典型城市工业区大气TSP中重金属污染研究①张春艳，韩宝平，王晓，杨航，刘建华中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221008摘要：以徐州市北郊工业区作为研究对象，探讨工业型城市大气总悬浮颗粒物中重金属元素的时空分布特征。
监测结果表明该区大气TSP中重金属污染较为严重，单个样品中重金属铅、锌、镉、铬、铜和锰的最高含量分别达350.9mg/kg，1037.9mg/kg， 5.5mg/kg，16.3mg/kg，17.8mg/kg，238.5mg/kg；元素浓度呈秋冬季偏高，夏秋季偏低的趋势；空间分布充分体现了与污染源地域分布的一致性。
关键词：总悬浮颗粒物，重金属，工业区大气总悬浮颗粒物是大气中粒径≤100µm的颗粒物，因粒经较小，在没有雨水的作下用，较长时间内不会沉降到地面的大气颗粒物。
因此，大气总悬浮颗粒物除对生物界产生直接的物理性伤害外，更重要的是间接的化学危害，并可造成严重的二次污染。
而目前的大气环境常规监测中，只测试总悬浮颗粒物量，部分地区甚至只监测pm10的含量，对其中的元素组成研究较少。
徐州市作为苏北地区以能源、原材料为主的工业城市代表，其北郊工业区分布有江苏北方氯碱集团、东方化工厂、天华化工厂、徐州市钢铁总厂、汉高洗涤剂有限公司、磷肥厂、鹰球皮革公司等60余家工业企业。
这些企业除了排放大量的含重金属工业废水外，还排放大量的空气污染物，造成该区域空气质量常年在2级以下，其降尘污染也相当严重。
因此，本文以该区为研究对象，在2004-2005年度对该区大气大气总悬浮颗粒物元素组成及时空分布规律，进行了初步研究。
1研究方法1.1样品采集根据徐州市环境监测站的常规监测点（2个）布点，为增强数据的代表性，另在这3个常规监测站点北部加设2个监测点，共计4个。
采样点分布见图1。
图1 徐州北郊大气样品采样点设置图确定采样点后，在其区域内选择一距离地面15 m左右的屋顶平台，采用青岛崂山KC-6120型大气综合采样器采集TSP样品。
采样时间为2004年10月，2005年1月，2005年4月，2005年7月，每月取样5次，每次连续取样24小时。
1.2样品分析基金项目：高等学校博士学科点专项基金资助项目（SRFDP）（20030290010）作者简介：张春艳（1983－），女，江苏盐城人，中国矿业大学环境科学与工程在读硕士将准确分割1/2面积的滤膜试样，称重后剪碎，用HNO3—HClO4混合酸加热消解，用ICP-AES法分析TSP样品中的重金属元素含量，根据工业区污染源的特点，确定监测的因子为铅、锌、镉、铬、镍和锰。
2结果与分析2.1总悬浮颗粒物中重金属元素含量特征根据监测情况，各采样点总悬浮颗粒物中重金属元素含量月均值见表1。
表1徐州市北郊工业区大气总悬浮颗粒物中重金属元素含量（单位：mg/kg）PbZnMnCu取样点采样时间 CdCr281.81037.9238.5167.52004年10月 2.2 15.6184.5177.3329.339.42005年1月 2.6 11.61号58.72005年4月 0.9 4.7 7.395.367.12005年7月 2.5 12.3 25.1 172.2 102.3 85.4140.6145.4506.227.52004年10月 0.1 10.82号78.489.610.9138.22005年4月 0.6 7.843.229.193.42005年7月 0.6 2.5 5.8126.8214.22004年10月 2.8 8.9 20.2629.2118.3195.3293.22005年1月 2.3 9.147.53号120.3115.0301.42005年4月 2.5 6.8 8.82005年7月 1.3 11.5 28.5 369.5 123.0 83.5105.3267.5371.52004年10月 2.0 6.9 50.8236.0326.1141.747.52005年1月 4.4 11.24号2005年4月 3.8 10.7 46.9 143.1 117.1 94.72005年7月 1.2 5.9 8.8 158.0 91.4 60.8从表1可以看出，各采样点均表现出Zn、Pb两种元素含量在秋季最高，冬季次之；而Cd元素含量在1、4号采样点表现为冬季最高，在3号采样点表现为秋季最高；Cu元素除4号采样点表现为冬季最高外，其余各点均表现为秋季最高；Cr则各点情况均不相同。
在1号采样点，各元素含量变化趋势基本为秋季＞冬季＞夏季＞春季；在2号采样点，除Cd外，表现出与1号相同的变化趋势；在3号采样点，各元素含量变化趋势没有相同的规律；在4号采样点，Cd、Cr含量变化趋势相同，均表现为冬季＞春季＞秋季＞夏季，其余3种元素含量变化趋势没有相同的规律。
一般来讲，秋季污染较小，但从本研究来看，其中所含重金属元素总体上都是在秋季污染比较严重。
季节性变化比较明显，这说明细粒子中重金属元素含量变化除受污染源分布影响之外，更容易受天气变化影响。
2.2 徐州北郊工业区TSP中重金属元素随空间变化趋势分析北郊工业区各采样点TSP中重金属元素Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Mn含量的季均值，如表2。
