1、目 录摘 要 . .1关键词 . .1Abstract .21 引言.22 研究方法 . . .22.1 采样点布置 . .22.2 样品的采集. . . .32.3 样品的处理与分析.33 结果与讨论. .43.1 芜湖市区大气降尘中重金属的分布特征43.2 不同功能区降尘中重金属含量63.3 降尘中重金属形态特征 73.4 降尘中重金属的生物有效性与环境风险73.5 大气降尘污染防治措施.84 结论. 9参考文献 . . 9致谢 . .110芜湖市区大气降尘中重金属铜、锌含量及其分布特征研究环境科学与工程学院摘 要:大气中粒径大于 10m 的固体颗粒物的统称为降尘, 是大气污染的关键污染物
2、之一。为了解其在芜湖市区域的铜和锌的沉降规律, 在芜湖市区域内布设 20 个采样点同步采集大气颗粒物干沉降。.以 HNO3 -H2O2 为消解体系, 建立了微波消解-火焰原子吸收光谱法测定其中铜和锌元素的方法, 分析数据后可以看出芜湖市不同的功能区降尘重金属含量有所差异，降尘中金属 Zn 含量的平均值为 56.27 mg/kg；降尘中金属 Cu 含量的平均值为 93.02mg/kg，工业区和商业区含量明显高于居民区和乡村地区，Cu 含量高于 Zn 含量。研究区降尘中重金属均存有明显的空间分布规律，Cu 和 Zn 均是南北低而中部高。关键词：:大气降尘；重金属；分布特征;火焰原子吸收法。1The
3、 research of Heavy metals copper and zinc content and its distribution characteristics in atmospheric dust in Wuhu cityAbstract: Particle size is more than 10 microns solid particles in the atmosphere is collectively known as dust, which is one of the key pollutant of atmosphere pollution. To unders
4、tand the subsidence regularity of copper and zinc in Wuhu area, setting 20 sampling site in Wuhu area. Synchronous sampling point sampling atmospheric particulates with HNO3 - H2O2 digestion system, established the microwave digestion - flame atomic absorption spectrometry with copper and zinc, the
5、method of analysis data can be seen after Wuhu different functional areas fall heavy metal content. The average of Metal zinc content is 56.27 mg/kg in dust; the average of Metal Cu content is 93.02 mg/kg in dust, the industrial and commercial content is significantly higher than the residential are
6、as and rural areas, the copper content is higher than the zinc content. The study area have significant spatial distribution of heavy metals in the dust, there are both high in north and south and low in central.Key Words: Atmospheric dust; Heavy metals; Distribution characteristics; Flame atomic ab
