（环境科学专业论文）我国北方地区五城市排放源成分谱的比较研究.pdf

s t u d y o nc o m p a r i s o no fs o u r c e p r o f i l e so f f i v ec i t i e s i nt h en o r t ho fc h i n a m a j o r ： a u t h o r ： a d v i s o r ： e n v i r o n m e n ts c i e n c e h o ux i m e i p r o f z h ut a n a b s 仃a c t ： o nt h er e s e a r c ho fs o u r c ea p p o r t i o n m e n to f a t m o s p h e r i cp a r t i c u l a t e ，t h es t u d yo n s o u r c ep r o f i l e si s v e r yi m p o r t a n t b a s i n go nt h es o u r c ep r o f i l e so ff i v ec i t i e s ( a n y a n g 、h a n d a n 、t a iy u a n 、s h ib a z h u a n g a n dn n a n ) i nt h e n o r t ho f c h i n a ，t h r e e p e r f o r m a n c em e a s u r e sa r ea p p l i e d t o q u a n t i f ys i m i l a r i t i e s a n dd i f f e r e n c e s a m o n g p r o f i l ep a i r si nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w h i c ha r et - t e s t ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sa n dt h e d i s t r i b u t i o no fr ur a t i o t h ef i v es o u r c et y p e s ，w h i c ha r es o i ld u s t 、c e m e n td u s t 、 f u g i t i v ed u s t 、c o a ld u s ta n d s t e e ld u s t ，a r ed i s c u s s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n a tt h es a m e t i m e ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es a m es o u r c et y p ea r ec o m p a r e da n da n a l y z e da m o n g t h ef i v ec i t i e s w h e n8 0 o ft h er ur a t i o sa r ew i t h i n36a n d7 8 o ft h em ur a t i o s o f t h e p r i m a r yc o m p o n e n t s a r ew i t h i n26 ，w i t hr 0 8a n d p 2 0 时，该元素就需要引起重视，如果该比值为正， 那么可能有一个或多个源的成分谱对这个元素的贡献值不合理的过大；如果该比 值为负，那么可能有一个或多个源成分谱对这个元素的贡献值不合理的过小，甚 至有源成分谱被丢失。 9 第三章土壤风沙尘 土壤风沙尘是指由于自然风力作用把地面、干枯的河道、土壤、沙砾扬起 扩散到空气中的尘1 2 4 , 2 5 】，其主要来源是城市周边的裸露农田和城市内部的裸露 地面。在一定区域范围内，土壤风沙尘的化学组成一般变化不显著 2 】。土壤风 沙尘是构成城市空气悬浮颗粒物组成的重要部分，因此严重影响了城市大气环 境质量是否达标。 在实际情况下，由于土壤风沙尘受到一些人为因素的影响，使得土壤风沙 尘的成分谱异于土壤背景值，因此在大气颗粒物源解析研究中，我们建立了 壤风沙尘的成分谱。而我国北方的邯郸、安阳、太原、石家庄、济南，这五个 城市具有相似的地理环境和气候特征，因此研究这五个城市的土壤风沙尘t s p 和p m 。成分谱的异同将对华北地区其它城市开展空气颗粒物源解析，建立土壤 风沙尘成分谱有重要的参考价值。 3 1 城市之间t s p 和p m l o 成分谱的比较分析： 如表1 ，我们可以看出五个城市之间粗颗粒物和细颗粒物土壤风沙尘的成 分谱的相关系数。对于t s p 成分谱，五个城市中的每两个城市之间的相关系数 都大于0 9 ，说明这五个城市土壤风沙尘t s p 成分谱相似。 