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1、第四界环境模拟与污染控制学术研讨会 一 石家庄城区可吸入颗粒物质量浓度和粒度垂直分布初探 任爱玲杜欣李良玉 ( 河北科技大学环境科学与工程学院0 5 0 0 18 ) 一、课题背景 石家庄市地处太行山东麓，受太行山屏蔽作用的影响，市区风速偏小，多年平均风 速仅为1 6 m s ，年稳定类天气出现频率为4 8 4 ，是全国空气污染较严重的城市之一。 其中P M t o ( 可吸入颗粒物) 为石家庄市大气首要污染物。P M l o 在城市大气中停留时间 长、传输距离远，且难以去除，会造成大范围污染。P M l o 是大量有害物质的载体，当其 通过呼吸道进入人体后，将给人体健康造成严重危害；浓度很高
2、时，吸收大量可见光使 大气能见度降低，影响生产、生活和城市景观。随着经济快速发展，城市高层建筑日益 增多，人们活动空间增至距离地面4 0 m - - 1 0 0 m 高的范围，因此P M l o 在人类活动区垂直 空间的污染状况已成为人们关注的问题。但是目前P M I o 污染信息主要来源于区域地面 监测数据，对大气中可吸入颗粒物随高度变化了解甚少，就此本文对石家庄城区大气环 境中P M l o 质量浓度、粒度的垂直分布进行了初步研究，探讨了城区大气环境中P M l o 的垂直变化规律，并对高层建筑内的浮尘样品进行了粒度分布研究。为今后P M ，。的污 染特征、汽一粒转化机理及输送研究、颗粒物
3、的防治提供基础数据。 二、研究方法 2 1 采样 选取商务、人1 2 密集区的某3 2 层高的高层建筑为采样点，空气环境采样共布 设5 个监测点，分别代表高度2 m 、7 m 、2 4m 、4 5 m 和7 2 m 。采样仪器为G H 一1 5 0 C 、 Q G - 1 0 0 型P M l 0 中流量采样器。于2 0 0 4 年9 月2 4 日9 月2 8 日，对2 m 、7m 、2 4m 、 4 5 m 和7 2 m 五个不同高度监测点进行同步监测5 天，测定P M l o 质量浓度及粒度分布的 垂直变化：同时收集不同高度楼层的浮尘样品测定粒度分布。 2 2 样品分析 依据大气飘尘浓度i
4、 贝! 定方法( G B 6 9 2 1 8 6 ) 测定P M I o 的质量浓度：采用B T 一9 3 0 0 H 激光粒度仪测定P M l o 和浮尘的粒度分布。 三、结果与讨论 3 1 结果 ( 1 ) 不同高度P M I o 质量浓度测试结果见 图1 。 ( 2 ) 不同高度可吸入颗粒物中的P M o 5 、 P M o 、P M 2 5 、P M 5 o 、P M l o 所占的累积百分 含量，可吸入颗粒物的特性见表l ；不同高度 不同粒径的质量浓度见表2 。 ( 3 ) P M 2 5 和P M I o 在垂直空间的累积分布的 回归曲线见图2 、图3 ，回归方程见表4 。 一量
5、警 V 翅 蠖 捌 匿 宝 歪 图1P M l l ) 质量浓度的垂直变化图 表l不同粒径颗粒物粒度分布特征 高度( m ) 粒径累积百分含量( )P M t ，中位径体积平均径面积平均比震丽秘 高度 P M o5P M joP M 2 sP M soP M i o P M ( )( u m )( 弘m )径( um ) ( m 2 k g ) 2 m2 7 0 24 3 5 66 0 3 87 2 1 88 4 7 17 1 2 81 4 1 4 2 5O 6 23 5 3 6 2 7m3 3 4 95 2 9 67 3 O I8 5 6 79 5 1 67 6 7 20 9 42 3 50
6、 5 l4 3 4 0 9 2 4m3 5 7 65 3 0 57 I 9 38 4 8 09 4 5 6 7 6 0 70 9 3 2 4 4O 4 84 5 7 0 2 4 51 1 12 7 9 95 3 5 57 8 8 79 1 5 59 7 9 88 0 5 00 9 51 8 3O 5 73 8 9 I 9 7 2 m3 3 6 95 3 7 78 0 2 l9 2 3 7 9 8 8 58 1 1 4O 9 31 6 90 5 0 4 3 9 6 1 第四界环境模拟与污染控制学术研讨会 表2 不同高度不同粒径颗粒物的质量浓度( m g m 3 ) 不同粒径的质量浓度( m g