7、sorption method. 21 前言当前，我国经济快速发展,人民生活水平逐渐提高以及人们环境知识不断普及, 人们对于环境空气质量的要求也越来越高。我国大多数城市环境空气质量已经受到大气固体颗粒物的影响,而且已经严重威胁到人类的正常生产与生活13。大气降尘能吸附 SO2、多环芳烃和重金属离子等有害物质, 从而对人体健康产生巨大的危害, 因此大气颗粒物污染逐渐引起人们的关注 , 已经成为国内外学者的研究热点之一 46。大气降尘是指在自然环境条件下， 靠重力自然沉降的颗粒物 7。城市大气降尘是城市生态环境的组成关键组成部分， 对城市的可持续发展有着非常重要的意义。我国大气污染在世界上相对比较
8、严重，城市大气污染更为突出，大气中颗粒物和降尘的平均密度已经超过世界卫生组织规定的上限值 90ug/m3 的16 倍 8。大气降尘颗粒在大气悬浮、扩散及迁移的过程中由于经过一系列物理、化学变化， 使其表面上吸附多种有毒物质，包括有毒重金属元素以及一些致癌有机物质，因此当大气降尘颗粒从大气降落到地面的过程或者从地面被二次扬尘，以及粘覆于地表植被或是进入水循环系统都会对人体和生态环境带来巨大威胁 9，我们需要对大气质量状况进行勘测，本文对芜湖市大气降尘中金重属铜和锌含量和分布情况进行研究, 在芜湖市区域内布设 20 个采样点同步采集大气颗粒物干沉降.以 HNO3 -H2O2 为消解体系 , 建立了
9、微波消解-火焰原子吸收光谱法测定其中铜和锌元素的方法，为监测芜湖市的空气质量情况和该市大气环境污染治理、城市规划提供基本依据。2 研究方法2.1 采样点布置芜湖市位于安徽省东南部，长江下游，是安徽省规划中的两座特大城市之一，皖江城市带龙头城市。地处长江三角洲平原腹地，北倚长江，东接杭州，西连合肥，北依南京，南向黄山，芜申运河(长江-黄浦江）从中穿过。自从上世纪九十年代初，浦东开发以来，芜湖作为安徽改革开放的重点和突破口，发展迅速，尤其是在制造业上，芜湖创出了海螺水泥，华中沿海城市通往内地的要道。境内的芜湖港，是长江溯流而上的最后一个深水良港。改革开放以来，芜湖市先后获得了国家级沿江开放城市、国
10、家级对外籍轮开放的外贸码头、国家级经济技术开发区、国家级高新技术产业开发区四个国家级称号，并建立了国家级出口加工区。芜湖市辖镜湖区、弋江区、鸠江区、三山区4个市辖区，芜湖县、繁昌县、南陵县、无为县4个县，共有31个街道、40个镇、4个乡，拥有2个国家级开发区，11个省级开发区。全市共设20个采样点, 这些采样点所在的区域, 按功能划分为居民区、工业区、商业区、乡村地区，分别位于鸠江区、弋江区、镜湖区和三山区，分别在每个区取5个采样品：鸠江区：1：沈巷镇；2：汤沟镇；3：湾里街道；4：清水街道；5：龙山街道；弋江区：6：安师大新校区；7：鲁港街道；8：奥林匹克公园；9：弋江花园小区；10：师大附
11、中；镜湖区：11：镜湖小区；12：张镇街道；13：火车站；14：安徽工程大学15：安师大老校区；3三山区：16. 大桥镇；17：时代广场；18：幸福花园；19：比利时山庄20：龙湖小区图1:芜湖市大气降尘采样点分布2.2 样品的采集采样时间为2017年3月,采样前几天无大风、雨雪。一般选择阳光充足, 风力稳定的时间采样。采样高度为1 1.5m, 采样过程中用毛刷清扫门窗和玻璃表面以及无油漆脱落的其它木质物件上的降尘于纸袋中。将所采集的样品用玛瑙研钵研磨后, 过200目筛, 备用。2.3 样品的处理与分析样品采集后, 建立可靠的分析方法是理解干沉降在污染物去除中的作用及其生态效应的基础.微波消解
12、污染少、效率高、且试剂用量少, 是目前环境介质前处理普遍采用的一种方法,HNO 3 -H2O2 混合酸具有良好的氧化性, 且基体干扰比较少, 是微波消解的首选用酸.HF 能破坏硅酸盐矿物, 溶解出晶格中包裹的部分元素, 获得较好的回收率。将采集的样品称重后取 0.5g 分别放在 20 个消化罐中，一个空白对照，依次分别加入 6 mL HNO3、2 mL H2O2 和 0.2 mLHF 在带盖的聚四氟乙烯消化罐中对样品进行全消化处理, 采用逐步升温的方式进行微波消解(CEM-MARS) .消解完成之后, 将冷却至室温的消解液转移到烧杯中 180赶酸至近干, 用去离子水定容至 50 mL 后使用原
