环境科学  2017, Vol. 38 Issue (10): 4061-4070   PDF    
厦门海沧区PM2.5中金属元素污染评价及来源分析
赵莉斯1,2 , 于瑞莲1 , 徐玲玲2 , 胡恭任1 , 吴鑫2 , 陈衍婷2     
1. 华侨大学环境科学与工程系, 厦门 361021;
2. 中国科学院城市环境研究所, 厦门 361021
摘要: 为了了解金属元素的污染特征和潜在来源,以及重金属元素的风险水平,本研究于2015年4月至2016年1月采集了厦门海沧区不同类型站点四季大气PM2.5样品348份,用X射线荧光分析仪(XRF)测定了其中K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Cu、Fe、Ti、As、V、Mn、Ba、Co等14种金属元素的质量浓度.本研究分析了码头、生活区、工业区和背景区这4个类型站点PM2.5中金属元素的时空分布特征,综合利用富集因子法和健康风险评价模型进行了金属元素的污染评价,并采用相关性分析、主成分分析和后向气团轨迹初步探讨了金属元素的来源.结果表明,采样期间厦门海沧区PM2.5中14种金属元素总质量浓度在PM2.5中的占比为5.4%~10.6%.金属元素总质量浓度的时空变化特征与PM2.5的较为一致,均表现为春冬季浓度高于夏秋季,海润码头和新阳工业区高于海沧分局和市委党校.而夏季海润码头和海沧分局PM2.5日均值超标率较高的现象,与海润码头作业以及风向有关.新阳工业区Zn的质量浓度最高,市委党校次之;海润码头V的质量浓度最高,夏季海沧分局易出现V的浓度高值;均说明污染源站点(新阳工业区和海润码头)排放的污染物对其附近站点的金属元素质量浓度产生了影响.K质量浓度冬季最高,As超标现象出现在冬季和春季,说明冬季生物质燃烧以及燃煤等燃烧排放对大气污染的影响较为严重.Cu、Zn、As、Co、Na和Mn在各站点的富集因子范围为67~8449,富集均较严重.非致癌重金属Zn、Cu、Mn风险值之和低于一般可接受的风险水平(1×10-6a-1),其中Mn对总风险值的贡献范围为74%~88%.综合相关性分析和主成分分析结果表明,厦门海沧区PM2.5中金属元素主要来源于地面扬尘、机动车排放、燃煤和工业排放以及船舶排放,各来源分别可以解释变量的34.5%、12.5%、10.6%、7.8%.后向气团轨迹表明春、秋和冬季均受到局地气团的影响,而夏季气团运动相对较强;春冬季途经长三角内陆的气团可能导致PM2.5浓度偏高.
关键词: PM2.5      厦门      金属元素      污染评价      来源分析     
Pollution Assessment and Source Analysis of Metals in PM2.5 in Haicang District, Xiamen City, China
ZHAO Li-si1,2 , YU Rui-lian1 , XU Ling-ling2 , HU Gong-ren1 , WU Xin2 , CHEN Yan-ting2     
1. Department of Environmental Science and Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China;
2. Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China
Abstract: To determine the spatial-temporal distributions and potential sources of metals in PM2.5 and assess health risks from heavy metals, 348 PM2.5 samples were collected in the Haicang District of Xiamen, China from April 2015 to January 2016. Metals (K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cu, Fe, Ti, As, V, Mn, Ba, Co) in PM2.5 were detected using an X-ray fluorescence analyzer (XRF). Pollution assessment was performed via enrichment factor calculation and health risk assessment. Potential sources were explored using Pearson's correlation coefficient, principal component analysis, and the HYSPLIT Trajectory Model. Results showed that the total concentration of 14 metal elements contributed to 5.4%-10.6% of PM2.5 during the sampling period. The total concentration of metals was higher in spring and winter than those in summer and autumn. The concentrations were higher in the port and the industrial areas than in residential areas and background locations, in agreement with the seasonal and spatial distribution of PM2.5. The frequency of PM2.5 daily concentrations exceeding the Chinese Ambient Air Quality Standards was higher in the port and residential areas in the summer due to operations at the port and the wind direction. Zn concentration was the highest in the industrial area followed by the background location. Meanwhile, the highest concentration of V was observed in the port area; V concentration in the residential area was high in the summer. These variations in Zn and V indicated that the elements emitted in the polluted areas migrated easily to residential and background areas. K concentrations were the highest in winter and As showed a higher rate of exceeding the standard in winter and spring, indicating that activities, such as biomass burning and coal combustion in the winter severely impacted air quality. The enrichment factors of Cu, Zn, As, Co, Na, and Mn varied considerably, from 67 to 8, 449. The total risk level for non-carcinogenic heavy metals (Zn, Cu, Mn) was lower than the average level of risk acceptance (1×10-6 a-1) and Mn contributed 74%-88% of the total risk level of Zn, Cu, and Mn. The combined results of the correlation analysis and the principal component analysis revealed that metals in PM2.5 were mainly came from re-suspension of ground dust, motor vehicle emissions, coal combustion, industrial emissions, and heavy oil combustion, with contributions of 34.5%, 12.5%, 10.6%, and 7.8% respectively. The HYSPLIT Trajectory Model showed that Xiamen was affected by the local air mass in spring, autumn, and winter, but not in summer. Moreover, the rise of PM2.5 in spring and winter was attributed to air masses traveling through the Yangtze River Delta.
Key words: PM2.5      Xiamen      metal elements      pollution assessment      source analysis     

随着经济的高速发展, 大气PM2.5(空气动力学当量直径≤2.5 μm的颗粒物)已成为很多城市的首要大气污染物[1]. PM2.5易富集空气中的有毒有害物质, 且在大气中停留时间长、输送距离远, PM2.5浓度超标对空气质量及人类健康等有重要的影响[2~6].金属元素是PM2.5中的重要组分(占比一般1%~20%); 其中重金属(如Pb、As、Hg、Cd、Cr等)超标会对生态环境及人体健康产生威胁[2, 7~14], 因此开展大气PM2.5及其中金属元素的研究对于改善环境和保护人类健康意义重大.国内PM2.5中金属元素的研究已广泛开展, 研究地区主要集中在大中城市, 对农村和背景地区的研究相对较少, 研究内容主要集中在PM2.5中金属元素的污染特征及来源分析及其中重金属健康风险评价[15, 16].