7、m 3 ) 高度 P M 0 5P M l OP M 2 5 P M 5 OP M l 0 2 mO 1 1 2 2O 1 8 0 90 2 5 0 70 2 9 9 70 3 5 1 7 7m0 1 1 6 3O 1 8 3 90 3 0 3 l 0 2 9 7 4O 3 3 0 4 2 4m 0 1 2 2 60 1 8 1 9O 2 4 6 60 2 9 0 70 3 2 4 2 4 5m0 0 8 6 80 1 6 6 00 2 4 4 50 2 8 3 80 3 0 3 7 7 2 m 0 0 9 0 5O 1 4 4 5O 2 1 5 50 2 4 8 20 2 6 5 6 表3
8、颗粒物随高度分布回归方程 项目回归方程相关系数R P M 25 垂直累积分布y - - - 4 718 2 I n ( x ) + 6 0 0 7 5 O 9 4 1 2 P M l o 垂直累积分布y = 3 3 3 0 5 I n ( x ) + 8 5 2 1 3 O 9 2 6 l ，、I I I I 兰g 再 襄鲫 姜8 5 嚣舯 。 垂7 5 5 5 L 一对数( 嗍5 累积分布) I l 2 04 I l 瑚瘦t _ ) 图3P M 2 5 、P M l o 垂直累积分布曲线 ( 4 ) 将3 2 层高建筑物的浮尘样品分成五个区间处理，1 层至8 层为一区，l O 层至1 4 层
9、为二区，1 6 层至2 0 层为三区，2 2 层至2 6 层为四区，2 8 层至3 2 层为五区，分别代表 高度1 8 m 、4 1 m 、5 9 m 、7 6 m 、9 3 m 。对每个区间的浮尘样品进行粒度分布测定，得出每 个区间P M 2 5 和P M l o 所占比例变化见图5 。 图4 分区P M 2 5 、P M I o 累积百分含量图 3 2 讨论 P M l o 质量浓度垂直分布研究结果表明：石家庄市主城区大气中P M l o 日均质量浓 度在垂直空间上均出现随着高度增加而减小的趋势。近地面的P M l o 日均质量浓度明显 高于其它高度，最高值为7 2 m 高的1 3 8 倍
10、。随监测期间气象条件的影响，P M l o 浓度 也存在着高低交替变化，这一变化趋势说明，不同高度的P M i o 浓度与气象条件密切相 关，在污染源基本不变的情况下，气象条件将对P M l o 浓度产生决定性影响。 P M l o 粒度分布研究结果表明：不同高度的可吸入颗粒物中，均呈现出以细小微粒 ( ( 1 呻) 为主，粒径越小含量越高的规律，各粒径的频率分布依次为：小于l 岬4 3 5 6 5 3 7 7 ，l - - 2 5 u n1 6 8 2 - 2 6 4 4 ，2 5 - - , 5 1 u nI I 8 - - - - 1 2 8 7 ，5 1 0 岬6 4 3 - 1 2
11、5 3 o A 。 说明大气环境中细颗粒物的数量远远大于大颗粒物，细颗粒物整体污染水平高。不同 高度可吸入颗粒物累积百分含量中，细粒子的含量随高度增加而增加，P M 2 5 占P M l 0 的 比例高达7 1 2 8 - - 8 1 1 4 ，此规律在浮尘样品粒度分布测定中得到验证。由不同高 度P M I o 粒度频率分布和累积分布图分析得出，除在2 m 高度出现三个峰形外，7 m 、2 4 m 、 4 5 m 、7 2 m 高度均出现两个峰形，两个峰值均出现在0 2 岬、1 1 a n 附匠并目随着高度增加， 波峰逐渐向小于l l u n 方向传递推进，主要粒子呈积聚模，不易被干、湿沉降去除。 2 4 m 高的P M l o 中比表面积最大，表面平均径最小。可吸入颗粒物采集尘中P M 2 5 和 P M l 0 的含量随着垂直高度变化的回归方程分别为：y _ 4 7 18 2 I n ( x ) + 6 0 0 7 5 和 y = 3 3 3 0 5 I n ( x ) + 8 5 2 1 3 。 3 1 0
