（环境工程专业论文）镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究.pdfVIP

镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 ( k o ) 外，z n ( 2 1 8 ) 、p b ( 2 0 1 ) 、c d ( 2 5 2 ) 均是中度污染( 2 * g e o 3 ) ，n i ( o 1 3 ) 是轻度污染( o k 1 ) ，c r ( 1 7 1 ) 是偏中度污 染( 1 k 2 ) ；大市口广场( o 9 2 ) 、江滨公园( o 9 8 ) 、居民区( o 9 7 ) 均是轻度污染( 0 i g e o 1 ) ，而交通区( 1 5 2 ) 、商业区( 1 0 7 ) 、文教 区( 1 4 9 ) 均是偏中度污染；交通区( 2 9 8 3 9 ) 、大市口广场( 1 8 6 9 4 ) 、 商业区( 1 5 7 7 3 ) 、文教区( 2 8 2 7 4 ) 四个功能区的潜在生态风险指数 均为中等生态危害( 1 5 0 s p r i n g s u m m e r ：b e s i d e st h er e s u l t ss h o wt h a ts e a s o ne f f e c to fn h 4 一ni sn o t i i i 镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 s i g n i f i c a n t ，a n dw eo n l yf i n dn h 4 一nc o n t e n ti st h eh i g h e s ti na u t u m n ； t h et pc o n t e n ti ns t r e e td u s tf r o md i f f e r e n tf u n c t i o n a l d i s t r i c to f z h e n j i a n ga p p e a r ss o m er e g u l a r i t yi ns p i t eo fi t sv a r i a t i o ni nv a r i o u s s e a s o n ： a u t u m n s u m m e r w i n t e r s p r i n g ； w ec a n tf i n d s p a t i a l d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s m a r k e d l y f o r t h ed i f f e r e n t p h y s i c a l a n d c h e m i c a li n d e x e s ( 2 ) t h ea v e r a g ec o n t e n t so fz n ，p b ，c r ，n i ，c u ，m n ，c di s2 8 ，5 3 ， 0 6 ，0 9 ，2 6 ，0 3 ，5 3t i m e so fh e a v ym e t a lb a c k g r o u n dv a l u e si n z h e n j i a n gs o i l ；t h el e v e lo fc u ，n i ，c r , m n ，c di nh e a v yt r a f f i ca r e a s w e r eo b v i o u s l yh i g h e rt h a no t h e ra r e a s ，t h el e v e lo fz nw a st h eh i g h e s t i nd i s t r i c to fc u l t u r ea n de d u c a t i o n ，a n dt h el e v e lo fp bw a st h e h i g h e s t i nr e s i d e n t i a la r e a s ( 3 ) e x c e p tb o t hc ua n dm n a r ef r e eo fc o n t a m i n a t i o n ，t h el e v e l so f z np bc da r em o d e r a t ep o l l u t i o n ，n ii sl i g h tp o l l u t i o n ，a n dc ri sp a r t i a l m o d e r a t ep o l l u t i o n ；t h el e v e l so fd as h ik o us q u a r e ，r i v e r s i d ep a r k ， r e s i d e n t i a la r e a sa r el i g h tp o l l u t i o n ，a n dt h el e v e l so ft h et r a f f i c a r e a ， b u s i n e s sd i s t r i c t ，e d u c a t i o nd i s t r i c ta