13、子吸收火焰法测定其中的重金属含量。 4Zn 标准曲线绘制：向一系列 50ml 比色管中分别加入0、0.2.、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00 和 10.00ml 的 Zn 标准溶液，用水稀释至标线。而后依照和水样同样的预处理方式和测定步骤操作。表 1：Zn 的标准系列序号 吸光度 浓度（mg/l）1 0.153 0.2002 0.302 0.4003 0.571 0.800Cu 标准曲线绘制:向一系列 50ml 比色管中分别加入0、0.2.、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00 和 10.00ml 的 Cu 标准溶液，用水稀释至标线。而后依照和水
14、样同样的预处理方式和测定步骤操作。表 2：Cu 的标准系列序号 吸光度 浓度（mg/l）1 0.174 1.0002 0.357 2.0003 0.729 4.000土壤中金属含量（mg/kg）=(1000*M*V)/m式中：M所测得的吸收值（已扣除空白值）在标准曲线上得到相应的浓度M,mg/l；V定容体积，l;M试样质量，g.3 结果与分析3.1 芜湖市区大气降尘中重金属的分布特征针对 20 个采样点，我们对其 Cu、Zn 的含量进行测定。实验数据如下： 5图 2：芜湖市区大气降尘各采样点重金属铜、锌含量 表 3：芜湖市区大气降尘各采样点重金属铜.锌含量 采样点序号 地点名称 金属 Zn（m
15、g/kg） 金属 Cu（mg/kg）1 沈巷镇 29.78 80.272 汤沟镇 54.31 72.293 湾里街道 66.32 67.28 4 清水街道 71.92 79.345 龙山街道 45.23 99.446 安师大新校区 85.63 84.147 鲁港街道 73.57 98.348 奥林匹克公园 84.69 105.569 弋江花园小区 126.34 110.9710 师大附中 40.93 92.1411 镜湖小区 76.53 90.6712 张镇街道 69.45 88.7813 火车站 102.69 98.0714 安徽工程大学 40.75 109.2415 安师大老校区 71.3
16、4 60.7816 大桥镇 53.27 78.5617 时代广场 40.07 48.7618 幸福花园 60.37 94.7819 比利时山庄 70.26 78.3420 龙湖小区 71.34 91.49 本文主要分析重金属中铜和锌的含量及其分布特征，将采样点用序号标注，为 120 号。居民区金属 Zn 含量平均值为 46.25mg/kg;工业区金属 Zn 含量平均值为 71.38 mg/kg；商业区金属 Zn 含量平均值为 61.24 mg/kg；农村地区金属Zn 含量平均值为 46.24 mg/kg；居民区金属 Cu 含量的平均值为 84.1 mg/kg；工业区金属 Cu 含量的平均值为
17、110.89 mg/kg；商业区金属 Cu 含量的平均值为98.18 mg/kg；农村地区金属 Cu 含量的平均值为 78.91 mg/kg。Cu、Zn 工业区和商业区含量平均值高于居民区和农村地区。由表 3 和图 2 可以看出，5 号到 14号 Cu、 Zn 含量处于较高地位，也就是工业区和商业区铜和锌含量较高，锌含量变化较大，可能受一些外来污染因素的影响。在芜湖市降尘中,重金属元素 Cu、Zn 含量在不同区域分布的含量均有高低 ,说明本地区受到一些 Cu、Zn 的污染,特别是弋江区和镜湖区 ,属于工业和商业集中区,这与本地高铁站的修建和一些工厂排的废弃物、采矿治矿、化石燃料燃烧以及尾气排放