对于p m 。成分谱，五个城市的成分谱的相关系数都大于0 9 ，这说明五个 城市之间的成分谱同t s p 成分谱一样都相似。 通过t 检验的方法，可知对于t s p 源成分谱，邯郸与太原市的t 检验值较 大为1 6 1 5 ，但是p 0 0 5 ，这说明邯郸与太原市的源成分谱之间在9 5 的置信 区间没有显著差异。其他四个城市成分谱的t 检验都满足在9 5 的置信区间没 有显著差异，因此，对于土壤风沙尘t s p 成分谱五个城市的成分谱相似。 对于p m - o 源成分谱，太原与安阳、邯郸、济南的成分谱的p 值在0 o l o 0 5 之间；太原与济南的p o 0 5 ，可知，太原的源成分谱除与济南的相似以外，和 其他三个城市的源成分谱都有显著差异。这说明其他四城市之间的土壤风沙尘 成分谱都相似，而太原市与之不相似。 相关系数rt 检验t t s p p m l o t s p p m l o 表1 ：五个城市士壤风沙尘成分谱相关性比较及t 检验 3 。1 2 r u 比值的分布比较 从表2 中，我们看到在t s p 源成分谱中，安阳与济南市，太原与石家庄市 的成分谱有9 6 的r u 的比值在36 以内，石家庄与安阳和济南成分谱的r u 分 别有1 0 和2 0 的组分的比值都大于36 。可知，这五个城市的土壤风沙尘t s p 源成分谱中有8 0 以上的组分的r a j 值分布在三倍标准偏差以内。对于p m 。源 成分谱，安阳与邯郸、太原有1 2 的组分大于36 ，其他城市之间都有9 0 以上 的组分的r u 值在36 以内。因此，五城市中的每甄个城市之间的源成分谱相 比较，得到的r 0 的比值都有超过8 0 的在36 以内，那么五个城市的土壤风沙 尘t s p 和p m 。源成分谱满足相似条件。 r u j 36 分布( 主量组分) i r u i 0 8 ，p 0 0 5 ， 并且有8 0 的组分的r a j 的比值在36 以内，主量组分的r u 值有7 8 以上2 6 以内。我们认为这两个城市源成分谱的化学组分的百分含量在分析误差之内 是相似的。 对于t s p 成分谱，五个城市之间的相关系数r 都大于0 9 9 ，在t 检验中， 五个城市之间的成分谱在9 5 的置信区间的没有显著差异，城市的成分谱的相 应组分之间比较的r a j 值都满足相似条件。因而，安阳、邯郸、太原、石家庄 和济南的土壤风沙尘的t s p 成分谱相似。 而p m - o 成分谱，由于太原与安阳、邯郸、石家庄的t 检验中，在9 5 的置 信区间有显著差异，其他城市之间的比较都满足相似条件，因此，安阳、邯郸、 石家庄和济南的土壤风沙尘的p m 。o 成分谱相似。 3 2 组分分析 3 2 1土壤风沙尘的特征元素s i 用c m b 受体模型【4 】来进行大气颗粒物来源解析时，s i 元素作为土壤风沙 尘源成分谱的特征元素【5 】i 其百分含量和标准偏差列于表3 。我们可以看出， 这五个城市土壤风沙尘的s i 元素的百分含量相近，t s p 成分谱中的标准偏差小 于3 ，p m m 成分谱中的标准偏差在0 5 - 2 之间。济南市的t s p 和p m 。成分谱中 s i 的含景都为最高。比较发现，各城市的s i 元素p m ，。t s p 的比值都在9 0 左右， 这说明土壤风沙尘中s i 元素在粗颗粒物中的含量高于在细颗粒物中的含量。 1 4 s if i f i 郸安阳太原石家庄 济南 t s p 平均值 2 85 7 92 8 7 6 9 2 8 6 3 72 8 7 1 52 8 9 1 3 标准偏差 0 0 0 30 5 4 60 0 0 40 8 7 6 2 7 9 5 p m l n 平均值 2 5 5 0 32 6 2 3 82 60 9 6 2 49 1 42 6 4 4 2 标准偏差0 ，7 7 80 5 5 0 i 8 9 51 1 6 52 t 0 3 表3五个城市土壤风沙尘t s p 成分谱中s i 元素的百分含量( ) 3 ，2 2土壤风沙尘t s p 和p 1 。成分谱中主量元素的比较 实验测定数据列于表4 中。 j 元素邯郸安阳太原石家庄济南 t s p a 1 72l 9 7 ，3 7 58 1 4 86 6 0 47 3 0 1 c a4 4 0 73 6 1 56 0 5 93 4 0 23 6 8 3 f e3 1 5 93 0 7 23 3 0 82 9 0 04 6 0 6 i m ” a 16 9 9 57 4 0 48 9 7 17 8 4 56 7 1 2 c a6 + 5 2 15 3 5 09 1 j 94 9 0 643 1 3 f e4 3 4 54 3 1 24 0 7 54 2 9 84 6 5 0 表4土壤风沙尘t s p 利p m o 成分谱中常量兀索的百分含量( ) 表4 为五城市的源成分谱中重要的三种元素的土壤风沙尘的百分含量。这 五个城市的主量元素- 的百分含量的都遵循a i c a f e k m g n a 的规律。 