r ep a r t i a lm o d e r a t ep o l l u t i o n ；t h e p o t e n t i a le c o l o g i c a lh a z a r di n d e xf r o mh e a v yt r a f f i ca r e a s ，d as h ik o u s q u a r e ，d i s t r i c to fc u l t u r ea n de d u c a t i o na r em e d i u me c o l o g i c a lh a z a r d ； a n dt h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e xf r o mr i v e r s i d ep a r k ，c o m m e r c i a l a r e a s ，r e s i d e n t i a la r e a sa r es l i g h te c o l o g i c a lh a z a r d ；t h em a i ns o u r c eo f h e a v ym e t a lp o l l u t i o ni sr e l a t e dw i t ht r a f f i ca n dl i f ep o l l u t i o n ，o ri st h e m i x p o l l u t i o ns o u r c e s k e yw o r d s ：r o a d d e p o s i t e ds e d i m e n t s ，h e a v ym e t a l ，p r i n c i p a lc o m p o n e n t a n a l y s i s ，c o r r e l a t i o na n a l y s i s ，i n d e xo fg e oa c c u m u l a t i o n ， p o t e n t i a le c o l o g i c a lh a z a r di n d e x i v 江苏大学硕士学位论文 1 1 城市地表灰尘 1 1 1 城市地表灰尘的概念 第一章绪论 早就在2 0 世纪7 0 年代中期，国内外已经进行了城市地表灰尘方面的研 究。1 9 7 5 年d a y 在自然杂志上发表了一篇关于城市灰尘方面的文章 城市地表灰尘中的铅【1 】，并第一次提出了“城市地表灰尘这一名称。在2 0 世 纪7 0 年代中期8 0 年代中期之间，国外诸多学者在各城市和区域对城市地表灰 尘的进行了环境污染方面的研究，并发表了关于城市地表灰尘【2 1 、城市公园和花 园路边灰尘【3 1 、城市道路灰尘【4 】等多篇文章。许多研究者以各城市不同区域地表 灰尘中的颗粒物中的重金属及理化指标为研究参数，论述了各城市不同功能区地 表灰尘的危害。从2 0 世纪8 0 年代中期至今，关于城市地表灰尘的研究盛行，国 外关于城市地表灰尘的研究成果的报道很多，但是对于城市地表灰尘的概念和研 究对象及方法都还没有统一性，因而出现了多种多样的称谓，如地表灰尘( r o a d d e p o s i t e ds e d i m e n t s ，r d s ) 、道路灰尘、户外灰尘、城市灰尘、路边灰尘、街道 沉积灰尘、道路沉积物、街心灰尘、道路扬尘、街道扬尘、地尘等【5 】o 国内的学者对于城市地表灰尘的研究起步比较晚，到了2 0 世纪9 0 年代中期， 才由长安大学的杜佩轩教授等【6 】率先展开研究，他对于城市地表灰尘的概念、研 究内容和研究方法均进行了系统的阐述。城市地表灰尘多指沉积在城市不同的下 垫面( 如道路、桥面、街面、广场、屋顶等) ，很容易被地表径流、雨水、风及 大气的带动、转移和漂浮的粒径小于2 0 目( 0 9 2 0m m ) 的固态状颗粒物【7 1 。 目前，关于城市地表灰尘的概念及内涵等的系统研究与阐述也比较少见。在 国内，由长安大学著名教授杜佩轩对此首次进行了比较系统详尽的论述【8 】。1 9 9 5 年，杜佩轩教授领衔的课题组在清理一个约5 0m 2 的“矿床陈列室 时，竟然人 工搬运了5 推车的尘土( 至少重1 5t ) ，因此发觉了西安市的灰尘的严重污染， 于是在国内对于城市灰尘率先进行了勘查研究，当时称之为街道“表土”，后来 又将之更名为街道垃圾“尘土 ，直到最后启用了“城市灰尘这一名称，从而 提出了城市灰尘这一概念 8 - 9 。 镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 a n j u ( 1 0 】从宏观的角度来说，城市地表灰尘是人类在进行生产以及生活时产 生的，是由来源广泛的固态、液态和气态三态物质相互作用而产生的，且城市地 表灰尘中所含元素的种类及平均含量能够很好的反映出这个地区的人类活动特 征；杜佩轩等【8 】从粒径的组成特征方面指出，城市地表灰尘即指城市街道垃圾的 灰尘颗粒物，这种灰尘的粒径较粗，或者粗粒级占有较大的比例。s u t h e r l a n d 1 1 】 等人从成因上将城市地表灰尘定义为一种复杂的环境介质，其含有大量路边风化 的建筑物表面材料、风化的土壤，老化的路面物质、有机物、汽车尾气排放物、 轮胎磨损老化后的物质、工业废气的沉降累积等。 