表2北郊工业区大气TSP中重金属年均含量（单位：mg/kg）Cd Cr Cu Zn Pb Mn 1号 2.1 11.1 59.8 408.7 158.9 140.02号0.4 7.0 14.7 245.9 92.7 82.73号 2.2 9.1 26.3 398.3 161.9 112.24号 2.9 8.7 38.5 249.7 178.0 100.6由表2可以看出，TSP 中重金属元素的含量大小顺序在各点均为Zn ＞Pb ＞Cu ＞Cr ＞Cd 。
各采样点重金属污染大致趋势为：1号＞4号＞3号＞2号。
TSP 中Pb 、Cr 元素在各点的平均含量比较均匀，相差不大；Cu 、Cd 、Zn 含量变化范围较大，其中Cd 变化幅度最大，最大值和最小值相差将近7倍，且在4号样点最大，这可能与其周围的污染源有关。
据实地考察，4号样点靠近铁路、公路，交通繁忙，且附近有水泥制件厂、机械厂，东南面还有几座小山，地形相对比较复杂。
因此，可能水泥和煤灰中的Cd 是大气中Cd 的主要来源。
此外，汽车轮胎和润滑油中的Cd ，也是大气颗粒物中Cd 的一种重要来源。
2.3 总悬浮颗粒物中重金属元素污染评价由于目前我国大气环境质量标准中并没有规定TSP 中具体污染物质的浓度限值，所以有关文献中对TSP 中重金属元素污染程度的评价多采用富集因子法[1 ，2]或者与土壤克拉克值[3 ]比较来评价。
本文采用第二种方法，通过与土壤克拉克值和当地土壤环境背景值比较，对徐州市北郊工业区大气总悬浮颗粒物中重金属污染程度进行评价。
土壤克拉克值（据Taylor , 1964 , 引自文献[4]）和当地土壤背景值（采用徐州地区土壤重金属元素的含量平均值[5]作为土壤背景值）见表3。
研究区大气总悬浮颗粒物中重金属含量与土壤中含量比较结果见表4及图2。
表3 徐州市土壤环境背景值和土壤克拉克值（单位：mg/kg ）元素 Cd Cr Cu Zn Pb Mn 土壤背景值 0.16 55.43 19.62 43.28 17.39 560 土壤克拉克值0.2100.055.070.012.5950.0表4 徐州市北郊工业区总悬浮颗粒物中重金属元素含量年均值与土壤中含量比较重金属元素含量与标准的比值 Cd Cr Cu Zn Pb Mn 与背景值比值 12.8 0.2 3.0 14.8 9.1 0.2 1号 与克拉克值的比值 10.3 0.1 1.1 5.8 12.7 0.1 与背景值比值 2.7 0.1 0.8 8.9 5.3 0.1 2号 与克拉克值的比值 2.2 0.1 0.3 3.5 7.4 0.1 与背景值比值 13.9 0.2 1.3 14.4 9.3 0.2 3号 与克拉克值的比值 11.1 0.1 0.5 5.7 13.0 0.1 与背景值比值 17.8 0.2 2.0 9.0 10.2 0.2 4号与克拉克值的比值14.30.10.73.614.20.14812CdCrCuZnPbMn重金属元素比值481216CdCrCu Zn PbMn重金属元素比值481216CdCrCu Zn PbMn重金属元素比值48121620CdCrCuZnPbMn重金属元素比值图2 徐州市北郊工业区大气总悬浮颗粒物中重金属元素含量与土壤中含量比较从表4及图2我们可以看出：Cd 、Zn 、Pb 在TSP 中的含量均大于其在土壤中的全球平均含量（土壤克拉克值）及当地土壤环境背景值，在1、3、4号样点中是其土壤背景值含量的9倍以上；Cu 的含量只有1号样点即超过土壤克拉克值又当地土壤环境背景值，Cr 、Mn 含量均远远小于土壤克拉克值和当地土壤环境背景值。
这说明，Cd 、Zn 、Pb 主要来源于主要来自人类经济活动所造成的污染和工业粉尘，而Cu 应主要源于土壤。
这个现象应该引起有关部门的重视，由此也会引发深远的环境影响。
4 结论与建议（1）总悬浮颗粒物中重金属元素含量随时间的变化趋势是秋季>春季>冬季>夏季，其含量变化与周围污染源有明显相关性。
（2）Cd 、Zn 、Pb 在TSP 中的含量均大于土壤克拉克值及当地土壤环境背景值，在1、3、4号样点中甚至超过土壤背景值含量9倍以上，说明Cd 、Zn 、Pb 主要来源于主要来自人类经济活动所造成的污染和工业粉尘。
（3）总悬浮颗粒物中重金属元素已产生了较大程度的污染，这一地区环境容量毕竟有限，特别是在徐州市经济高速增长情况下，总悬浮颗粒物中重金属元素污染不可等闲视之。
（4）徐州市是一个重工业城市，污染负荷较大，环境容量有限，要改善大气环境质量，使环境、经济、社会效益相统一，就必须降低自然因素对市区大气环境的影响。
根据徐州市总悬浮颗粒物污染特点，增加对重点污染企业如徐钢、水泥厂等的资金投入，加大烟尘控制区覆盖率，同时全面实行集中供热，拔除小烟囱，积极扶持和推进太阳能和生物能等可再生能源的开发和利用，提高可再生能源在全市能源消费总量中比例，降低燃煤在一次能源消费中的比例，提高能源利用率。
在实施总量控制的基础上，提高除尘设备效率，使TSP 排放量减少到最低。
还要加速城市绿地和防护林建设，保护改善自然环境。
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