a 1 、c a 是一类地壳元素( c r u s t a le l e m e n t ) 2 7 1 。太原市的t s p 和p m ，。成分 谱中a l 、c a 元素的百分含量均为最高，尤其是在p 。成分谱中a l 和c a 的百 分含量分别高出其他城市约1 6 和4 0 以上。表4 中，山西地区的c a 元素的背 景值远远高出其他地区，这与太原市成分谱中c a 元素的百分含量较高取得一 致。由于太原市的年燃煤量很高，土壤受到煤烟尘的污染，而a l 在煤烟尘中的 含量很高【2 ，因而太原市土壤风沙尘成分谱中的a i 含量也较其他城市要高。在 t s p 成分谱中，石家庄市的这两种元素的含量都低于其他城市，大约比四个城 市的平均值要低1 0 和2 5 。 l 河北( 邯郸、石家庄)山东( 济南)山西( 太原)河南( 安阳) ia l 。 6 7 26 6 26 3 56 3 4 ic a2 1 8l ，6 741 5 2 4 3 注：笔者将资料中士壤背景值单位( m g k g ) 换算为百分含量( ) 表5a l 、c a 元素的七壤背景值( ) f e 元素在土壤风沙尘r 1 是常量元素，在粗颗粒物中的万分含量在3 左 右，细颗粒物中的百分含量在4 - 3 左右。t s p 源成分谱中济南市的f e 元素要 高出其他城市约3 0 ，高出其背景值7 0 ( 2 7 2 ) ，该城市p m ，。成分谱中的f e 同样也较其他城市高。其他城市的土壤风沙尘t s p 成分谱中的f e 元素的百分 含量相近，与相应各地区的土壤背景值相比较也基本一致。 t s p 成分谱中的主量组分n a 、m g 、k 等( 如图l 、2 ) ，济南成分谱中的 含量最高，总碳和有机碳则是太原成分谱中的含量晟高。其他城市成分谱中的 这些组分的含量相差不大。而p m ，o 成分谱中，济南的n a 元素的含量较高，太 原的总碳和有机碳的含量也是最高，远远高于其他城市。原因是太原市的能源 结构中耗煤占总能耗的9 9 5 以上，空气中的燃煤尘沉降到地面，不可避免地 污染土壤风沙尘。 图1 ：五城市的t s p 成分谱中主量组分的含量的比较 图2 ：五城市的p m l o 成分谱中主量组分的含量比较 3 3 r u 比值的分析： 相关系数r 和t 检验都只能反应两个城市成分谱总体的关系，而r u 的比 值可以反映不同城市相同组分的异同。 对于土壤风沙尘的t s p 成分谱，安阳与太原的源成分谱中，m n 元素的r u 6 值为8 5 5 ，大于36 。安阳的源成分谱中m n 元素的含量为0 0 5 3 5 - + 0 0 0 3 3 ， 太原为0 5 6 7 0 0 6 0 。二者的百分含量相差约一个数量级，因而r u 值较大。 同样，太原与邯郸，石家庄与太原以及太原与济南的m n 元素的r u 值也较大， 分别为8 5 0 、8 5 6 、7 2 9 。对应的邯郸、石家庄和济南的源成分谱中m n 元素 的含量为o 0 5 o o l 、0 ，0 5 2 _ + 0 0 0 4 和0 1 0 6 , + 0 0 2 。我们可以看出，太原土 壤风沙尘t s p 成分谱中m n 元素含量较高。 安阳与济南、石家庄与济南、太原与济南的比较中，c r 元素的r u 值很 大，相应的其含量为：安阳o 0 0 7 4 - + 0 0 0 1 3 、石家庄0 0 0 7 2 0 0 0 0 7 、太原 0 0 0 7 0 0 0 1 、太原0 0 0 1 0 0 0 0 0 6 。从中可知，主要是出于济南的c r 含 量较其他城市要低。 其他各城市的比较中，r u 3 的元素还有元素k ( 安阳与太原、太原与邯郸) ， 但是其r u 的值仍在一倍标准偏差之内；元素v ，在安阳与济南的比较中，该 元素的r u 值超出三倍标准偏差，在石家庄与济南、太原与济南的比较中，r u 值在一倍标准偏差以内。 p m 安阳邯郸石家庄太原 8 r 平均值 0 0 5 8 00 0 0 1 0o 0 0 0 50 0 0 1 4 偏差0 ，0 0 2 80 0 0 0 60 0 0 0 20 0 0 1 2 b a 平均值 0 0 0 0 70 0 5 7 00 。0 6 4 40 0 5 6 2 偏差0 0 0 0 l0 0 0 2 50 0 0 4 50 0 0 2 9 表6p m ，o 成分谱中b r 和b a 的百分含量和偏差( ) 对于p m ，。成分谱，五城市比较中出现r u 值大于3 的元素有：c o 、n i 、b r 和b a 。其中b r 和b a 元素的r u 值非常大，主要出现在安阳与邯郸、安阳与太 原、安阳与石家庄的比较中，如表6 所示，安阳源成分谱中的b r 的含量高出其 他城市的近两个数量级，而b a 的含量又低于其他城市两个数量级。造成这种情 况的原因可能是由于b r 和b a 本身的含量很低而造成了分析误差。对于n i 元素， 济南的n i ( o 0 3 2 0 0 0 8 ) 的含量较安阳、太原和石家庄的高5 倍左右；而 邯郸源成分谱的n i ( 0 0 0 1 5 _ + 0 0 0 0 1 ) 的含量仅为这三个城市的i 5 。