1 1 2 城市地表灰尘的源与汇 ：= 城市地表灰尘是一个由多种污染物质组成的来源复杂的混合体，是城市环境 ( 如水体、土壤、大气等) 中的多种污染物质的“源 与“汇”【1 2 1 。在城市的 街道两旁、住宅屋顶、广场、绿地等场所，地表灰尘随处可见，其分布从长远看 虽然具有动态变化性，但是在某一特定时期内其又具有相对稳定性。因为城市地 表灰尘中的很多细小颗粒物( 如可吸入性颗粒物) 等对城市生态系统的破坏是隐 蔽的、潜在的、长期的，有些对人体甚至具有直接危害性，所以导致最近频频发 生的土壤与水体的面源污染，因此研究城市地表灰尘的各种污染参数，寻找其污 染源，为控制生态环境的污染提供理论上的依据。城市地表灰尘的来源可分为人 为源和自然源【1 3 】，其主要由城市路面积尘、动植物残体、废弃垃圾、地表风化 物、大气悬浮颗粒物、城市建筑表面风化物等物质逐渐积累或沉降于地面所形成。 由于城市不同功能区内的能源结构、工业布局、基础设施建设、地理环境等各不 相同，所以不同功能区的城市地表灰尘必然存在着许多差异。 城市地表灰尘的“汇”主要来源于以下几种途径，一是城市环卫部门的定期 清扫，将收集的地表灰尘通过填埋、焚烧、倾倒等方式处理，“不过街道的人为 清扫，一般只能清扫较大的颗粒物 ；二是经过城市径流进入受纳水体、土壤、 绿地等，它们也是地表灰尘的重要容纳场所，不过其对象主要停留在粒径较小的 颗粒物。通过对其的研究，可以间接地反映城市地表径流的时空分布特征、生态 污染特征及对城市的污染程度，为控制水体的各种污染提供依据；三是外力的作 用如风力、雨、雪等的携带、迁移下，而被我们人类及其它生物体吸收。 不同地形、不同下垫面形成的地理差异，对灰尘的输送和扩散产生不同的影 2 江苏大学硕士学位论文 响【1 4 , 1 5 】。经风力运输的颗粒物可以分为远程源和近程源，远程源主要是北方的沙 尘天气，受季节和气候等的影响很明显，一次性输入量大，输入后导致地表灰尘 累积量明显增加，所以远程源大部分是上风向输入的灰尘：近程源是城市建筑物 中的土堆、车辆尾气的排放、人类的活动、路政建设过程中车辆运输石粉等扬起 的尘源，在各种风力作用下，建筑垃圾的颗粒物被扬起、迁移、沉积地表后就形 成了灰尘，这部分则属于城市内部产生的灰尘。风化物在高空大气动力系统的作 用下，被输送到城市大气上空形成飘尘，大气中的悬浮颗粒物浓度就会明显增加， 长时间后会形成降尘，降落到地表，远程源、近程源及大气降尘经过雨水、雪水 冲刷，地面和水表面的吸附、沉降和化学变化而迁移转化。另外由于人类活动会 产生大量垃圾，如市政建设过程中会有大量的建筑扬尘加入到城市灰尘环境中如 煤炭烟尘颗粒，家庭、单位等小群体及汽车、飞机、船舶等机动车辆产生的粒状 物等也使灰尘物质的组成类型和重量快速增加。以上各种方式迁移进入城市的灰 尘，有一部分会随下风向从城市输出，也有一部分在自然力或机械力的作用下沿 城市两侧流出【舔1 9 1 。图1 1 是城市灰尘迁移循环模式。 图1 1 城市灰尘迁移循环模式【加1 f i g1 1d r yd u s tm o v i n ga n dc y c l em o d e q i x ：上风向输入的灰尘；q e ：城市中产生的灰尘；q o x ：下风向输出的灰 尘；q o y ：城市两侧流出的灰尘；q d ：因雨水冲刷、地面和水面的吸附、沉降和 化学变化而消失的灰尘。 3 镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 1 1 3 城市地表灰尘的环境危害 城市灰尘作为城市生态环境污染的重要贡献者之一，也是各种污染物质的负 载体，在城市环境灾害的发生中起着传媒、导向、传递、引发等多种作用【9 1 。城 市灰尘污染即城市地表灰尘对周围的生态环境所造成的污染。有研究表明，城市 热岛、光化学烟雾、城市地表灰尘、大气、水、噪声、固体废弃物等的污染，这 些构成了不同类型的城市环境灾害系统【6 1 。作为城市灰尘的重要组成部分，城市 地表灰尘对城市灰尘污染有非常重大的贡献，其环境危害主要有以下两个因素： ( 1 ) 城市地表灰尘的直接危害。城市地表灰尘与城市大气颗粒物之间有密 切的成因演化关系【2 1 】，粒径分布的特征可直接反映城市地表灰尘对人体产生的 负影响1 2 2 1 。通常，将空气动力学直径 1 0 0 岫的颗粒物称为可悬浮性颗粒物 ( t s p ) ；粒径大于1 0 岫，在重力的作用下可自然沉降到地表的颗粒物称之为大 气降尘；粒径 1 0i n n ，能长期漂浮在空气中的颗粒物称之为大气飘尘或可吸入 性颗粒物( z n h a l a b l e p a r t i c l e s ，p m l o ) ，其可通过呼吸系统进入呼吸道；粒径盟5 灿1 的大气颗粒物称之为可入肺大气颗粒物( r e s p r a b l e p a r t i c l e s ，p m 2 5 ) ，其可通 过生物的呼吸系统进入肺泡【6 】。一般来说，粒径小的灰尘所占比例越大，危害就 会越大。尤以p m l o 和p m 2 5 对人体的健康危害最大，其中粒径范围在0 1 1 0 m 间的颗粒物会沉积于人的呼吸道和肺泡上。