城市中大气TSP污染的来源及防治对策研究

孟博

（青岛大学 化学化工与环境环境学院 科学系，山东 青岛 266071）

1 引言

大气总悬浮颗粒物（Total Suspended Particle，TSP）指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物，它是大气质量评价中的一个重要的污染指标。总悬浮颗粒物的浓度以每立方米空气中总悬浮颗粒物的毫克数表示。2012年年末我国东部多个地区相继发生了严重的空气污染现象——雾霾。而大气总悬浮颗粒物是造成空气污染的重要来源。

TSP中粒径大于10μm的物质，几乎都可被鼻腔和咽喉所捕集，不进入肺泡，对人体危害较小。而10μm以下的浮游状颗粒物（又称“飘尘”或“可吸入颗粒物”）对人体危害最大。飘尘可经过呼吸道，直接进入支气管，并沉积于肺泡，对肺的气体交换功能造成影响。据研究表明，长年接触颗粒物浓度高于0.2μg／m3的空气，胸闷、哮喘、支气管炎等呼吸疾病的发病率明显增加，甚至还会引发心血管病症。另外，颗粒物种含有大量的污染物，对于机体同样有损害作用。如多环芳烃（PAHs）是一类对生物具有致癌、致畸和致突变作用的半挥发性有机物，对于环境和人体的危害较大，而国内外研究人员通过对大气颗粒物的研究发现，颗粒物可以携带大量的PAHs。

2 大气中TSP污染的来源

就目前所知，大气中颗粒物的来源分为自然来源及人为来源。人为来源又包括工业源及非工业源；工业源由工业燃料燃烧、工业窑炉及生产性粉尘（包括冶金、建材、机械制造、建筑业等产生的粉尘）组成；非工业源为二次扬尘及民用燃料燃烧所产生的粉尘。由于不同地方颗粒物的来源及形成条件不同，其化学组成和物理化学性质差异较大。

2.1 自然来源

地形和气候因素是影响城区大气质量、造成大气污染的重要原因。其中，北方半干旱大陆性季风气候，具有黄土高原的明显特征，气候干燥，风沙多，降水较少，四季分明，冬季寒冷干燥少雪，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季旱涝无常。由于西北风作用，太原市的颗粒污染物会随风南移，加重城区的污染。城区昼夜温差大，易形成逆温层。由于当地逆温现象比较明显，逆温时，由于大气稳定，形成扇形排烟，它严重地妨碍空气中颗粒污染物的垂直运动，只能朝水平方向运动，不利于大气中颗粒污染物的扩散和稀释作用。山西晋城地处黄土高原，因地形影响，多风沙，常发生TSP污染。其中，自然尘对TSP的贡献率排在第3位。

另外，气候还可以间接地影响到空气中污染物的来源方式。通过对长沙市空气颗粒物中多环芳烃的分析，发现其夏季来源于交通污染及天然气燃烧，而秋季多产自燃烧来源。

2.2 人为来源

造成TSP污染的根本原因是人为的活动。采用火焰原子吸收法（AAS）检测大气降尘中的Cr、Cu、Zn、Cd和Pb 5种重金属，检测出来的重金属的含量远高于参比的土壤背景值，而这高含量的重金属主要来源于人为活动。付宗敏用带能谱的环境扫面电镜（ESEM／EDS）和X－衍射技术（XRD）检测大气降尘中的颗粒物的微观形貌、化学组成以及矿物组成。结果表明，颗粒物的形状包括球形的、片状的、不规则形状的和集合体状的，尺寸介于4～200μm之间。根据能谱检测结果，颗粒物可分为富含Al的、富含Si的、富含Ca的、富含C的颗粒物和集合体颗粒物。来源分析表明，这些检测的颗粒物主要产生于施工建设的扬尘、煤等燃料的燃烧、交通运输等，也有少部分颗粒物来源于生物降尘及大气中物质之间的二次化学反应，如光化学反应。

2.2.1 建筑尘

在已知的人为来源中，建筑尘对TSP贡献率较大。这主要是由于目前国内市区内建筑施工点较多，分布范围广，且缺乏必要的监管，特别是对于建设废料的堆放和无组织排放的监管。刘文菁等用化学元素平衡法（CMB）对南京市的TSP来源进行解析研究，同时对地面积尘进行解析。结果表明，建筑尘对TSP的贡献为31%～45%，排在第一。Cheng等应用MM5－ARPSCMAQ空气质量模型系统，得出2002年北京市施工扬尘对PM10浓度的贡献率为10.7%；赵普生等应用ISC3模型，得出2003年11～12月期间天津市施工扬尘占大气PM10浓度的13.3%；张雯婷等应用CALPUFF模型，得出2002年贵阳市施工扬尘对 整个城区PM10的年均浓度贡献接近12%。

2.2.2 交通运输

随着城区经济发展迅速，交通运输也随之发展。特别是近年来，私人轿车的数量急遽增多。交通运输的发展带来了严重的环境问题。汽车的尾气中含有大量对人体有害的颗粒污染物，特别是一些柴油大货车和冒烟车辆，排放的尾气中夹杂着大量的可吸入颗粒物，是导致疾病的重要因素。据中国科学院王玮博士介绍，一辆柴油车排放的尾气中，夹杂的可吸入颗粒物几乎是100辆汽油车夹带的总和，是更严重的污染源。