对于c o 元素，邯郸与太原、石家庄的源成分谱中其含量相差较大，a u 值都稍微大于 三倍标准偏差。在p m 。成分谱比较中，安阳与太原的离子n o ，一的r u 值为3 0 4 ， 原因是太原的源成分谱中未检出n o f ，同时安阳的n o 、一的标准偏差也较小。使得 二者的r u 值偏高。 3 4 小结： 通过比较华北地区的五个城市的土壤风沙尘t s p 和p m 。成分谱，可以得出 以下结论。 a 土壤风沙尘t s p 成分谱，安阳、邯郸、太原、石家庄和济南五个城市的成 分谱都相似；p m l 。成分谱中由于太原与安阳、邯郸、石家庄的t 检验中，在 9 5 的置信区间有显著差异，因此安阳、邯郸、石家庄和济南四个城市的成 分谱相似。 b 土壤风沙尘的特征元素s i 元素，各城市的t s p 和p m 。成分谱中的百分含量 十分接近，s i 元素在粗颗粒物中的含量高于再细颗粒物中的含量。 c 五个城市的土壤风沙尘t s p 和p m ，。成份谱中常量元素( 除s i 以外) 的百分 含量都遵循a i c a f e k m g n a 的规律，其中太原市的p m 。成份谱的a 1 、 c a 、f e 的含量比其他城市高，尤其是c a 元素，原因是太原的土壤背景值中 c a 的含量较其他地区要高；太原t s p 和p m l o 成分谱中的总碳和有机碳含量 较其他城市要高很多。 d 对于r u 的比值，r u 3 的组分主要为微量元素，t s p 成份谱中有m n 、 c r 、v ，其中五城市比较发现太原的m n 元素含量较高，而济南的c r 元素含 量较低。p m ，。成份谱中有c o 、n i 、b r 和b a ，其中安阳源成分谱中的b r 的含 量高出其他城市的近两个数量级，而b a 的含量又低于其他城市两个数量级。 第四章建筑尘 建筑尘指的是以建筑材料为主的建筑材料堆放场和建筑工地麓工时所排放 的乜灰。由于我圈绝大多数城市常年都在进行施工建设，因而建筑尘是一类重要 _ _ 丌放源类。 建筑材料尘成分比较复杂，所用材料除水泥以外，还有石灰、沙石、沥青等。 水泥不仅仅是来自建筑工地，还来自水泥厂的生产过程及周边无组织排放，还来 自于房屋拆迁和道路改建等造成的开放排放源。由于水泥是生产和使用较多的建 筑材料，因此，应分别建立不同标号的水泥尘成分谱，并根据各自不同的生产和 使用量进行加权平均，从而得到具有代表性的建筑水泥尘成分谱，在使用量难以 统计时，也可以采用等权平均的办法【2 5 硐。虽然施工工地会产生大量的除水泥以 外的各类建筑材料尘或是由于动土而产生的土壤尘，但是由于这部分建筑尘在组 成上类似于土壤风沙尘，因此为了避免其成分谱与土壤风沙尘成分谱出现共线 性，应使用水泥的成分谱来代表建筑尘的源成分谱 4 2 删。 安阳、太原、石家庄和济南市同样都采集各种型号的水泥以及建筑工地水泥 料堆的水泥尘等权平均后建立建筑尘的成分谱。 4 1 城市之间t s p 和p m 。成分谱的比较分析 4 1 i 相关系数和t 检验 从表1 ，对于t s p 源成分谱，安阳建筑尘成分谱与济南成分谱的相关系数 为0 。9 5 5 ，其他各城市的源成分谱之汹的相关系数都在0 9 6 左右。因而四城市符 合相关性要求，我们认为其源成分谱相似。对于p m 。源成分谱，四个城市的源成 分谱之间的相关系数为0 9 5 左右，我们认为满足相似条件。因此，安阳、太原、 石家庄和济南的源成分谱的相关系数都在0 9 以上，说明具有相似性。其中，安 阳和太原的t s p 和p m 。源成分谱相关性非常好。 在t 检验中，四城市的t s p 派成分谱相比较得到的t 值均小于 t 。* ( 2 4 ) = 1 7 1 0 9 ，t o o s ( 2 3 ) = 1 7 1 3 97t o o s ( 1 9 ) = 1 7 2 9 1 ，满足p 0 0 5 的相似条件 的要求。同样，对于p m i o 源成分谱，我们也得到相同的结果。因而我们可以得 出安阳、太原、石家庄和济南的建筑尘t s p 和p m 。成分谱相似。 相关系数rt 检验t t s p p m l o t s p p m i o 表1 ：五城市之间源成分谱比较 4 1 2 成分谱中组分的r u 比值的分布比较 t s p 成分谱中，石家庄与济南的源成分谱的组分的r u 的比值在36 之内的 分布为7 0 ，也就是说相比较的两源成分谱中，有六个组分的r u 值超出了三倍 标准偏差。同样情况有太原与石家庄、济南的源成分谱之间分别有七个和五个组 分的r u 的比值不在三倍标准偏差之内。因此，我们推断太原、石家庄和济南的 建筑尘成分谱不相似。然而，安阳与太原的源成分谱比较得出的r u 值都小于三 倍标准偏差，安阳与太原的源成分谱相似。安阳与石家庄、济南的源成分谱也满 足相似条件。 对于p m ，。成分谱，从表2 中可知，四个城市的比较得出与t s p 成分谱相同 的结论。太原与石家庄和济南，以及石家庄与济南都有2 0 以上的组分的r u 值 超出了36 ，不满足相似条件。安阳与太原、石家庄的p m 。