其中，粒径在o 5 5l x m 之间的灰尘 颗粒物，其沉积率随粒径的减小而逐渐减小；0 5l x m 灰尘颗粒物的沉积率为 2 0 3 0 ，粒径在2 4l t m 之间的灰尘颗粒物在肺泡内的沉积率最大【2 3 1 。因此， 再悬浮的城市地表灰尘直接危害人的身体，灰尘颗粒物若在肺泡内沉积就会导致 尘肺，这会增加城市居民肺癌的发病率。此外，悬浮的颗粒物有的会漂浮在空中， 有的会降落于建筑物表面，会导致空气混浊，还会影响城市的面貌。 ( 2 ) 城市地表灰尘中有毒有害化学物质的危害。城市地表灰尘中所含的化 学成分极其复杂，主要包含溶解性无机离子、有机成分、微量元素、生物元素等 【捌。微量元素如c u 、z n 、p b 、n i 、c r 、c d 、m n 等，持久性或难降解有机成分： 如多环芳烃( p a h s ) 、多氯联苯( p c b s ) 、多氯联萘( p c n s ) 等，生物元素：如 n 、p 、n h 4 n 、t n 、t p 等。在这些环境危害因素里，城市地表灰尘主要作为一 种传播媒介。下图1 2 为城市地表灰尘在环境中的媒介作用概念模型。 4 江苏大学硕士学位论文 图1 2 城市地表灰尘在环境中的媒介作用概念模型【5 】 f i g1 2t h em e d i u mf u n c t i o nc o n c e p tm o d e lo fr o a dd e p o s i t e ds e d i m e n t si nt h ee n v i r o n m e n t 在城市地表灰尘的迁移过程中，灰尘中有毒有害化学物质的三种表现途径： 由于外动力( 如自然风、汽车行驶、巷道风等) 的作用，有些城市地表灰尘极 易被再次扬起产生二次或多次扬尘，漂浮在周围空气中，形成大气飘尘，污染大 气环境。负载有毒物质的大气颗粒物可通过人类呼吸系统的呼吸作用进入人体呼 吸道，甚至会进入肺泡，产生累积危害。沉积在肺部的有毒污染物有时会被溶解， 直接进入血液，造成血液中毒，而未被溶解的污染物有可能被细胞所吸收使细胞 组织遭受破坏，侵入肺组织或淋巴结引起尘肺【2 2 】。此外，在干、湿沉降作用下， 大气颗粒物中的有毒物质沉降于城区下垫面、城郊表土以及水体中，造成土壤或 水体中的污染物在生物体中的累积，对陆地动植物或水生动植物产生毒害作用， 有的还会通过食物链发生生物富集、放大作用。在雨水冲刷地表作用下，城市 地表灰尘会汇入地表径流中，产生水土流失，进入城市水体、土壤、植被中。若 流入土壤中，有毒污染物容易富集在表土上，并受表土理化性质或根际微生物的 控制迸一步发生形态迁移转化，甚至在雨水的溶解作用下向下层土壤迁移，进而 污染地下水体。若随城市地下水管道直接流入地表水体中，有毒污染物在被水体 的稀释过程中也会发生迁移转化，有可能直接危害水生生物，也可能与河床沉积 物发生吸附一解吸作用，对水体的健康构成潜在威胁。在人工清扫的作用下， 城市地表灰尘有可能作为生活垃圾被填埋在土壤中，部分有毒物质会随垃圾渗滤 5 镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 液进入河流，污染河流，也有可能被作为垃圾污泥堆肥还田，直接进入农田生态 系统，构成潜在生态风险。 1 1 4 城市地表灰尘的污染类型 1 1 4 1 城市地表灰尘重金属污染 重金属污染历来是城市地表灰尘环境研究中的重点课题，因为其对人类健康 的严重危害性，所以城市地表灰尘重金属污染理应引起人们的重点关注，它是城 市地表灰尘污染中最重要的污染类型之一。前面我们已经知道随着社会发展，城 市地表灰尘中有毒重金属元素的平均含量明显增加，并且它们对人体的危害作用 正在越来越凸显。有报道发现肝硬化和儿童肝内胆汁淤积症均与铜过量有关； c r 的毒性可导致肠胃道疾病、呼吸道疾病及皮肤损伤等；无机汞盐可引起急性 与慢性中毒，前者主要表现为急性胃肠炎症状如恶心、呕吐、腹泻、上腹疼痛及 腹痛等，后者主要表现为多梦、失眠、易兴奋等，还有手指震颤阴等 2 4 - 3 3 1 。 1 1 4 2 城市地表灰尘颗粒物污染 城市地表灰尘颗粒物污染指城市地表灰尘中的细小颗粒物所造成的污染 3 4 1 。在城市地表灰尘中大气粉尘( 二类混合区 一类混合区 居民文教区 对照区。史贵涛等【5 4 】对上海城市公园土壤和灰尘重金 属含量水平和空间分布特征进行了研究，研究发现公园灰尘中重金属含量普遍高 于土壤的重金属含量，公园土壤( 除了n i ) 和灰尘中重金属含量均不同程度高于背 景值含量，但是公园灰尘和土壤的重金属含量的空间分布并没有表现出一定的规 律性；通过相关性分析和主成分分析发现人类活动是导致公园灰尘和土壤中重金 属污染的主要原因，其中工业和交通是主要的污染源。 1 2 1 城市地表灰尘采样技术发展 对于采样的方法国内外并没有统一的标准采样方法，但大体有如下几种方 法：( 1 ) 对于区域的地表灰尘污染空间分布研究时，采样方法多是用毛刷清扫， 用塑料铲子收集。对于此方法优点是方便快捷，便于进行大范围的污染研究，缺 点是对于较细粒径的损失率较高，容易漏采。( 2 ) 对于涉及微观尺度的地表灰尘 的污染累积规律时多采用工业真空吸尘器来吸取样品；( 3 ) 为了避免在收集过程 中细颗粒物的损失，又发明了湿式采样法：即先用去离子水冲洗样品，然后再真 空吸取。