运输产生的扬尘也是一个非常重要的污染源。交通运输过程中洒落于道路上的沙、土、灰、渣以及沉积在道路上的其它排放源排放的颗粒物，经来往的车辆辗压后形成粒径较小的颗粒物，随后漂浮进入空气中，形成道路扬尘。扬尘与车的重量、车流量以及路面含水量等有关。

2.2.3 煤尘

进过检测，发现TSP中原煤尘的含量较高，尤其是北方城市，TSP中原煤尘占到了1／3。这主要有3个原因：一是煤炭的燃烧，产生了大量的颗粒物，由于缺乏有效的治理，使得颗粒物飘入到大气中；二是在运输中，煤炭在沿途的抛撒十分严重；三是目前我国煤多露天堆放，如果遇到大风，特别是在干旱地区，极易导致煤尘随风飞扬，导致大气TSP的增加。

3 TSP的测定

测定总悬浮颗粒物，国内外广泛采用滤膜捕集——重量法，原理为用采样动力抽取一定体积的空气通过已恒重的滤膜，则空气中的悬浮颗粒物被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜质量之差及采样体积，即可计算TSP。滤膜经处理后，可进行化学组分分析。根据采样流量不同，采样分为大流量、中流量和小流量采样法。大流量采样法使用大流量采样器连续采样24h，按照下式计算TSP：

式中：m为阻留在滤膜上的总悬浮颗粒物的质量，mg；qvs为标准状况下的采样流量，m3／min；t为采样时间，min。

采样器在使用期内，每月应将标准孔口流量校准器串接在采样器前，在模拟采样状态下，进行不同采样流量值的校验，依据标准孔口流量校准器的标准流量曲线值标定采样器的流量曲线，以便由采样器压力计的压差值（液压差，以cm为单位）直接得知采气流量，有的采样器设有流量记录器，可自动记录采气流量。

4 TSP污染的防治

对于TSP的防治，关键在于源头的防治。对于煤炭、化工行业，加强对于尾气的处理，除去有害的颗粒物和气体。重力沉降是目前应用较多的技术。该工艺是利用含尘气体中的颗粒受到重力的作用而自然沉降的原理，将颗粒污染物与气体分离的过程。重力沉降是所有污染控制装置中最简单的一种。它的结构简单、造价低，便于维护管理，压力损失小，而且可以处理高温气体。其主要缺点是，沉降小颗粒的效率低，一般只能除去50μg以上的大颗粒。因此，重力沉降主要用于高效除尘装置的前级除尘。含尘气流通过横断面比管道大得多的沉降室时，流速大大降低，气流中大而重的尘粒，在随气流流出沉降室之前，由于重力的作用，缓慢降落至沉降室底部而被清除。

政府方面应加强立法监管工作。治理环境污染，必须坚持预防为主、防治结合的原则，实现全面规划，合理布局。环保部门应切实做好环境的监测调查工作。①加强对空气污染源的监控，实施城市空气质量周报或日报预报，使社会有关各方及时了解可能出现的空气污染情况，使一些污染物排放较大的单位和对空气污染物敏感的人群能预做准备。②制定严格的空气质量标准关闭不合格的沙石料场，对于建筑工地，要求承包商在工地周围加高护屏；对一些飞灰、尘土要随时运出市区，要求运货车加盖遮篷，以免建筑材料散落街头。③采取必要的应对措施，并可为环境管理决策提供及时、准确全面的环境质量信息。同时，投资兴建以监控、信息、检测等三大系统为核心的环境指挥中心，配备机动车尾气遥感监测车，加强环境监理标准化建设。为使环境保护工作根深蒂固地开展起来，建立适应可持续发展和市场经济的有利于环境保护的环境法律体系是必不可少的。在此基础上实行环境执法监督，以国家环境政策、法律、法规和标准为依据，围绕国家环保工作重心，结合城区环保工作重点，运用国家法律赋予的权利和城区政府授予的行政管理权限，以城区环保局为主体，在有关部门的配合下对一切与环境保护有关的经济行为进行有效的监督行动。

加强宣传，发动群众，完善城市的绿化体系。在城区范围内大规模植树种草，在搞好垂直绿化的基础上，实行立体绿化，使室内、地面、楼顶、墙体形成一个立体的绿化网，在净化空气、涵养水土的同时，还可以阻止细菌霉菌的生长。

5 结语

清洁的空气是人类和生物赖以生存的环境要素之一。随着工业及交通运输事业等的发展，特别是煤和石油的大量使用，将产生的大量有害物质如烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等排放到空气中，当其浓度超过环境所能允许的极限并持续一定时间后，就会改变空气的正常组成，破坏自然的物理、化学和生态平衡体系，从而危害人们的生活、工作和健康，破坏自然资源。而目前，人们对环境保护的潜伏性、长期性、紧迫性和艰难性认识不足，对政府的环境保护政策不理解，导致行为上的不够积极，不够配合。如在城区东部的桃园巷，本身道路坑洼不平，尘土飞扬，再加上市民自身素质不高，乱扔垃圾随处可见。特别是每逢集市过后，更是满地狼藉，这无疑加重了空气中颗粒污染物的浓度。

因此要重视城市大气TSP污染的防治处理。政府和社会应共同作用，加强立法、监管和宣传工作，摒弃短期利益行为，真正做到经济、社会的协调可持续发展。

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