【武汉市TSP中重金属形态分析及污染评价】武汉市水环境重金属污染的监测
中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1007-0745(2012)08-0141-02 摘要：为研究武汉市大气中TSP污染特性，连续采集2011年十月、十一月和十二月大气颗粒物,并对颗粒物中的重金属元素Cu，Zn，Pb和Cd的浓度和形态分布进行了研究分析。武汉市大气颗粒物污染较为严重，十一月、十二月超过大气环境质量年平均浓度二级标准200ug/m3，但3个采样时间均没有超过年平均浓度三级标准。颗粒物中重金属含量Pb的浓度远远高于Zn、Cu和Cr的含量，其中Pb的平均浓度为0.3634 ug/m3。TSP中酸可提取态百分比大小分别为Pb>Cr>Cu>Zn, Cu、Zn的酸可提取态含量接近于总含量三分之一，Pb、Cr的酸可提取态含量比例接近一半，其对环境危害要大于Cu、Zn，是本次研究的重要污染物。
关键词：大气颗粒物 重金属 Tessier 形态分布
总悬浮颗粒物是指悬浮在空气中，空气动力学直径小于或等于100的颗粒物，它是大气气溶胶的组成部分，其成分复杂、性质多样且危害比较大，而其中的痕量重金属则是最大的污染源之一。大气颗粒物中的重金属污染物具有不可降解性，不同化学形态的金属元素具有不同的生物可利用性，重金属的长期存在可能对环境构成极大的潜在威胁[1]，同时痕量金属对人类健康也会产生危害[2]。目前，国内对于大气颗粒物中的重金属元素研究主要是集中在元素总含量及其产生的危害，而对TSP中金属元素的形态分布研究较少。重金属的形态很大程度上决定着重金属的环境行为和生物效应[3]．本文采用当前重金属形态主流分析方法中的Tessier法对武汉市大气颗粒物中的重金属Cu,Zn，Pb和Cr进行形态分布研究，探讨TSP中重金属的形态分布，对深入研究颗粒物中重金属元素的来源和污染行为以及提高长武汉市大气环境质量具有重要意义．
1、实验方法
1.1采样时间和地点
本次实验使用TH-1000型号综合大气采样器，从武汉十月到十二月择取晴好无风天气采集样品，每次采集间隔16小时，同时记录采集样品当天天气情况。采样地点选择在武汉中南民族大学南一门，该地点具有典型的代表性，既有周边繁忙的交通，毗邻人口密度大的光谷步行街又临近南湖。
1.2采样
将空白滤膜放在恒温恒湿箱中平衡24 h，用万分之一天平准确称量滤膜的重量，精确到0.000lg，并装入编好号的滤膜袋中并做好记录。采样期间天气晴朗，空气流动较稳定，基本无风，气压101.3—101.5KPa。
1.3仪器和试剂
天虹TH-1000大流量TSP采样器、岛津AA-6300原子吸收光谱仪；Sigmal低温高速离心机、振荡器、玻璃纤维滤膜、MgCl2，NH4OAc，CH3COONa，NH2OH·HCL，HF，HOAc为分析纯；HNO3,HCIO4均为优级纯；水为去离子水。
1.4处理方法
取十月、十一月和十二月各十个有效样本，剪取整张滤膜四分之一后将其剪碎，置于聚四氟乙烯坩埚中，经HNO3-HCLO4-HF法消解，转移至容量瓶中定容配制成溶液定容至250ml，待测。剩余四分之三滤膜用于大气颗粒物中重金属的形态分析，依据Tessier[4]提取法将重金属形态分为酸可提取态和不溶态，其中酸可提取态包括可交换态和碳酸盐结合态，不溶态包括铁锰水合氧化物结合态、有机物硫化物结合态以及残留的硅酸盐态。具体实验步骤见表1。
对各待测样品采用原子吸收法测定颗粒物中的Cu，Zn,Pb，Cr的含量并利用空白滤膜做对照．
表1 Tessier 顺序提取的步骤
2、实验结果及分析
2.1TSP的质量浓度
表2 武汉市采样点TSP质量浓度 ug/m3