这种湿式采样方法比干式采样方法在收集细颗粒的地表灰尘时更加有 效。综合考虑，目前国内在进行该方面的研究时多采用第一种方法。 1 2 2 城市地表灰尘重金属的分析技术 对于地表灰尘中重金属的含量的测定方法有很多种。其中最常用的有原子吸 收法、等离子发射光谱法等。原子吸收法具有测试结果准确的优点，但是一次测 定的元素种类较少。近年来应用e d x r f ( 能量分散式荧光元素分析仪) i c p m s ( 等离子质谱分析仪) i c p a e s ( 等离子体原子发射光谱仪) i n a a ( 中子活化 分析仪) 等一次性可以同时测量3 0 多种微量元素，其中很多元素在以前的研究 中都没有引起足够的重视。现在等离子体发射光谱法比较盛行。 1 0 江苏大学硕士学位论文 1 2 3 城市地表灰尘重金属的空间分布 对于城市地表灰尘重金属的空间分布的研究主要分为两类：线型分布、面型 分布。线型分布的研究对象是一条或几条交通要道或高速公路街道地表灰尘中重 金属的沿线分布；面型分布的研究对象是将某一特定的区域划分成不同的功能 区，对某一功能区单独进行研究或对多个功能区进行比较研究。但是二者是紧密 相联的，线型的研究离不开与其所处的区域特征相结合，面型的特征也要以线型 的特征来体现。 1 2 4 城市地表灰尘重金属的风险评价 环境风险评价已经成为环境管理的重要策略之一。目前，以城市地表灰尘中 重金属含量为基础对城市地表灰尘进行重金属污染评价，系统地研究对人类健康 造成的影响是国内外研究的热点。目前很多国家均建立了环境风险评价和健康风 险评价的准则：澳大利亚针对地表灰尘和土壤的污染范围建立了“健康与环境监 测标准”，简称h i l s 或e l l s 。其中h i l s 主要研究污染物的生物有效性、日承 受摄入量、背景值等，这样保障污染区及附近居民的日常生活健康；e l l s 用于 防止污染物对生态系统的潜在生态危害 5 5 巧6 】。我国对于该方面的研究起步较晚， 但是自从2 0 0 7 年以来，国内一些城市如北京、重庆等陆续出台了一些政策北 京市场地风险评价、重庆市场地污染环境风险评估技术指南；指导开展污染 场所风险评价和修复工作。根据风险评价的目标将环境风险评价分为生态环境风 险评价和人体健康风险评价两种类型。城市地表灰尘重金属的风险评价方法较 多，如地累积指数法，潜在生态风险评价法等。潜在生态危害指数法是国内学者 在研究地表灰尘重金属污染评价时最常用的方法之 9 , 2 0 1 。但是由于选取的参数 多、方法繁杂、不确定性因素较多，人体健康风险评价法并不常被采用。 1 2 5 城市地表灰尘重金属污染的来源判别 城市地表灰尘重金属污染物的来源主要分为以下几种：交通污染源、生活污 染源、工业污染源、与成土母质有关的土壤颗粒的再悬浮或迁移；建筑材料和 废弃物。交通污染源主要表现为汽车尾气排放、汽车橡胶轮胎老化磨损、车体自 身的磨损、路面材料的老化磨损等；目前普遍得到公认的是含铅汽油、柴油燃烧 镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 排放的尾气和燃煤的燃烧烟尘导致的地表灰尘重金属铅的污染。2 0 1 1 年我国曾 发生多起血铅事件，引起民众对重金属污染的高度关注。中国环境保护部部长表 示：2 0 1 2 年环保专项行动重中之重是继续整治重金属污染，将以最严厉的措施 整治重点行业重金属排放企业环境污染问题。工业污染源主要是电镀厂、电子厂、 钢厂、机械制造厂等进行生产造成的污染。生活污染源是由于人类的正常生活生 产任意排放垃圾废弃物、燃料燃烧等人类活动造成的污染。与成土母质土壤颗粒 的再悬浮和迁移主要是因为不同的地域有不同的地质条件，其不同重金属的背景 值不同而造成的。建筑材料和废弃物主要是由于建筑物扬尘、建筑物金属部分的 侵蚀脱落、各种建筑材料( 如油漆) 的老化脱落等。 用于地表灰尘重金属污染来源的判别方法主要是各种统计学方法如相关性 分析、主成分分析、因子分析等。a 1 r a j h i 等】研究发现沙特拉伯利雅得室内灰 尘和室外地表灰尘中重金属含量均主要来源于汽车尾气排放；史贵涛等【5 4 】认为 上海城市公园土壤及灰尘中重金属污染的来源主要是工业和交通污染。朱伟等【5 7 】 认为镇江城市地表灰尘中重金属污染来源在不同功能区有所差别，主要是交通污 染和工业污染、或者是工业交通混合污染源。刘春华【冽通过因子分析对北京是 地表灰尘重金属污染进行了研究，总结出北京城市地表灰尘的四种污染源：交 通排放，特征元素为z n ，s b ，p b ，c u ：与成土母质的地质背景有关的土壤颗 粒的再悬浮和或迁移；工业污染，铁族元素组合f e 、m n 、c r 、t i 是典型的首 都钢厂污染元素；建筑材料及废弃物，而h g 和c d 因其多来源的复杂作用使 得这2 个严重污染环境的元素归属( 分组) 不明。主成分分析法具有自身的优势和 特点，因其能够在最大限度保留原有信息基础上对高维变量进行简化与综合，从 而客观确定各个变量的权数。 1 3 选题意义、研究内容与需解决的关键问题 1 3 1 选题意义 城市地表灰尘属于城市环境学研究范畴，其对生态环境的危害是长期的、潜 在的、隐蔽的，且对人体的危害是直接的，有时是致命的。