成分谱相似，安阳与 济南的成分谱比较得到的r u 值有8 0 分布在36 之内的，5 0 分布在l6 之内， 符合相似条件。 j r a j ! 36 分布( 主量组分) l i t ，u i 石家庄 济南，济南的4 2 5 号矿渣水泥中 s i 元素的含量仅为0 9 1 6 ，而太原却高达1 3 5 7 4 。c a 元素则是济南最高为 4 7 3 8 5 ，高于石家庄8 5 ，高于太原1 3 8 ：济南和石家庄的l ，e 元素相差不大， 但太原的f e 含量很低，仅为0 7 7 6 。济南和太原的总碳的含量相近，石家庄的 总碳含量为0 5 1 。 图2 ：4 2 5 4 矿渣水泥的p m m 成分谱比较 从图2 ，4 2 5 。矿渣水泥的p 地。成分谱来看，济南、石家庄、太原市的主量组 分c a 、m g 、a 1 、f e 、t c 的含量比较的情况同三个城市的t s p 成分谱一样。不同 的是石家庄和济南市的p m ，。成分谱中的s i 元素的含量相近。 这说明，三个城市的4 2 5 4 矿渣水泥的成分谱并不相同，这可能与各地区所 选用的生产水泥的原料不同，而使得三个城市的同一型号的水泥成分谱相差很 大。由于目前没有详细的这方面的资料，无从确切了解造成差异的原因，但是在 以后的研究中需要迸一步分析原因。 4 2 23 2 5 4 矿渣水泥和4 2 5 8 硅酸盐水泥的成分谱 同样比较了三个城市的3 2 5 4 矿渣水泥和4 2 5 硅酸盐水泥的t s p 和酬。成分 谱，情况同4 2 5 t 旷渣水泥的成分谱的比较结果一样，因此，说明三个城市的水泥 尘成分谱中的各种相同型号的水泥的成分谱不同，那么三个城市建立的建筑尘成 分谱也就都不相似。但原因尚未明确，有待进一步研究。 当然，建筑尘应当还包括石灰尘、沙尘等，并且建筑尘还与其他源类相互 作用产生建筑扬尘等。因而作者认为应当分别建立各种建筑材料的成分谱，对它 们进行深入研究，将对扬尘的解析研究有重要的帮助。 4 3各城市t s p 和刚。源成分谱中组分的比较分析 4 3 1建筑尘成分谱的特征元素c a c a 元素在建筑尘中含量很高，如表3 ，济南的建筑尘成分谱中c a 的百分含 量，t s p 中为4 7 5 1 5 1 0 2 8 7 ，p m 。中为5 0 2 2 0 3 1 2 1 5 2 ，比其他三个城市 高出6 0 左右。而安阳、太原、石家庄的c a 元素相差不大，t s p 成分谱中为2 9 左右，p m ，。中为3 0 左右。我们可知c a 元素分布在细颗粒物中的含量要高于在 粗颗粒物中的。 表3 ：四个城市成分谱中的c a 元素的含量( ) 4 3 2 其他主量元素 对于p m ，。源成分谱中主量元素，从各城市的百分含量来看，各城市之间有明 显差别。如图3 ，石家庄源成分谱中的a 1 含量为8 0 0 4 7 0 5 5 2 ，比其他城市要 高出2 3 倍。由于建立石家庄水泥尘成分谱中包括一种特种水泥厂的硫铝酸盐 水泥，该水泥尘的成分谱中a i 的百分含量为8 7 9 8 8 0 5 3 1 6 ，这就造成石家庄 建筑尘成分谱中a 1 含量非常高。对于s i 元素，安阳和太原的源成分谱中的较高， 而石家庄和济南的较低，二者之间相差6 9 。太原的源成分谱中f e 元素( o 9 8 0 2 1 9 6 ) 的最低，济南的f e 元素( 1 8 3 2 5 0 1 3 8 2 ) 最高，安阳与石家庄的相当。 图3p m m 成分谱中a l 、s i 、f e 元素的百分含量( ) 对于n a 元素，济南的源成分谱中的含量为1 1 2 7 6 0 1 3 6 1 ，远远高于其 他城市。m g 元素则是安阳与济南的源成分谱中的含量相差不太大，分别为2 1 5 1 6 o 6 8 3 2 和1 9 4 6 3 1 0 2 4 2 8 ，但两城市与太原、石家庄都有很大差别，高出 石家庄1 左右，而低于太原1 左右。 对于t s p 源成分谱( 见表4 ) ，通过比较，我们发现四个城市之间的同一元素 的异同与p 。成分谱的情况相似。石家庄的建筑尘成分谱的a 【元素含量最高， n a 、m g 、k 元素含量最低：石家庄和济南的s i 元素含量较低，安阳和太原的相 当分别为1 1 0 8 2 7 3 4 6 8 6 ，1 1 9 7 6 5 3 5 2 3 7 济南的建筑尘中f e 元素含量 最高，其次是石家庄，安阳，太原最低。 表4 四城市t s p 源成分谱中的主量元素( ) 总之，从主量元素的比较来看，四个城市的建筑尘t s p 和p m ，。成分谱相差都 很大。安阳与太原的源成分谱中的元素n a 、a i 、s i 、k 含量相当，c a 和f e 含量 有差别；济南和石家庄的源成分谱则与安阳和太原的成分谱相差很大，该结论与 前面的r ，u 值的比较结论取得一致。 4 3 3 总碳和有机碳 安阳、太原和石家庄的建筑尘p m 。成分谱的总碳和有机碳的含量相近，大约 为3 2 5 和o 8 ，济南的含量小于这三个城市的，为1 4 8 0 4 3 和o 4 0 0 2 4 。 