由表2可以看出武汉市3个采样时间TSP浓度变化较大。十二月的TSP浓度高于十月和十一月，并且高于国家空气质量二级标准[5]200ug/m3，十一月次之，十月份最低。这种分布主要是由于天气干燥及风起扬尘加剧了大气颗粒物污，入冬后燃煤发电对于大气TSP质量浓度具有重要贡献。
2.2TSP中重金属总的污染水平
表3 采样期内TSP中重金属的平均浓度 ug/m3
表3列出了3个采样时间不同金属元素的总含量值，从表中可以看出Pb的含量显著高于其他元素，Pb主要来源于汽车废气和冶炼、制造以及使用铅制品的工矿企业[6]。Zn、Cu和Cr的含量较低，质量浓度在0．05～0.1ug/m3。从采样时间来看，十月的重金属含量Cu高于十二月，Zn含量高于十二月份，表明TSP浓度达标的地方重金属浓度不一定会低，因此需严格控制重金属的排放．TSP中重金属的广泛存在，说明武汉市大气颗粒物对环境和人体健康存在较大的潜在危害。
2.3TSP中重金属元素的组成形态分布
大气TSP中重金属元素的组成形态分布，见表4．
表4 TSP中重金属不同形态分布 ug/m3
大气颗粒物可通过干、湿沉降进入土壤或自然水体，重金属元素通过迁移转化进入到土壤或水体中，造成污染。其中，重金属的酸可提取态最为活跃，在环境pH值降低时，最容易被释放出来，或者在其它条件改变的时候最易转变为其它形态，对环境危害最大[6]。不溶态在环境中相对于酸可提取态稳定，对环境危害较小。所以酸可提取态在重金属组成形态中所占比例越大，对环境的危害也越大。在表4中，大气TSP中酸可提取态百分比大小分别为Pb>Cr>Cu>Zn, Cu、Zn的酸可提取态含量接近于总含量三分之一，Pb、Cr的比例接近一半，其对环境危害要大于Cu、Zn，是本次研究的重要污染物。
3、结论
1)武汉市大气颗粒物污染较为严重，十一月、十二月超过大气环境质量年平均浓度二级标准200ug/m3，但3个采样时间均没有超过年平均浓度三级标准。
2)颗粒物中重金属含量Pb的浓度远远高于Zn、Cu和Cr的含量，其中Pb的平均浓度为0.3634 ug/m3。
3）大气TSP中酸可提取态百分比大小分别为Pb>Cr>Cu>Zn, Cu、Zn的酸可提取态含量接近于总含量三分之一，Pb、Cr的比例接近一半，其对环境危害要大于Cu、Zn，是本次研究的重要污染物。
参考文献：
[1]谢华林，张萍，贺惠等．大气颗粒物中重金属元素在不同粒径上形态分布[J].环境工程，2002，20(6)：55-57．
[2]SharmaM，MalooS．Assessmentofambient airPMtoandPM2．5 and characterizationofPMjointhe cityofKanpur[J]．Indian Atmospheric Environment，2005，39：601 5-6026．
[3]朱石嶙，冯茜丹，党志．大气颗粒物中重金属的污染特性及生物有效性研究进展[J]．地球与环境，2008，36(1)：26—32．
[4]Tessiac A，Campbell P GC，Bisson M．Sequential extraction procedure for the spcciation ofparticulate traec metals[J]．Analytical Chemistry,1 979，5 l(7)：844-850．
[5]环境空气质量标准GB3095—1996[S]．中华人民共和国环境保护部发布，1996．
[6]戴塔根，罗莹华，梁凯．重金属在不同粒径PMIO中的含量与形态[J]．地球科学与环境学报，2006，38(4)：87—91．
[7]戴塔根，罗莹华，梁凯．重金属在不同粒径PM10中的含量与形态[J]．地球科学与环境学报，2006，28(4)：87-91．