除城市地表灰尘本身 的危害性外，其携带的重金属等有毒有害污染物更增强了城市地表灰尘的危害性 【6 】。目前，国内对于城市地表灰尘的研究主要侧重于大气颗粒物对于污染的贡献 1 2 江苏大学硕士学位论文 率方面，但是对于重金属污染的研究很少。研究区域来看，虽然基本都集中在中 东部地区，但是对于镇江市地表灰尘的研究很少。所以，对于镇江市老城区地表 灰尘污染特征进行分析具有深远的科学实践意义。 1 3 2 现实意义 随着城市化进程的加快和工业的飞速发展，带来了各种各样的生态环境问 题。随着城市降雨径流污染问题越来越凸显，关于如何控制降雨径流污染，以及 由于合流制管网而导致的溢流污染问题成为研究热门。引起降雨径流污染的一个 很重要的污染源就是不同下垫面的沉积物。其中最主要的是地表灰尘。地表灰尘 是大城市地区各个污染源排放的污染物聚集的汇，又是造成都市地区及周边大 气、水体和沉积物再次污染的源。地表灰尘不仅是汽车尾气颗粒物和其他来源的 尘土汇聚的载体，同时又是大气颗粒物污染、城市地表水体及沉积物污染的重要 来源。环境学研究中，大气颗粒物、土壤等被视为能很好反映某一地域的污染信 息的环境介质，对一个地区的大气或土壤进行研究可以反映出一定的污染状况。 但是已经有研究表明，由交通行为所产生的污染物颗粒在大气中停留时间很短， 应用大气采样技术很难检测出这种污染；同时，在不透水地面占较大比例的城市 地区，由于受较频繁的人为活动的干扰，城市土壤多为绿地，很难反映出该区域 污染的真实状况。相比较而言，地表灰尘的分布范围广，其所含的污染物质大多 数来自于该区域内部短时间内的累积，是一种典型的非点源污染，能很好的反映 区域的环境状况。因此，由于地表灰尘具有分布范围广、取样方便、富有代表性， 与非点源污染联系紧密等一系列独特的环境特征，所以开展城市地表灰尘污染研 究，可以与其他城市环境介质研究相结合，相互补充，互为论证，更全面系统地 反映区域环境的总体污染状况。但长期以来与地表灰尘有关的污染物的研究还十 分有限，尤其是关于重要的污染因子重金属的研究。从事这方面的研究不仅可以 让我们了解某一地域的环境污染状况，还为我们从源头上控制面源污染提供强有 力的理论依据。 1 3 3 课题来源 选题来源于“国家水体污染控制与治理科技重大专项 的高截污率城市雨污 水管网建设、改造和运行调控关键技术研究与工程示范课题的子课题镇江老城区 镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 地表灰尘污染分析研究。 国家水体污染控制与治理科技重大专项是国家中长期科学和技术发展规划 纲要( 2 0 0 6 2 0 2 0 ) ) ) 确定的1 6 个国家科技重大专项之一，也是国家环境保护 “十一五 科技发展规划中的重要内容。城市地表灰尘的监测分析是进行城市 溢流污染控制与治理的一项基础性工作，对城市雨污水溢流污染治理工程有重要 的指导作用。镇江市这方面的基础数据缺乏，对城市溢流污染的“源”与“汇 的规律认识不足。 1 3 4 研究内容 结合水专项的研究内容，从以下方面进行调查和监测： ； ( 1 ) 探讨不同功能区地表灰尘基本理化指标的时空分布特性。 ( 2 ) 探讨不同功能区地表灰尘重金属的时空分布特性。 ( 3 ) 不同功能区地表灰尘重金属污染的权重评价及来源分析。 在国内外地表灰尘污染的现有资料的基础上，以镇江市老城区为依托，选取 老城区典型的功能区，以道路表面灰尘为研究对象，对地表灰尘的基本理化性质 和重金属进行监测和分析。 1 3 5 研究目标、设计方案与拟解决的关键问题 ( 1 ) 研究目标 了解镇江市老城区不同功能区地表灰尘重金属c u 、z n 、p b 、n i 、c r 、m n 、 c d 七种重金属元素的含量水平；明晰镇江市老城区不同功能区地表灰尘重金 属元素分布特征和来源；得出镇江市老城区不同功能区地表灰尘季节效应； 对镇江市老城区不同功能区地表灰尘重金属污染评价。 1 4 江苏大学硕士学位论文 ( 2 ) 技术路线 图1 3 论文技术路线 f i g1 3p a p e rt e c h n o l o g yr o a d m a p ( 3 ) 拟解决的关键问题 基本明确镇江市老城区不同功能区地表灰尘p h 、有机质、氨氮、总磷、 重金属的平均含量分布；得到镇江市老城区不同功能区地表灰尘p h 、有机质、 氨氮、总磷、重金属平均含量随季节变化的特征；探讨镇江市老城区不同功能 区三种粒径地表灰尘重金属的粒级效应；定性描述镇江市老城区不同功能区地 表灰尘重金属污染的来源；利用地累积指数法和潜在生态危害指数法对镇江市 老城区地表灰尘进行重金属污染评价。 。镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 2 1 研究区概况 2 1 1 研究区概况 第二章材料与方法 帚一早 不斗司刀法 镇江位于长江中下游南岸，江苏省西南部，北纬3 1 。3 7 一3 2 。1 97 ，东经 1 1 8 。5 8 1 1 9 。5 8 ，东西最大直线距离约9 5 5 公里，南北最大直线距离约7 6 9 公里。 镇江市为北亚热带季风气候，四季分明，温暖湿润，热量丰富，雨量充沛。总体 来讲气候条件比较优越，但有时会有气象灾害。受大陆、海洋及南北天气系统的 影响，镇江市气候复杂多变。