三个城市的t s p 成分谱中总碳含量相近，约为2 7 ，济南的总碳为o 9 3 - + 0 2 9 。 石家庄的有机碳的含量较高，为0 8 2 o 6 0 ，安阳和太原的较低约为o 2 6 。 总之，四个城市成分谱中济南的总碳和有机碳含量偏低。 4 4 四城市之间成分谱比较的r u 值分析 在刚。源成分谱中，r u 值大于3 的主量元素有n a 元素( 济南与安阳、太 原、石家庄) ；a 1 元素( 石家庄与济南、太原) ，r u 值分别为1 0 7 、6 4 6 ：c a 元素( 济南与太原、安阳) ；f e 元素( 太原与济南) 。这些主量元素含量的比较 如前所述。 微量元素为t i 、v 、n i 、z n 。t i 元素在安阳与太原的源成分谱中含量相近， 分别为o 1 3 4 6 + - - 0 0 2 8 ，0 1 0 7 0 1 5 8 ，但与石家庄以及济南相差很大，仅为 石家庄的含量的3 0 哥t l2 4 ：由于太原源成分谱中的v 未检出，其含量是仪器 的检出线，比其他城市低了一个数量级，因而太原与济南市比较所得的r u 值 很大，为1 0 2 ；由于济南的源成分谱中n i 含量比其他城市高出一个数量级( 见 表5 ) ，因而，在济南以其他城市的比较中r u 值较大：太原与济南的比较中， 济南源成分谱中z n 元素的含量是太原市的1 0 倍造成该元素的r u 值为1 0 9 2 。 离子组分有s o n ，从表5 可知，石家庄源成分谱中的s 0 4 2 - 含量较其他城市 高出4 1 0 倍，这可能与石家庄的建筑尘中含有的硫铝酸盐水泥尘有关。 表5 ：四个城市的微量元素和的s o ? 。含量 在t s p 成分谱中，情况同p m 。源成分谱中的情况相似，主量元素中r u 值 大于3 的为a l 元素( 石家庄与济南、太原和安阳) ，分别为7 3 5 、4 、6 2 8 ；c a 元素( 济南与安阳、太原) ，分别为4 、4 9 4 ；f e 元素( 太原与济南) 微量元素有t i 、v 、c u 。t i 元素同p m 。源成分谱中的情况一样，也表现为安 阳与太原的t i 含量相近，石家庄、济南的t i 含量是这两个城市的2 3 倍；对 于v 来说，除了安阳与济南的含量相当以外，其他的城市之间的比较该元素都 相差很大；太原源成分谱中的c u 元素未检出，因而与其他城市成分谱比较产生 较大误差。微量元素由于仪器的分析误差，会导致微量元素的含量之间的误差增 大。 4 5 小结 通过比较我国北方地区的五个城市的建筑尘t s p 和p m ，。成分谱，可以得出以 下结论： a 对于五个城市的建筑尘成份谱，安阳与太原的t s p 和p m ；。成分谱相似，但太 原、石家庄以及济南之间的t s p 和p m 。源成分谱均不相似。 b 对于建筑坐的特征元素c a 元素，安阳、太原、石家庄的t s p 和p m - o 成分谱 中的百分含量相差不入但济南源成分谱中的c a 元素含量非常高，达到t s p 中为4 7 5 1 5 1 0 2 8 7 ，p m 。中为5 0 2 2 0 3 1 2 1 5 2 。目前尚不清楚确切的原 因。 c 通过比较可知c a 元素在细颗粒物中的含量高于在租颗粒物中的含量。 d 比较了石家庄、济南和太原建筑尘中各型号水泥尘的成分谱，发现三个城市 的同一型号的水泥的主量元素的含量相差很大，但其中的原因还需要针对各 种型号水泥做迸一步研究。 e 四个城市的建筑尘t s p 和p m ，。成份谱中主量元素的百分含量相差很大：石家 庄成分谱中a l 元素含量最高，原因是其建筑尘中含有硫铝酸盐水泥，而n a 、 m g 、k 元素含量却最低：济南成分谱中s i 元素含量较低，但f e 元素含量最 高。总体上安阳与太原成分谱中的主量元素含量较为相近。 f r a j 的比值同样也反映了成分谱之间对应组分的差异，r u 3 的组分的主要 微量元素，t s p 成份谱中有t i 、v 、c u ，其中五城市比较发现安阳和太原的 t i 元素含量较高，而太原成分谱中的c u 元素未被检出。p m ，。成份谱中有t i 、 v 、n i 、z n ：t i 元素在安阳与太原的源成分谱中含量相近，但都较其他城市 低；太原市源成分谱中的v 未检出：济南市源成分谱中的n i 和z n 元素最高， 高出其他城市一个数量级。 第五章扬尘 目前，关于扬尘仍没有个统一的确定的定义。原因就是扬尘是一种非常复 杂的混合尘源。它在时间和空间上的变化较大【2 ”，例如在时间上，春季的风沙 期时，扬尘在很大程度上受到土壤风沙尘的影响；而冬季的采暖期时，又受到燃 煤尘的影响较大。在空间上，城市道路及其周围的环境空气中的扬尘表现为道路 扬尘的特点；而建筑工地或者建材厂等污染源的区域的环境空气则受到建筑扬尘 的影响比较明显。 因此，定义扬尘有多种方法，本研究中采用的扬尘定义为，由于风力或人群 活动作用把落到城区内地面的各种源类所排放的尘再次扬起或多次扬起扩散到 空气中的尘，因此将扬尘视为二次尘源【州。