煤炭城市空气污染特征调查，以焦作市为例。

引言近代社会以来，人们在享受高速经济发展带来的生活的改变时，也承受着环境污染所带来的痛苦。

煤炭，这一曾经为人类带来福祉的能源，如今却变成人们将健康杀手。

资料显示，2011年我国煤炭产量达到35.2吨，煤炭消费35.7亿吨。

预计到2015年，我国煤炭产量将达到41亿吨，煤炭消费达到38亿吨。

巨大的煤炭开采和消费水平，对环境的影响不容忽视。

虽然在当今我国煤炭的开采已经达到了一定的限度，一些煤炭城市也面临着资源枯竭的状况。

但也不可否认的是，随着勘探手段和技术的进步，不排除发现新的大型煤田的可能性，而且伴随着大型煤田的发现，又将产生一批新的煤炭城市。

但无论是老的煤炭城市，还是新兴的煤炭城市，都将面临一个共同的问题——煤炭的开采和使用所导致的空气污染。

而煤炭型城市的空气污染，与一些以其他能源类型城市的状况相比，有着自己的一些独特的特点，了解这些特点，有利于更好地治理煤炭型城市的空气污染，使人们在享受煤炭带来的福利时，同时也能享受到优质的空气环境。

为了充分了解煤炭型城市空气污染的特征，找到一条合理的解决空气污染的途径，调查团队深入城区乡村，以问卷调查、文献查阅、现场走访等形式，先后在河南理工大学新校区，焦作市客运总站、焦作市火车站和马庄等地区，深入了解生活在焦作的本地人和外来人员对焦作市空气质量环境的评价。

同时还查访了一些文献，对焦作市治理空气污染的政策进行了评价，为其他煤炭型城市空气污染的治理找到一个可资借鉴的实例。

第一章焦作煤炭发展的历史第一节焦作煤炭的概述中国是世界历史上发现、开采和利用煤炭最早的国家，焦作又是我国发现、开采和利用煤炭最早的地区之一，一直以优质易采的无烟煤著称。

焦作煤田东起修武，西至博爱，南接武陟，东西长65公里，南北宽20公里，保有储量32.4亿吨，为单一的优质无烟煤（发热量：5500-6700大卡／公斤，含硫量：0.5-0.8%，挥发分：8－9％，灰分：22-27%），是化工和钢铁工业的理想原料。

焦作市位于河南省西北部，北依太行与山西省晋城市接壤，南临黄河与郑州、洛阳隔河相望，共辖4个县、2个县级市、4个城区和1个省级高新区，总面积4071平方公里，总人口340.2万人。

由于国家宏观工业布局的区域分工以及本地矿产资源丰富的优势，焦作工业长期以来形成了重型化的结构布局，能源、化工、原材料等工业地位突出。

其中，电力装机总容量260万千瓦，居于河南省前列；全市化学工业产品达8大类100多个品种，各项经济指标居河南省同行业前列，是全国44个重点化工城市之一多年来，焦作利用晋煤、焦水的优势组合，建设、改造了焦作电厂、丹河电厂、万方爱依斯电厂和一批地方电厂，全市共有发电企业22家，总装机容量达到260万千瓦。

2003年，电力工业总产值约38.2亿元，已经成为全市工业的重要支柱。

目前，还有一批大型电力项目正在建设或进行前期准备，规划装机总容量1192万千瓦。

1896年，意大利人罗沙第以代理牧师的身份，打着“调查中日战后情形”的幌子，偷偷勘测中国资源，被河南、山西、陕西三省蕴藏丰富的煤炭资源震惊了。

回到欧洲，他广泛宣传在中国了解到的情况。

随后，强权和金钱的资本巨头们出资２万英镑，支持罗沙第在伦敦注册公司，命名为英国福公司。

1898年6月21日，英福公司取得了“专办怀庆左右、黄河以北诸山各矿”六十年的开采矿权。

从此，英帝国开始鲸吞焦作地区的煤炭资源。

史料记载，从１９０２年英福公司在焦作开设“泽煤盛矿厂”起到１９２４年，英福公司的煤炭年产量在１９２４年已达到６７万吨，仅次于抚顺、开滦煤矿，位居全国第三位，工人发展到１.１万余人。