因其北濒长江，西高东低，地势起伏较大，地貌不 一，且受局部天气系统的影响，又形成某些特殊的气候，尤以风力偏大最为明显， 特别是春、秋、冬季的北向风。镇江气温偏高，秋、冬两季明显高于周围地区。 梅雨强度大，镇江、句容、扬州、泰兴一线的梅雨量和梅雨期暴雨强度明显大于 两侧地区。镇江的降水属于湿润型，季节分配为春季2 3 ，夏季4 5 ，秋季2 1 ， 全年的平均相对湿度为7 6 。镇江市的土壤类型主要有水稻土、黄棕壤、潮土。 地貌类型主要为冲击平原地区、山丘、滩涂三种类型。冲击平原是镇江主要的农 作物耕种区和蔬菜生产基地；山丘地区主要以林木和果树种植为主；随着人类活 动的加剧，地貌发生了很大的变化，人类对于南郊诸山石矿的开采，山体剥蚀加 剧，由于修筑道路导致残丘的分离破碎，岗地分割，从而使局部地区形成新的侵 蚀基面，流水侵蚀作用加大。这样地貌就会呈现地面起伏越来越小的趋势，地势 变化渐趋平缓，地貌发育相对稳定。 京口区地处镇江市东部，地势东南高，西北低，中间地带地势平坦，岗坡丘 陵穿插其间，除了新民洲为江中的沙洲外，其他基本上为丘陵岗坡。京口区境内 主要山峰有“京口三山 之称的北固山、焦山。京口东临上海，西接南京，是历 史文化名城和国家优秀旅游城市。它属于镇江市主城区，下辖2 个镇，4 个街道， 5 5 个社区居委会，1 个省级科技工业园区，1 个共青团农场，2 5 个行政村。共有 人口约3 6 万人，土地面积1 1 8 平方公里。从交通区位看，京口地处中国沿海沿 江“t 型产业布局的交汇地区，处于市场需求最旺盛的长江三角洲的中心、上 海经济圈和南京都市圈的交汇点、长江南北的联接点，是接受上海经济辐射和产 1 6 江苏大学硕士学位论文 业带动的最佳区域，经济腹地开阔，市场潜力大。京口交通运输便捷，辖区内有 沪宁高速、沿江高速、3 1 2 国道3 条高等级公路，连接长江南北的润扬长江公路 大桥已建成通车，沪宁高速铁路也已经开通。研究区域选择在镇江市京口区西北 部，西至电力路，东至梦溪路，北至长江路，南至正东路。课题研究与采样区域 如图2 1 。 2 1 2 机动车数量与能源结构 图2 1 课题研究区域 f i g2 1s u b j e c tr e s e a r c ha r e a 随着社会的发展和科技的进步，镇江的机动车数量急剧增加，目前全市机动 车保有量已突破三十万辆，每年仍以较快的速度增长，其中各类汽车每年的增长 速度超过1 5 ； 燃煤是江苏省的主要能源结构，燃煤量占能源消耗量的8 0 左右。2 0 0 4 年 公报显示，去年全省工业废气排放量为1 7 8 1 8 4 亿立方米，其中二氧化硫排放总 量为1 2 4 万吨，烟尘排放总量为4 1 5 万吨，生活烟尘排放量为1 7 万吨。各种 废气使得全省城市空气质量总体处于轻污染级，其中，南京、无锡、徐州、扬州 1 7 镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 和镇江这五市处于中污染级，其他城市均为轻污染级。镇江的二氧化硫、汽车尾 气等带来的二氧化氮达到国家空气质量二级标准；可吸入颗粒物超标。 2 1 3 城区环境质量状况 江苏的空气污染源主要来自建筑施工、汽车尾气、工业烟尘等。以往，空气 质量的好坏多由天气因素决定：降雨、刮风时，空气质量好；干燥时，空气污染 加重。但是随着近年来城市建设的加快，空气质量不再完全“天收”。扬尘中的 可吸入颗粒物成为江苏空气污染的“大户：2 0 0 4 年，全省工业废气排放量达到 了1 7 8 1 8 4 亿立方米，比2 0 0 3 年增加了3 1 8 5 4 亿立方米。其中二氧化硫排放总 量与2 0 0 3 年持平，工业粉尘排放量有所下降。不过2 0 0 4 年的烟尘排放总量达到 4 1 5 万吨，生活烟尘排放量与2 0 0 3 年持平，但工业烟尘排放量达到3 9 8 万吨， 比2 0 0 3 年的烟尘排放总量3 7 1 万吨上升了2 7 万吨。最近几年，工业烟尘排放 量的增加速度正在迅猛上升，工业烟尘的污染对人类的危害程度正在加剧。江苏 省酸雨污染总体格局基本不变，镇江、南通、南京等地是相对稳定的酸雨污染较 重区域。 此外，镇江市空气污染也从2 0 0 3 年的轻污染级转变为中污染级。由于镇江 城区大部分道路狭窄，且道路旁高大建筑物林立，建筑物群中心容易发展成为特 殊的空气环流，形成比较典型的街道峡谷现象，并容易导致机动车排放的有害物 质积累。 长江是镇江市的主要水源。由于其流动性较大，长江镇江段水质一直保持较 好。饮用水源水质达标率为1 0 0 。内江虽然面积不大，却是制约镇江境内其它 几条河流水文与水质条件的主要水体。内江平水期的水质达不到地表水环境质量 标准规定的类水质标准，枯水期的水质达不到地表水环境质量标准规定的类 水质标准。古运河也是镇江市的主要纳污水源，但其水质很差，在各项指标中均 达不到地表水环境质量标准规定的类水质标准。 2 2 样品采集与制备 2 2 1 样品采集方法 1 8 2 0 1 0 年1 0 月，采用均匀布点和功能布点相结合的方法，在镇江市老城区设 江苏大学硕士学位论文 置了1 8 个采样点，具体位置见图2 1 ，在镇江市老城区共设置了交通区、大市口 广场、居民区、商业区、江滨公园、文教区六个功能区，每个功能区设置了三个 采样点，均采自于各个功能区的道路路面。