由于扬尘的产生是在多种单一尘源 共同作用后被再次扩散到环境空气中，因此扬尘又被视为混合尘源 6 a o 】。 由于建立地区代表性扬尘成分谱是大气颗粒物源成分谱研究的重要内容，因 此应当根据扬尘成分谱的时空分布的特点，来按照不同的时期和不同的区域来建 立。同时，考虑到扬尘与其他单一扬尘有或多或少的相似之处，尤其是与土壤风 沙尘和建筑尘，因此，本研究同时比较城市之间的源成分谱和各城市的土壤风沙 尘与扬尘成分谱，建筑尘与扬尘成分谱。 5 1城市之间的扬尘成分谱比较： 5 1 1 相关系数和t 检验 从表l 中，我们看出，对于t s p 源成分谱，济南与安阳、邯郸、石家庄 市的扬尘成分谱的相关系数小于0 8 ，其他城市之间的扬尘成分谱的相关系数都 大于0 8 ，符合相似条件。可知，安阳、邯郸、太原和石家庄市的t s p 源成分谱 相似。对于p f 。源成分谱，五个城市之间比较得到的相关系数都在o 8 以上，因 此，从相关系数看，五个城市的p m i 。源成分谱相似。 通过t 检验，t s p 扬尘成分谱比较可知在9 5 的置信区间都没有显著差异， 则对于t 检验，五城市的t s p 源成分谱相似：蹦。扬尘成分谱比较中，太原与石 家庄市的t 值大于1 7 2 9 1 ，小于2 5 3 9 5 ，则0 0 1 邯郸 安阳；元素为：邯郸 太原 安阳 石家庄；k 元素为：安阳 石家庄 邯郸 太原。 图1 扬尘t s p 成分谱中主量元素的含量比较 在p m m 成分谱中，各城市的扬尘成分谱中主量元素a l 、s i 、c a 、f e 的含量 的比较，情况和t s p 成分谱中的情况一样。这说明，各个城市的扬尘的t s p 和 p m - n 成分谱具有相似的特点，( 见表3 ) 。济南市源成分谱中n a 、m g 的含量最高， 安阳市的k 元素含量最高。 m g 1 - 5 6 4 50 0 8 7 817 1 3 o1 0 91 5 5 201 2 1 0 9 5 7 30 1 6 7 72 3 1 2 0 4 0 3 a 16 9 1 0 10 5 9 6 264 4 8 0 1 7 17 0 8 1 0 7 9 57 1 8 1 2 0 5 8 6 969 6 92 4 9 4 s i2 12 4 3 81 3 6 9 4 1 9 9 9 40 4 5 12 23 3 3 1 6 9 5 1 6 9 6 9 71 4 0 0 71 57 1 133 5 3 ki7 3 2 20 1 8 6 7 1 5 8 90 0 6 31 0 8 70 2 5 7 13 4 2 0 1 7 7 4 14 5 404 2 4 c a争3 3 3 91 , 8 0 89 3 3 90 4 8 4 1 37 0 0 22 9 06 3 7 0 8 2 1 2 31 80 2 92 2 8 0 f e61 6 182 7 4 7 39 a 2 6 l1 2 434 6 2 0 3 3 64 1 4 0 8 1 0 3 3 34 19 01 5 5 9 - - 一 表3 ：p m i o 成分谱的主量元素的含量( ) 5 2 2 总碳和有机碳 从图2 和图3 来看，太原扬尘成分谱中的总碳和有机碳的含量都是最高， t s p 中总碳和有机碳为1 1 7 8 - f - 1 2 4 、1 0 9 9 4 - 1 2 8 ，p m i o 中为1 2 8 8 - t - 3 1 4 、 1 0 9 3 3 1 7 。而济南扬尘成分谱中的总碳和有机碳的含量最低，安阳、邯郸和 石家庄的相当。可知，t s p 成分谱中三个城市的总碳含量在9 5 左右，有机碳 的含量在8 左右，p m l 0 成分谱中总碳含量约为1 0 8 ，有机碳的含量约为9 1 。 3 0 图2 ：五个城市成分谱中总碳和有机碳的含量比较 图3 ：五个城市的p m l 0 成分谱中总碳和有机碳含最比较 5 2 3r u 值的分析： 扬尘t s p 成分谱中，济南和太原与其他城市比较中c a 元素的r u 值都大于 3 ，原因在于太原和济南市扬尘中c a 的含量太高，尤其是济南，这在前面主量 元素比较已经分析过。安阳与邯郸比较中k 元素的含量差别较大。而对于微量 元素，石家庄与济南比较中的v 和太原与济南比较中的c r 的r a j 值大于3 ，由 于太原扬尘中的b r 元素含量高出安阳市的含量近1 0 倍，造成r u 为4 7 5 。安 阳、邯郸、太原的扬尘成分谱中未检出n 0 3 ，使得石家庄与其相比的r u ) 3 。 太原与石家庄的扬尘中的s 0 4 含量较高，比安阳和邯郸高十多倍，所以s 0 4 2 也出现肿值较大。 扬尘p m 。o 成分谱，r u 3 的主量元素有：n a 、c a 、f e ；微量元素有c o 、b a 、 p b ：离子有c 1 、s 0 4 。比较可知，邯郸的c o 元素含量比其他城市高，为o 0 0 5 o 0 0 1 ；安阳的b a 元素含量比其他城市低，为o 0 0 0 7 o 0 0 0 1 ；安阳的p b 元素含量较其他城市高，为0 0 6 8 9 + 0 0 0 8 ；太原的c 1 、s 0 4 2 的含量比其他城 市高很多，其含量分别为o 2 4 5 0 0 2 4 、7 0 2 9 o 6 7 8 。 