北方港口煤堆场扬尘PM2.5化学组分特征分析

薛建峰神华黄骅港务有限责任公司，河北沧州 061113

北方港口煤堆场扬尘PM2.5化学组分特征分析

薛建峰
神华黄骅港务有限责任公司，河北沧州 061113

目前针对港口煤堆场环境中PM2.5化学组分的研究比较少，因此对北方典型港口煤堆场不同位置7个采样点分别取样，经筛选后进行化学组分分析，初步分析了港口煤堆场不同位置PM2.5的化学组分特征，各采样点元素组分以地壳组分为主，离子组分中普遍Ca+含量最高，OC/EC比值除码头办公楼顶外均小于2，碳组分相对比较稳定；各采样点中港口煤码头雨污水处理沉淀池积煤泥中化学组分普遍高于其他采样点，可能是因为沉淀池中常年积累所致，Cl-含量明显高于其他采样点可能是跟雨污水处理加氯消毒有关。

煤炭港口；PM2.5；化学组分

港口煤炭在堆存、装卸、运输过程中排放的PM2.5是所在地大气细颗粒物污染的主要来源之一［1］，随着近年来煤炭等易起尘货种吞吐量的快速增长，港口散货作业排放细颗粒物污染控制的难度和压力进一步加大，颗粒物已成为我国城市大气的首要污染物［2-3］。PM2.5是由有机碳（OC）、元素碳（EC）、铵盐、硝酸盐、硫酸盐、矿物尘、海盐和痕量重金属元素等成分组成的复杂混合体。PM2.5组分中的OC和EC分别通过光散射和光吸收对消光系数产生影响，共同作用甚至可以达到总消光的30％～40％；EC的强吸光能力会对气溶胶的辐射强迫产生重要影响，甚至引起地气系统增温；OC可以通过大气化学反应生成二次有机碳SOC，并对人体健康造成危害。SO42-、NO3-和NH4+等水溶性离子具有较强的亲水性，能促进云凝结核的形成，从而对气候、能见度等产生重要的影响［4］。

目前针对PM2.5的研究很多，但是对港口煤堆场扬尘产生的PM2.5研究比较少，笔者在2014年9月24日至10月13日期间对北方某典型港口煤堆场远近不同位置分别取样，经筛选后进行化学组分分析，初步分析了港口煤堆场不同位置PM2.5的化学组分特征，为以后的源解析研究提供依据。

1 材料与方法

1.1样品采集

堆场扬尘采集参照《土壤环境监测技术规范》（HJ/ T 166—2004）或《工业固体废物采样制样技术规范》（HJ/T 20—1998）；积尘采集使用毛刷将窗台、台架等处长期积累的尘刷入袋内，或在窗台和楼顶上铺置收集降尘的容器如纸盒、纸板之类。

根据煤堆场分布，在堆场内和转接塔以及外缘办公楼顶分别取样，4个采样点分别为：某港口煤堆场码头办公楼顶、港口煤码头转接塔除尘器、港口煤码头堆场、港口煤码头雨污水处理沉淀池积煤泥。

收集的样品过150目标准筛以获取粒径＜100μm的组分，过筛后的样品置于恒温恒湿箱（20℃，湿度20％）中干燥24h以上以去除其中的水分，避免高温烘烤以尽量减少硝酸盐和有机碳等挥发性组分的流失，待再悬浮重采样。再悬浮是将将样品经过载气吹入混合箱中，使颗粒物再悬浮（具体参数视不同再悬浮仪器设置而定），由特氟龙滤膜和石英滤膜平行采集分级收集PM2.5样品。

1.2分析方法

1.2.1元素分析方法

采集PM2.5中铅等元素采用电感耦合等离子体质谱法，测定了铝（Al），镁（Mg），硅（Si），铁（Fe），钙（Ca），铬（Cr），锰（Mn），锶（Sr）等元素。

测定按照《空气和废气 颗粒物中铅等金属元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》（HJ 657—2013）方法执行。

1.2.2离子分析方法

离子分析采用离子色谱法测定，通过加入一定量的二次去离子超声萃取，将离子从颗粒物转移至水中，过滤后进入离子色谱仪分析。离子色谱法测定离子是利用离子交换原理进行分离。根据混合标准溶液中各离子出峰的保留时间以及峰高（或峰面积）可定性和定量样品中的离子。

1.2.3碳组分分析方法

碳组分采用热—光透射法进行测定，使用热光法OC/EC分析仪进行测定。

2 结果与讨论

2.1各采样点化学组分的含量

经过实验室分析，共获得了PM2.5中59种化学组分的质量百分比，选取其中含量相对较高的33种化学组分（元素组分13种，离子组分10种，碳组分2种）进行分析，4个采样点的元素组分、离子组分和碳组分分别占的百分比见下图1～图5。

由图1可知，在码头办公楼顶取得的样品中，元素组分中Al、Si、Fe的含量明显高于其他元素组分，分别占PM2.5质量的3.77％、3.33％、2.98％，其次是Ca、Mg、K含量较高，在0.34％～1.24％之间，其他元素含量较少，主要元素组分还是以地壳组分为主，污染元素含量较少；离子组分中Ca+含量最高，为0.61％，其次为SO42-、NO2-、NO3-、NH4+、Cl-含量比较高，在0.14％～0.26％之间，其他离子含量均在0.10％以下，比较少，由于港口临海，离子组分可能来自海水飞沫；样品中OC含量为4.56％，EC含量为2.23％，OC/EC为2.04。