三个对照样品，取自远离城区基本无 污染的土壤。 图2 2 采样点分布示意图 f i g2 2m a po fs t u d ya l o a $ a n ds a m p l i n gl o c a t i o n s 具体采样方法如下：在天气保持晴朗干燥至少3d 后，选择晴朗无风的天气， 采用均匀布点和功能区布点相结合的方法，用细毛刷和塑料铲子，在街道边缘 选取1 平方米的地表作为采样点，用g p s 定位选取固定的采样点。在一个采样 站位内选取三个平行采样点，将每个采样点选取的样品装入自封袋，在自封袋 上记下采样的时间，地点标号，并记录周围的环境状况。采样布点图如图2 1 ， 商业区布点在大润发( 大型超市) 附近，居民区布点在怡海花园小区里面，交 通区布点在大市口南站十字路口处，旅游区布点在河滨公园，文教区布点在外 国语学校内，另外还研究了镇江市主要广场大市口广场。为了研究城市地表灰 尘的各指标的季节效应，对其进行四个季度的采样。其各功能区采样点的详细 信息如下表2 1 ： 1 9 镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 表2 1 不同功能区采样点 t a b l e2 1s a m p i n gs i t e si nd i f f e r e n t 矗l n c i i o na r e a s 功能区 采样相关基本信息 交通区 奎? 路面每天清扫1 - 2 况车流量舭7 蝴m 轿车为主从交车次 大市旷场蓑蠢伞辈蠢答嚣，攀蒙嚣扪张从髓欺以种嶙骝 江滨公园会耋篙昱爹霍翌誓军赢茎勰毓：腻戥小以涨潞刊， 商业区 塞叟辈警雾滋人3 - 4 渊次, 餮量伽。7 蝴m 轿车为主电瓣、 层昂暖 位于弥陀寺巷内，均是老居民区，每天几乎无人清扫，人流量较大，车 怕氏睑 辆量3 0 0 - 4 0 0 辆 l 。 。一 镇江市外国语学校路面，每天清扫3 - 4 次。人流量很大，旁边有环城路l 文教区 车流量4 0 0 5 0 0 辆l l 。 采样时，收集点尽量远离特殊明显的污染源如加油站、工厂车间等以及与 城市自然土壤比较靠近的区域，尽量避开城市街道人工清扫时间。 2 2 2 样品制备方法 将采集样品制备期间，将采集的样品平摊在通风干燥处自然风干。目前国内 外学者对于样品粒径的划分并没有达成共识，所以本文是在参考了大量的文献的 基础上将采集的样品分别过3 5 目、6 5 目、1 2 0 目筛子将其分为三份： 1 2 0 预处 理后用于测定重金属。 2 3 实验仪器、试剂及药品 2 3 1 主要实验仪器设备 实验所需的仪器主要有等离子体发射光谱仪( i c p m p x ) 、万分之一的电子 天平、超级恒温水浴锅等。具体见下表2 2 ： 江苏大学硕士学位论文 表2 2 主要实验仪器设备 t a b l e2 2t h em a i r le q u i p m e n to ft h i ss t u d y 仪器名称 公司或产地 等离子体发射光谱仪i c p ( s 1 a - m p x ) 可见分光光度计( 7 2 2 ) 通风厨 超级恒温水浴锅( h h ，6 0 1 ) 低速离心机( s c 一3 6 1 0 ) 可调电压式电热板( s b 4 ) p h 计( 6 1 8 n ) 台式恒温振荡器( n z d ) 电子天平( b s l 2 4 s ) 3 5 、6 5 、1 2 0 目标准筛 聚四氟乙烯烧杯、容量瓶、烧杯 美国瓦里安公司 上海欣茂仪器有限公司 北京鸣远实验家具有限公司 金坛市医疗仪器厂 安徽中科中佳科学仪器有限公司 北京科伟永兴仪器有限公司 上海任氏电子有限公司 金坛市医疗仪器厂 北京赛多丽斯科学仪器有限公司 上海宝蓝实验仪器制造有限公司 2 3 2 主要化学试剂药品 实验主要用到的化学试剂：浓硫酸、浓硝酸、氢氟酸、高氯酸等。化学药品： 氢氧化枞重铬酸钾、铝酸铵、抗坏血酸、苯酚等。具体见表2 3 ： 表2 3 主要实验试剂 t a b l e2 3t h er e a g e n t so fe x p e r i m e n t 试剂或药品名称公司 浓硫酸 浓硝酸 氢氟酸 高氯酸 重铬酸钾 七水合硫酸亚铁 邻菲洛林 钼酸铵 酒石酸锑钾 抗坏血酸 磷酸二氢钾 二硝基酚指示剂 上海中试化工总公司 南京化学试剂有限公司 南京化学试剂有限公司 南京化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 2 1 镇江市老城区不同功能区地表灰尘的污染分析研究 表2 3 ( 续) 试剂或药品名称 氢氧化钠 二水柠檬酸钠 二氯异腈尿酸钠 氯化钾 氯化铵 苯酚 二水硝普酸钠 国药集团化学试剂有限公司 上海安谱科学仪器有限公司 南京化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 南京化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 2 3 3 实验分析方法 关于地表灰尘各项指标的监测方法见表2 4 。 表2 4 地表灰尘的指标监测方法 t a b l e2 4m e t h o d so fd i f f e r e n ta n a