53 各城市的扬尘与土壤风沙尘和建筑尘的比较 ，”】： 5 3 1相关系数r 由表4 可见，扬尘与土壤风沙尘的比较中，t s p 和p m o 成分谱都出现，济南 市的相关系数r o 8 ，而其他四个城市的扬尘与土壤风沙尘的成分谱的相关系数 都大于0 8 ，因此，除济南市以外，其他城市的扬尘与土壤风沙尘的成分谱是相 似的。 扬尘与建筑尘的比较中，所有四个城市的t s p 和p m ，。成分谱中的相关系数都 小于0 8 ，这说明四个城市的扬尘与建筑尘的成分谱是不相似的。需要指出的是， 济南市的扬尘与建筑尘的t s p 成分谱的相关系数为o 7 7 7 ，大于扬尘与土壤风沙 尘的成分谱的相关系数o 6 4 9 ，这说明，济南市的扬尘成分谱与建筑尘成分谱的 相关程度大于与土壤风沙尘成分谱的。济南市扬尘与建筑尘的p m 。成分谱的相关 系数略大于扬尘与土壤风沙尘的相关系数，它们分别为o 7 0 5 ，0 6 8 9 。这与济南 市的扬尘t s p 成分谱的特点一致。 城市土壤风沙尘建筑尘一土壤风沙尘建筑尘 变阳0 9 1 6 0 5 1 10 8 9 30 5 7 4 邯郸0 8 9 20 8 8 7 太原o 8 6 50 5 8 5o 8 9 70 6 6 3 石家庄0 8 5 40 3 9 00 8 3 00 4 1 4 济南0 6 4 9 0 7 7 70 6 8 90 7 0 5 表4 ：各城市扬尘和土壤风沙尘、建筑尘成分谱的相关系数 同样，也对各城市的扬尘与土壤风沙尘、建筑尘的成分谱进行了t 检验( 见 表5 ) ，得到的结果是在9 5 的置信区间，各城市的扬尘与土壤风沙尘、建筑尘 的t s p 和p m 。成分谱之间无显著差异。 将每个城市的扬尘成分谱分别与土壤风沙尘、建筑尘成分谱比较，求成分谱 中各组分的r u 的比值，并总结组分在三倍标准偏差以内的分布，如表8 。对于 t s p 成分谱的比较中，我们可以看出，五个城市的扬尘与土壤风沙尘的成分谱的 组分有8 0 以上分布在三倍标准偏差之内，满相似条件。而扬尘与建筑尘的比较 中，除济南市以外其他城市的扬尘与建筑尘均不满足相似条件。济南市的扬尘与 土壤风沙尘和建筑尘都相似，但是扬尘与土壤风沙尘成分谱中有四个组分的含量 差别较大，而扬尘与建筑尘的成分谱中有三个组分，因而，我们可知济南市的扬 尘与建筑尘比与土壤风沙尘更为相似。 土壤风沙尘建筑尘土壤风沙尘建筑尘 安刖 1 1 6 4o 4 9 511 8 6o 5 2 7 邯郸 1 0 8 2117 0 太原1 。2 5 4o 。5 9 91 3 8 6o 7 9 8 石家庄0 9 2 10 4 2 20 6 3 70 2 1 5 济南 o 7 7 0o 1 7 2o 9 4 5o 1 1 5 表5 ：各城市扬尘和土壤风沙尘、建筑尘成分谱的t 检验 对于p m 。成分谱，安阳和邯郸的扬尘与土壤风沙尘的成分谱由于有超过2 0 的组分分布在36 以外，因此其两类成分谱不相似。太原、石家庄和济南市的扬 尘和土壤风沙尘的成分谱相似。安阳、太原和石家庄市的扬尘与建筑尘成分谱不 相似。济南的扬尘与建筑尘的成分谱相似，有8 5 的组分分布在36 以内，同时 也较扬尘与土壤风沙尘的成分谱更为相似。 w u i 36 t s p p m l o 土壤风沙尘建筑尘土壤风沙尘建筑尘 安阳 8 4 7 6 7 6 7 2 甘f 郸8 0 6 4 太原 8 0 4 0 9 2 4 0 右家庄8 8 72847 6 济南80858085 表6 各城市的扬尘与土壤风沙尘、建筑尘成分谱比较的r a j 36 的分布 5 3 2 各城市三类源成分谱中的组分比较 53 2 ，l 总碳和有机碳 在扬尘与土壤风沙尘、建筑尘的成分谱的比较中，最突出的特点就是总碳和 有机碳的比较。几乎所有城市的r ，u 的比值都较大，见表7 。太原市扬尘与土壤 风沙尘的p m o 成分谱中，总碳和有机碳的r u 的比值在26 以下：石家庄市扬尘 与土壤风沙尘、建筑尘的p m 。成分谱的总碳和有机碳的r a j 在26 - - 36 之间；其 他城市的扬尘与土壤风沙尘、建筑尘的t s p 和p m ；。成分谱中的总碳和有机碳的 r u 大部分都超过36 。这蜕明，各城市扬尘与土壤风沙尘、建筑尘中总碳和有 机碳的相差很大。 表7 ：扬尘与土壤风沙尘、建筑尘的t c 和o c 的l u l 安阳市的扬尘与土壤风沙尘的比较中( 如图4 ) ，扬尘中的总碳和有机碳的 含量要比土壤风沙尘要高很多。安阳扬尘t s p 成分谱中总碳的含量为9 2 5 9 - - _ 1 2 9 ，分别是土壤风沙尘和建筑尘中总碳的3 3 倍和3 8 倍；其有机碳为8 0 3 2 1 ，2 0 4 ，是土壤风沙尘中有机碳的3 6 倍，是建筑尘中有机碳的3 1 5 倍。 安阳扬尘p m 。成分谱中总碳的含量为1 1 4 2 7 1 0 3 5 ，有机碳含量为9 0 8 9 1 0 6 ，比t s p 成分谱中的含量要高。扬尘中的总碳是土壤风沙