18、有关,人为活动及其影响着降尘中重金属的含量。弋江区是芜湖市城市发展中心区域,交通便利,水路发达,高速公路及铁路线分布密集,境内设有铁路站,特别是沿江高速的开通,进一步扩大了区域交通优势。境内矿产资源非常丰富,主要有石灰石、煤碳等,还有多种微量元素,像铜、金、铁等,矿产储量丰富。很多工厂企业的兴建,排放出来的扬尘中大多含有各种重金属物质。镜湖区地处芜湖市中心区域,是商业集中区,交通发达,来往车辆很多,因而排放出来6的废气很多,大气污染严重。另外,从图中可以看出 Zn 的含量浮动较大,Zn 也可来源于冶炼过程中排放的废水、废渣, 芜湖是工业城市, 该污染源最有可能是冶金;现在乡村地区大气降尘中重金
19、属含量也不断上升。这些年,随着经济的快速发展,根据人民的需要,在乡村地区也开了一些小工厂。大气环境质量由于受到这些工厂排放的废气影响而降低。另外车辆的增加而导致汽车排放的尾气中氮氧化物的增多,污染了区域空气。还有农村修路建房、土地荒漠化的加剧以及台风使天气的增加得空气中悬浮颗粒增多,使空气质量严重降低。此外,农民焚烧秸秆时,所产生的烟尘,也使原本气质量就受到污染的空气中,增加了二氧化碳,降低了大气环境质量。使得农村空气逐步恶化。因此,治理乡村大气污染迫在眉睫。由图 1 和表 2 可知，研究区两种金属均存在着显著的空间分布规律，Cu和 Zn 均是南北低而中部高，根据此可以知道芜湖市城区大气降尘重
20、金属污染分布很不均匀，核心城区的重金属浓度很分明高于周围区域的浓度，其浓度分布随着人口密度分布的变化和社会生活发展变化的特征比较显著。因为芜湖市城区南部这些年多建规模较大的水泥厂，交通密集，水泥生产的过程中每个生产工序排放的工业粉尘及交通扬尘对附近造成了很重大的降尘污染；而城北郊区，由于离大型污染源较远且人口比较稀少，大气降尘重金属污染相对来说比较轻，这说明降尘重金属污染的程度受人类活动影响比较大。3.2 不同功能区降尘中重金属含量长春市区各个功能区降尘中重金属的浓度统计见表4 10。大气污染程度受人类活动、工业企业分布、交通情况等的影响， 因而, 不同功能区的大气污染程度也会有差异。由表1可
21、知, 全市大气降尘中重金属含量高低依次为FeZn Pb、 CuCd。Pb、Cd、Cu、Zn的空间分布为工业区商业区、居民区农村地区。这说明降尘中重金属含量升高的主要原因是工业烟尘, 它是本市重要的污染源, 而交通源是本市空气的次要污染源。商业区流动人口多，交通拥挤，车辆停泊较多, 因此, 降尘中重金属的含量要稍高于居民区, 而比工业区低。居民区由于受到周边其它功能区的影响, 与乡村地区相比, 降尘中重金属的含量较高。芜湖市区大气降尘中重金属含量可参见长春市区。表 4：长春市不同功能区大气降尘中重金属元素的浓度 10 mg/kg元素 项目 居民区 工业区 商业区 农村地区 全市金属浓度区间Pb
22、范围 32.0261.96 34.58108.56 38.4279.83 35.56 99.68 16.37 228.56 平均值 39.25 71.38 40.22 58.55 Cd 范围 1.94 3.90 2.74 4.79 1.36 3.70 2.38 4.35 1.36 4.79平均值 2.66 3.50 2.80 3.24 Zn 范围 29.54 71.92 40.93 126.34 40.75 102.69 40.07 71.34 23.92 126.34平均值 46.25 71.38 61.24 46.24Cu 范围 67.28 99.44 84.14 110.97 88.78
23、 109.24 48.76 94.78 48.76 123.35平均值 84.1 110.89 98.18 78.91Fe 范围 9 221 10 009 9 807 10 562 9 796 10 572 8 564 9 287 8 564 10 572平均值 9 772 10 148 10 144 9 00073.3 降尘中重金属形态特征 降尘中重金属元素主要是经过水循环和动植物的吸收和富集进而通过食物链对人体产生毒害，在这一过程中，重金属能够与周围大气环境中的有机物、微生物等产生络合、吸附和矿化作用，进而导致重金属元素在大气环境中有不同的存在方式。形态不同的重金属在一定的环境条件下可以相