OC/EC比值常被用来识别碳气溶胶的排放和转化特征以及评价和鉴别颗粒物的二次来源。EC具有良好的稳定性，在大气中不会发生明显的化学反应，因此被作为人为一次源排放的示踪物。而OC既可以来自污染源直接排放的一次有机碳POC，又包含通过光化学反应生成的二次有机碳SOC［5］。Chow［6］等人认为，当OC/ EC＞2时指示大气中有SOC生成，该比值越大则表示SOC的浓度越高。另外，除了光化学反应之外，生物质燃烧会释放大量的OC，而对EC的影响相对较小，因此也会产生较高的OC/EC比值。本样品中OC/EC为2.04＞2，表明大气中有SOC产生，但比较少。

由图2可知，在港口煤码头转接塔除尘器取得的样品中，元素组分中Al、Si、Fe的含量明显高于其他元素组分，分别占PM2.5质量的6.96％、4.89％、3.49％，其次是Ca、Mg、K含量较高，在0.88％～2.19％之间，其他元素含量较少，主要元素组分还是以地壳组分为主，污染元素含量较少；离子组分中Ca+含量最高，为1.40％，其次为SO42-、NO2-、NO3-、Cl-、NH4+、Na+、K+含量比较高，在0.17％～0.96％之间，Mg2+和F-含量均在0.10％以下，比较少，由于港口临海，离子组分可能来自海水飞沫；样品中OC含量为24.87％，EC含量为46.60％，OC/EC为0.53＜2，表明大气中无SOC产生，碳组分具有良好的稳定性。

由图3可知，在港口煤码头堆场取得的样品中，元素组分中Si、Al的含量明显高于其他元素组分，分别占PM2.5质量的14.84％、13.50％，其次是Fe、Ca、Mg含量较高，在2.16％～6.20％之间，K、Ti、Na、Cr含量分别为0.73％、0.57％、0.42％、0.37％，其他元素含量较少，主要元素组分还是以地壳组分为主，污染元素含量较少；离子组分中Ca+含量最高，为1.48％，其次为NO3-、NO2-、SO42-、Cl-、NH4+、Na+、K+含量比较高，在0.20％～1.14％之间，Mg2+和F-含量均在0.10％以下，比较少，由于港口临海，离子组分可能来自海水飞沫；样品中OC含量为25.77％，EC含量为44.09％，OC/EC为0.58＜2，表明大气中无SOC产生，碳组分具有良好的稳定性。

由图4可知，在港口煤码头雨污水处理沉淀池积煤泥取得的样品中，元素组分中Si、Al、Fe的含量明显高于其他元素组分，分别占PM2.5质量的22.33％、17.40％、15.25％，其次是Ca、Mg、Na、K、Ti含量较高，在1.09％～5.81％之间，其他元素含量较少，主要元素组分还是以地壳组分为主，污染元素Cr含量为0.78％，含量也较少；离子组分中Cl-含量最高，为2.48％，其次为Ca+、Na+、SO42-、NO2-、Mg2+、NO3-、NH4+、K+含量比较高，在0.33％～2.48％之间，F-含量在0.10％以下，比较少，由于港口临海，离子组分可能来自海水飞沫，Cl-含量最高可能是因为除海水飞沫外，还受雨污水处理过程加氯消毒的影响；样品中OC含量为56.79％，EC含量为59.54％，OC/EC为0.95＜2，表明大气中无SOC产生，碳组分具有良好的稳定性，但是有机碳污染比其他采样点要高。

由图5可以看出，不同采样点化学组分含量趋势大体一致，表明各采样点PM2.5化学组分特征基本相同，差异不明显。在各化学组分中，均是港口煤码头雨污水处理沉淀池积煤泥中含量比较高，可能是由于沉淀池长年累月积累造成，特别是Cl-明显高于其他采样点，可能是雨污水处理过程中加氯消毒造成。

3 结论

1）在各采样样品中，元素组分中普遍Si、Al的含量明显高于其他元素组分，其次是Fe、Ca、Mg、K含量较高，其他元素含量一般较少，主要元素组分还是以地壳组分为主；离子组分中普遍Ca+含量最高，Na+、SO42-、NO2-、NO3-、NH4+含量相对也比较高；各采样点OC/EC为除码头办公楼顶以为均小于2，表明大气中无有SOC产生，碳组分具有良好的稳定性。

2）不同采样点化学组分含量趋势大体一致，表明各采样点PM2.5化学组分特征基本相同，差异不明显，这些样品的化学组分可以用于构建煤堆场扬尘源成分谱，用于以后源解析研究。在各化学组分中，均是港口煤码头雨污水处理沉淀池积煤泥中含量比较高，特别是Cl-明显高于其他采样点，可能是雨污水处理过程中加氯消毒造成。

［1］林春江.《2010中国交通运输统计年鉴》出版发行［J］.城市轨道交通研究，2012（3）：23.

［2］刘忠马，徐义邦，樊孝俊，等.南昌市秋季大气PM2.5浓度及化学组分特征分析［J］.环境污染与防治，2015，37 （9）：55-59.

［3］林宇，杨莹，李美玲，等.港口煤炭作业细颗粒物（PM2.5）排放特征研究［J］.水道港口，2015，36（6）：578-582.

X5

A

1674-6708（2016）170-0196-03

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目，细颗粒物（一次源）排放清单研究（TKS150104）。

薛建峰，助理工程师，神华黄骅港务有限责任公司，主要从事环境保护管理工作。