元素比值Mg／Al示踪法估算矿物气溶胶外来源的贡献.中国科学（B辑：化学），2005（3）：237-246.

［18］　袁蕙，王瑛，庄国顺.气溶胶、降水中的有机酸、甲磺酸及无机阴离子的离子色谱同时快速测定法.分析测试学报，2003（6）：11-14.

［19］　Taylor S R，Mclennan S M.The continental crust：Its composition and evolution.Oxford：Blackwell Scientific Publications，1985.

［20］　汪安璞，黄衍初，马慈光，等.北京大气颗粒物与地面土中元素的污染及来源初探.环境化学，1983（6）：25-31.

［21］　Bityukova L，Shogenova A，Birke M.Urban geochemistry：A study of element distributions in the soils of Tallinn（Estonia）.Environmental Geochemistry and Health，2000，22（2）：173-193.

［22］　Zhang X Y，An Z S，Liu D S，et al.Study on three dust storms in China：Concentrations and source characterization of trace elements in mineral aerosol particles.Chinese Science Bulletin，1992，37（11）：940-945.

［23］　杨东贞，王超，温玉璞，等.1990年春季两次沙尘暴特征分析.应用气象学报，1995（1）：18-26.

［24］　Watson J G，Chow J C.Source characterization of major emission sources in the Imperial and Mexicali Valleys along the US／Mexico border.Science of the Total Environment，2001，276（1-3）：33-47.

［25］　Chow J C，Watson J G，Houck J E，et al.A laboratory resuspension chamber to measure fugitive dust size distributions and chemical compositions.Atmospheric Environment，1994，28（21）：3463-3481.