第二章焦作市空气现状调查分析第三章焦作市空气污染状与经济发展的关系焦作市因煤而建，因煤而兴，煤矿开采的历史可以追溯到明朝。

19世纪中叶，英国开始在焦作大规模开采煤矿，直到建国后，焦作一直是全国著名的“煤城”，属于典型的资源型城市，煤炭产业曾在全市国民经济中占据统治地位。

1957年全市煤炭工业产值占全部工业总产值的比重高达44.7%，到1990年代初，全市拥有资源开采及配套型企业1200多家，增加值占全市工业增加值的比重在90%以上，多数企业依煤而生。

随着矿产资源特别是煤炭资源的枯竭，与之相配套的大批企业开工不足，亏损严重，全市经济增速连年下降。

焦作煤业（集团）有限公司（下称焦煤集团）就是一个缩影。

焦煤集团在焦作的地位从一句形象的比喻中就可看出：“焦煤一开工资，全市都能闻着肉味。

”但1980年代以来，焦煤集团陷入了一系列困难之中，6对矿井被关闭，煤炭产量锐减至300万吨，却要养活近7万名职工。

到1999年年底，焦煤集团负债总额达11.5亿元，拖欠职工工资1.8亿元。

“九五”期间，在全国经济快速增长的背景下，焦作经济年均增长率仅为3.5%，企业破产关停、职工下岗失业、城市破旧不堪，环境严重污染，空气质量下降，各种社会矛盾和问题大量暴露，发展非煤接替产业，加快经济转型迫在眉睫。

如何摆脱因资源枯竭而衰的厄运，成为当时焦作市讨论最为频繁的话题。

市政府对焦作市区代表地段河南理工大学大气沉降颗粒利用x-ray衍射技术并结合矿物学和化学方法研究大气沉降颗粒样本中矿物成分及存在规律。

结合焦作市区的自然地理、大气环境及大气污染等影响因素综合分析得出结论 大气沉降颗粒的赋存形式、迁移演化机理、与城市各类污染的相关关系等均呈现出一定的规律性 反映了大气沉降颗粒在城市中不同位置的变化情况 为城市处理大气污染问题提供参考 对研究城市中大气环境的整体状况具有一定的指导意义。

大气沉降颗粒 大气污染 衍射 矿物学分析 大气污染问题严重影响着人民群众的身体健康和环境的可协调发展。

通过对焦作市代表区河南理工大学校区内的大气沉降颗粒进行的矿物学分析研究,了解研究区内大气沉降颗粒的物质组成、有害元素含量及其赋存形式、迁移演化机理、与城市各类污染的相关关系 研究对人体产生较大危害的细粒物质来源和体积分数, 分析城市不同功能区颗粒物的可能来源和空气动力学特征, 为评价焦作市大气环境的整体状况提供资料和参考。

图1 焦作市区区划及采样点位置图 焦作市位于河南省西北部 属于暖温带半干旱大陆性季风气候 年平均气温14.9℃, 年平均降水量为603 713mm 年平均蒸发量为2039mm。

河南理工大学分南北两个校区 南校区位于焦作市高新区 校区污染源少 车流量小 空气质量较市区优良。

北校区 老校区 即河南理工万方科技学院位于焦作市市中心空气质量较差在这两地对大气沉降颗粒进行取样研究在地域上具有良好的代表性。

1.研究区大气污染特征研究区以可吸入颗粒物污染的煤烟型污染为主要特征。

大气污染物主要以so2、tsp、降尘为主 烟尘年平均排放量为4.6583万吨,so2平均排放量约为7.68万吨。

同时机动车排气污染对焦作大气状况的影响日益严重 so2、co2、碳氢化合物、可吸入颗粒物、氮氧化物等有害物质和温室气体的排放量呈上升趋势。

2.大气沉降颗粒矿物学分析讨论 2.1取样情况 在样品采集过程中 本着使大气沉降颗粒样本少受风力、风向、温度、地面粉尘不良因素影响的原则 取样地点选择在河南理工大学南、北校区内离地面高度约20米处 采样时尽量避开直接污染源(如工业污染、民用燃煤、油漆等) 24h连续采样 采样同时记录每天的气温、气湿、气压、风向、风力等天气状况。

