大气气溶胶元素特征及来源：最新研究报告

图45-4　PM2.5和TSP气溶胶中元素的富集系数（EF）（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

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图45-5　PM2.5和TSP气溶胶中的元素在采暖期与非采暖期的富集系数（EF）（彩图见下载文件包，网址见14页脚注）

2008年整整一年，在乌鲁木齐采集了300个PM 2.5样品和300个TSP样品。测定了每个样品所含的17个元素（Al、As、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、S、Ti、V、Zn）的浓度。元素Si的浓度，通过Si／Al在地壳中的比值为3.43估算。图45-4显示了具有代表性的16种典型元素在PM 2.5和TSP中相对于Al的富集系数（EF）。图45-5则显示了这16种典型元素在采暖期和非采暖期，在PM 2.5和TSP中的富集系数。一般认为，当某元素的EF＜5时，表明该元素主要来自天然矿物源。EF越高，则表明该元素来自污染源的贡献越显著。元素Ca、Fe、V、Mg在PM 2.5中的EF值均小于3，且与Al相关性良好，相关系数分别为0.842、0.872、0.659、0.938，表明这些元素与Al具有同源性，主要来源于地壳风化的天然矿物源。这些元素在PM 2.5中与在TSP中的富集系数之比值（PM 2.5／TSP），在0.9～1.3之间，说明其富集程度也大致相同。采暖期和非采暖期富集系数的变化也不明显，说明这些元素主要来源于沙尘和扬尘，而非燃煤。值得指出的是，在TSP中元素Ca和Al的比值即Ca／Al，为1.55，与塔克拉玛干沙漠中部“塔中”地区的土壤样品中的Ca／Al比值（1.56±0.14［13］）非常相近，具有典型的中国西北部高钙沙尘源区的性质，说明乌鲁木齐矿物气溶胶成分主要来源于沙尘源区外来传输的沙尘。无论在TSP还是在PM 2.5中，其中EF＞100的典型元素有S、Cd、As、Zn、Pb、Cu、Cr、Na等。这些元素的富集系数在PM 2.5和TSP中的比值PM 2.5／TSP均在3～9倍的范围，在PM 2.5中的富集程度均远大于在TSP中，说明这些元素更容易富集在细颗粒物PM 2.5中。这些元素在乌鲁木齐街道扬尘中也有很高的富集度［14］。由图45-5可见，PM 2.5中的这些元素，在采暖期的富集系数是其在非采暖期的3～13倍；在TSP中，这些元素的富集系数在采暖期是在非采暖期的1.1～1.4倍，说明了这些污染元素的主要来源与采暖期的煤燃烧密切相关［12，15］，同时也再次说明了，采暖期化石燃料燃烧所产生的这些污染元素，更容易富集在细颗粒物PM 2.5中。一般认为，元素Na主要来源于矿物源。采暖期中Na在PM 2.5和在TSP中的富集系数，均高于非采暖期，且PM 2.5中的Na，在采暖期的富集系数远远高于其在TSP的富集系数，说明元素Na也有相当部分来源于燃煤。T.Akuwa等［16］研究碱性金属在煤中的燃烧过程及此燃烧过程形成大气气溶胶的机制，发现在不同种类的煤灰中，Na占气溶胶比值的粒径分布均呈双峰分布，即在0.3与4μm处有高值；在粒径＜1μm时，Na占气溶胶的比值更高。燃烧初期产生的Na，主要为小于1μm的细颗粒物。这部分主要来源于煤灰蒸发或者冷凝过程中的均相与异相反应，因而导致Na在采暖期中，在PM 2.5中的富集系数远远高于其在TSP中的富集系数。