大同市春夏季道路细颗粒灰尘重金属和多环芳烃污染研究

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinghun124
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城市道路细颗粒灰尘是城市中污染物重金属和多环芳烃(PAHs)的源和汇,是重金属和多环芳烃在多环境界面迁移的重要枢纽,是系统了解城市环境质量的重要介质。历时采样是研究重金属和多环芳烃污染特征动态变化的基础,有利于揭示重金属和多环芳烃在不同自然环境下迁移转化规律,为深入分析城市环境污染物机制及理论提供科学支撑。本研究以典型煤炭资源型城市-大同市为研究区域,以代表性63μm粒径细颗粒灰尘为研究介质,在整个大同市道路交叉口春夏两季连续采集道路地表灰尘样品188个,并对细颗粒灰尘中重金属和多环芳烃的理化特征、空间分布、来源特征、风险特征、污染特征与其他环境条件关联机制等开展了深入研究。具体取得了以下认识和结论:(1)春季大同市道路细颗粒灰尘样品中,所测Cu、Pb、Zn、Cr、Co、Mn、Ni和V 8种重金属的平均含量均超过山西省土壤相应元素背景值,其中Cu、Pb、Zn的地累积指数为轻度污染水平,Mn和Cr为中度污染,其余元素为未污染。夏季大同市道路细颗粒灰尘中的Cu、Pb、Zn、Cr、Co、Mn、Ni和V这8种重金属平均含量也超过当地土壤背景值,Co、Pb、Zn和Cr的地累积指数显示为轻度污染水平,其余元素为未污染。春季样品中大部分元素平均含量水平高于夏季样品中相应元素,并且春季Pb、Zn和Cr的地累积指数均值高于夏季样品中相应元素的数值,而夏季样品中Co的地累积指数则高于春季。表明大同市总体春季道路细颗粒灰尘重金属累积水平高于夏季,但是个别元素相反,可能与春季和夏季道路细颗粒灰尘中重金属来源不同有关。(2)94个春季道路细颗粒灰尘中重金属污染负荷指数结果显示,春季道路细颗粒灰尘样品中重金属的综合污染负荷指数介于1.05~2.75之间,表明研究区所有样品均受到了重金属中度-强度污染。94个夏季样品中,92%的样品重金属综合污染负荷指数达到中度污染,2%的样品达到强度污染水平,其余样品为未污染。生态风险评价结果表明,春季大同市细颗粒灰尘中Pb生态风险指数为14.62,具有中等潜在生态危害,其余重金属生态风险指数为,Cu(9.00)、Zn(3.00)、Mn(1.14)、Cr(4.41)、Co(7.46)、Ni(5.83)、V(2.74);夏季重金属潜在生态风险指数Pb为10.08,具有中等潜在生态危害。其余重金属生态风险指数为,Cu(5.98),Zn(2.19),Mn(1.00),Cr(4.31),Co(5.51),Ni(4.63),V(2.59)。总体来看,大同市春季细颗粒灰尘中重金属的污染和潜在生态风险强度均高于夏季,春季环境质量污染程度高于夏季。(3)春季94个样点的道路细颗粒灰尘多环芳烃∑PAHs的含量范围是3.584~86.210 mg/kg,平均含量为:13.538 mg/kg。多环芳烃∑PAHs在夏季94个样点的道路灰尘中的含量范围是1.705~32.764 mg/kg,平均含量为:12.656 mg/kg;春季样品中多环芳烃单因子污染评价结果:Nap、Phe、BbF、BkF、BaP和Pyr为较高污染水平,BaA和IcdP为中度污染水平,DBahA整体呈现极高污染水平;夏季样品中多环芳烃单因子污染评价结果:Nap、BbF和BaP为较高污染程度,Phe、DBahA和Pyr为高度污染水平,BaA、IcdP和BkF为中度污染水平。整体上,春季PAHs的含量和污染水平高于夏季,可能由于夏季天气炎热气温较高,从而使多环芳烃更易挥发,造成春季细颗粒灰尘中多环芳烃的平均含量高于夏季,污染程度也相对高于夏季。(4)重金属含量空间分布结果显示,春季细颗粒灰尘中Co、Ni、Pb和V的高值区处于城市中部空间,Cu和Zn含量为东南高西北低,Cr和Mn则为均匀分布。夏季灰尘中,Pb和V高值区位于在大同市中部;Co在城市中部和西北空间范围内均存在高值;Cr、Mn在城市西、北部为高值区,含量从西北向东南递减;Cu、Ni和Zn均匀分布无明显含量高值区出现。春季,重金属的含量在大同市中部和东南部高,西北低;夏季,重金属含量在中部和西北部高、东南低。(5)多环芳烃含量空间分布主要为,春季细颗粒灰尘中,2环多环芳烃含量在城市中部和西南部最高,南部为低值区;3环多环芳烃含量为典型南高北低;4环多环芳烃分布均匀;5环多环芳烃高值区为中部和东部,含量向四周依次递减;6环东部出现高值区,北部出现低值区。夏季细颗粒灰尘中2环多环芳烃西北部含量最高,东南部次之,3环多环芳烃西北部含量最高,中部次之,4环、5环和6环多环芳烃在大同市中部含量最高,东部含量最低。春季,大部分多环芳烃含量在大同市内中部、东部高,北部低,但是2环多环芳烃含量在大同市西南部最高。夏季,多环芳烃含量在大同市西北部、中部高,东部低。(6)采用正定矩阵因子分析(PMF)和主成分分析法(PCA)对大同市春夏季细颗粒灰尘中重金属来源分析,分析结果表明大同市春季道路细颗粒灰尘中Mn、Co、Ni和V这4种重金属元素来自自然源,Cu、Zn和Cr主要来源于交通活动,Pb来源于煤炭燃烧和汽车尾气的排放等;夏季道路细颗粒灰尘中Mn、Co、Ni和V重金属也来自于自然源,Pb和Cu主要来源于汽车零配件和轮胎磨损,Zn和Cr主要来源于工业和交通排放。(7)对春季和夏季所有采样点样品中多环芳烃来源识别使用两种方法,1)LMW/HMW比值法,结果表明大同市春夏季样品中多环芳烃主要来源于各种化石燃料在低中温条件下的不完全燃烧和石油泄漏,少量来源于化石燃料的高温燃烧。2)特征比值法Icd/(Icdp+BghiP)和BaA/(BaA+Chy)的来源计算结果显示,样品中多环芳烃主要来自石油类物质的不完全燃烧及化石燃料的不完全燃烧。两种不同特征比值法源识别的结果基本一致。
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