由于大气沉降颗粒物混合较均匀 在校区内设置多个收集点意义不大。

经过收集和处理最后得到新校区大气沉降颗粒样本dq-1和老校区大气沉降颗粒样本hc-1 作为分析样本。

2.2大气沉降颗粒特征及衍射分析基本原理是运用特定波长特定入射角度的x射线与晶体晶面间距满足布拉格条件产生衍射 形成衍射花样 实际就是对应的倒易点阵 每种矿物都对应一套x 射线谱图,根据x 衍射图给出的d 值,查询jcpds标准卡片,可以准确地鉴定出矿物.根据不同矿物的衍射强度的大小,可以半定量地计算出它们的含量。

gypsum - 石膏 quartz - 石英 calcite - 方解石氯 gypsum - 石膏 quartz - 石英 calcite - 方解石氯 sal-ammoniac - 化钠 岩盐 对两大气沉降颗粒进行衍射实验得到数据 最后通过分类整理得出样本中的矿物种类和含量综合表。

3.分析结果与讨论 通过对样品的x衍射实验分析可知,研究区内大气沉降颗粒物的矿物组成以石英和方解石为主 且在大气颗粒样本中含量较大 说明这两种矿物在焦作的大气中长期存在且在含量较大。

河南理工大学北校区位于城区中心附近工业设施密集 交通流量较大 污染物排放密集 是历年来焦作市市区大气污染的主要来源地之一。

而河南理工大学新校区则位于焦作市南部的高新区 附近工业设施较少 车流量也不大 相对与老校区环境相对较好, 工业污染源较少。

比较两个样本中的石英含量 可以看出石英在两个颗粒物样本中含量都占主要地位 且在整个研究区分布比较均匀。

石英是高温下稳定的硅酸盐矿物 其可以来自地表扬尘 也可以源自工业烟尘、粉尘。

但从各种工业使用原料 如原煤 的矿物组成来看 石英的含量一般较少 因而样本中的石英来源于地面扬尘的可能性比较大 当然也不排除来源于工业排放的可能。

方解石做为碳酸盐矿物的代表 具有着碳酸盐矿物共有的特性 从其本次实验样本含量的多寡和两个取样地的地理位置可以看出 方解石矿物同样在焦作大气中存在 且从来源上说可能是来子于地面扬尘或者城市建筑物。

石膏在空间分布上主要位于老校区的试样中 其存在特征与焦作市工业布局有一定的相似性 研究了大气中硫酸铵和矿物颗粒在凝聚过程中的化学反应, 在23 ℃和70%的湿度条件下分析碳酸钙和硫酸铵, 发现一天后形成铵石膏, 七天后形成云母。

结果表明碳酸钙和硫酸铵发生了化学反应。

以上三个化学反应与温度和湿度有关 当湿度小于80%时发生反应当湿度到达80%时发生反应 焦作年平均温度为14.9℃ 在夏季城市空气湿度较高时发生以上反应的几率较大 此次实验的取样工作是在夏季进行 可以推断样本dq-1中石膏可能是在此反应中产生。

在本次可以得出焦作市市区的大气沉降颗粒主要来源于工业烟尘少数来源于地面扬尘。

另外 样本中除存在以上矿物外同时存在碳酸盐、硫酸盐、硫化物、铁的氧化物以及难以鉴定的矿物 相比来说 在焦作市河南理工大学新校区的大气颗粒样品中,矿物的种类有所减少,但是却有新的物种出现,如nh4cl、岩盐等,表明焦作的大气中存在强烈的大气化学反应。

4.结语 (1)焦作市市区的大气沉降颗粒主要有石英、方解石、岩盐、石膏、等矿物组成 其中石英含量较高。

矿物的性质特征和大气颗粒沉降样本中矿物组成的空间分布特征显示出此次研究中大气沉降颗粒为地面扬尘和城市工业烟尘的混合物。