24、互转化，重金属形态是评估其环境行为和生态效应的基础。由图 311可知，在重金属元素 BC状态分析当中，将重金属元素的化学形态按照实验操作定义为弱酸态、可还原态、可氧化态和残渣态。残渣态比较稳定，所占比例越高，重金属可迁移部分、生物可利用部分就越少，对大气环境的影响也就越小 ;弱酸态有易溶出的特点，在一定环境条件下可以发生相互转化以及时空迁移转化，它所占比例越高，可迁移部分、生物可利用部分就越高，对大气环境的影响也就越大; 可还原态和可氧化态在一般状况下不易溶出，但在一定的大气环境条件下可以释放出来，成为生物可利用态，同时也存在潜在的环境风险。图 3：黄石市大气降尘重金属元素形态分布 113.4
25、 降尘中重金属的生物有效性与环境风险降尘颗粒从大气降落到地面的过程或者从地面起二次扬尘，以及附着于地8表植被或者进入水循环系统等方式都会对人体及大气环境产生很大的危害 12。根据前面的分析结果，可以发现到大气降尘样品中重金属 Cu、Pb、Cd、Zn 含量较高，应该对该地区大气重金属污染进行环境风险评价，采用风险评价指数( isk Assessment Code，AC) 对大气降尘样品中重金属的风险等级进行划分评价，该方法的特征是只考虑重金属的生物有效性含量，不考虑重金属总量。尽管该办法没有考虑重金属总量，但是用于根据顺序提取办法分析重金属各形态的含量、评价重金属的环境风险也是一种可取的方法 1
26、3。计算出各大气降尘中各重金属元素的AC 值，评估其生物可利用程度以及环境风险程度，芜湖市大气降尘重金属中对环境危害程度最严重的元素是 Cd，其AC 值为 69.2% ，生物可利用程度极高，很容易产生迁移并被作物吸收富集，最后经过食物链危害人体健康，对环境有严重的风险，元素 Cd 的生态污染风险最大。所测元素 Mn 和 Zn 的生物可利用程度都处于很高的水平，对环境风险程度也属于高风险。Cu 、Pb 的生物可利用程度为中等，对环境风险程度也属于中等风险。元素 Fe 弱酸态含量最低，其生物有效性较低，对环境风险程度也属于低风险。总体来说，芜湖市大气降尘重金属污染存较有重大的环境风险，尤其是 Cd
27、、Cu和 Zn 污染严重，应引起足够重视。3.5 大气降尘污染防治措施一般降尘中的重金属多以酸雾或颗粒物为载体出现。生产中比较成熟的处理方法是前置、中段、后期三级处理模式。前置处理一般使用酸雾净化塔的方法，根据酸雾特性，选择碱性试剂进行中和。中段处理一般使用集尘机处理颗粒物的方法，后期处理一般使用活性炭吸附的方法 1416 。根据废气排放量的大小，可以自由选择多级串联处理工艺。在此需要指出的是，对于粒径较小的重金属颗粒物，普通集尘机处理效果不够好，只有多级布袋除尘才可起到较好效果。在实际生产的过程中，若只是涉及少量重金属颗粒物排放问题，建议使用活性炭吸附的方法，这种物理处理方法效果好，但成本比
28、较高，需注意的是需要定期更换活性炭。大气降尘污染防治措施：（1） 、大力缩减污染物的排放量，使能源结构改变，多采用像太阳能、风能、水力发电等无污染能源和像天然气等低污染能源，燃料使用前需要先进行预处理(例如脱硫是烧煤前的一个必不可少工序),将燃烧技术进行改进也可减少排污量.此外,在大气还未受到污染物污染之前,使用冷凝技术、除尘消烟技术，液体吸收技术、回收处理技术等将废气中的部分污染物去除,可大大减少污染物进入大气的数量。（2） 、大气具有自净能力,应该加以充分利用。大气对污染物的容纳能力随着气象条件的改变而改变,同样数量的污染物排入空气中,污染物的浓度也不相同.大气扩散稀释能力受风力、湍流、对流强度的影响,风力大、湍流盛、对流强,则大气扩散稀释能力强.大多厂矿企业活动都可接受。大气 逆温,则大气扩散稀释能力弱,就接受不了较多的污染物,不然会使大气受到严重污染.因此对于不同地区、不同时段应该有效控制排放量。（3） 、要合理规划厂址的选择、烟囱的设计、城区和工业区等,避免过渡集中排放；避免造成二次污染,防止局地严重污染事件的发生。（4） 、应该大力倡导植树造林,植物能够吸收污染物,有净化作用，可以使大气污染程度减轻。