厦门市是国家重点开发的厦漳泉经济开发区和海峡西岸繁荣带的重要组成部分[17], 近年来城市化发展迅速, 给厦门市大气环境质量带来巨大压力和严峻挑战, 因此厦门市大气质量问题需引起重视.目前已有学者研究了厦门市大气降尘和PM2.5中的元素特征, 例如温先华等[18]通过富集因子分析得出, 厦门市大气降尘中Cu和Zn在不同功能区(商业区、居住区、交通区、工业区、旅游区)都存在不同程度富集, 通过多元统计分析(因子分析和聚类分析)发现, 大气降尘中重金属主要来源于工业污染和交通源排放、土壤扬尘以及燃烧活动; Xu等[7]和陈衍婷等[19]分析发现工业化和城市化进程是影响厦门PM2.5及其中元素浓度的重要因素; 庄马展[1]发现厦门PM2.5中元素浓度及暴露风险受区域功能和排放影响.然而对于大气PM2.5及其中金属元素时空变化特征, 并采用多种方法进行污染评价及来源分析的研究罕见报道, 因此本研究在厦门海沧区4个不同类型的站点采集PM2.5样品, 分析PM2.5中14种金属元素质量浓度的时空变化特征, 综合利用富集因子法、健康风险评价模型进行风险评价, 并使用相关性分析、主成分分析和后向气团轨迹对来源进行分析, 以期为厦门市大气PM2.5污染防治提供参考依据.

1 材料与方法 1.1 样品采集

选择厦门海沧区市委党校、海沧分局、新阳工业区和海润码头4个站点同步采集大气PM2.5样品, 这4个站点分别代表了背景区、生活区、工业区和码头的影响, 各采样点具体介绍见表 1.采样时间为2015年4月21日~5月6日、7月29日~8月28日、11月2~26日和2015年12月15日~2016年1月3日, 分别代表春、夏、秋、冬四季, 每天样品采集>20 h, 除去降雨(暂停采样)和仪器故障的影响, 市委党校四季采集样品数分别为18、27、23、18份, 海沧分局四季样品数分别为18、26、25、16份, 新阳工业区四季样品数分别为23、22、25、19份, 海润码头四季样品数分别为23、23、24、18份.

表 1 厦门市海沧区各采样点具体介绍 Table 1 Details of PM2.5 sampling sites in the Haicang district in Xiamen City

采样仪器为MiniVol采样仪(5 L·min-1, Air Metrics公司, 美国), 采样滤膜为聚碳酸酯膜(φ 47 mm, Whatman公司, 美国).采样前后滤膜置于恒温恒湿箱(温度25℃±2℃, 湿度50%±2%)中平衡48 h, 采用十万分之一电子天平(T-114型, Sartorius公司, 德国)在称重室中称重, 利用称重结果和采样体积计算PM2.5的质量浓度.称重后的滤膜用铝箔纸包好, 用聚乙烯封口袋密封后冷藏在-4℃的冰箱中保存以待进一步分析.

1.2 样品分析

使用X射线荧光分析仪(XRF AxiosmAx, PANalytical B.V., 荷兰)检测样品中K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Cu、Fe、Ti、As、V、Mn、Ba、Co 14种金属元素.仪器采用美国MicroMatter公司的聚碳酸酯滤纸作为标准物质建立工作曲线, 以NIST SRM 2783号标准物质进行质量控制, 测试结果误差小于20%.使用整张滤膜进行实验, 通过选择合适的分析线、分光晶体、准直器、过滤器、电压、电流、测试角度和脉冲高度等条件, 使待测元素发射出较强的X荧光信号, 以提高分析线的灵敏度并达到很低的检出限. XRF的X射线源由4.0 kW高功率, 高透过率、超尖锐端窗(75 m)铑靶X光管构成, 检测器有两种, 闪烁探测器用于原子量大于27的元素分析, 流气探测器用于原子量小于27的元素分析, 每个样品照射650 s.每批样品均会测试空白膜, 分析时扣除空白膜中各元素本底值作为最终结果.每10个样品做一组平行样, 平行实验的相对标准偏差(RSD)小于10%.

2 结果与讨论 2.1 PM2.5及金属元素质量浓度分布特征

采样期间厦门市海沧区4个站点四季大气PM2.5质量浓度分布见图 1.厦门市海沧区PM2.5年均值为(40.96±9.05) μg·m-3, 高于国家空气质量二级标准(年均值35 μg·m-3), 低于海西城市群PM2.5年均值(57.21±21.41) μg·m-3[19], 且低于2014年冬季厦门城区(74.38±21.71) μg·m-3和郊区(81.19±28.60) μg·m-3的研究结果[20], 而与南京市青奥会期间PM2.5浓度(26.39 μg·m-3)和上海秋季非雾霾期间PM2.5浓度(16±4) μg·m-3[21~22]相比略高.总体而言厦门市海沧区大气PM2.5平均质量浓度季节性顺序:冬季(53.79 μg·m-3)>春季(40.55 μg·m-3)>夏季(36.17 μg·m-3)>秋季(33.35 μg·m-3).功能区PM2.5平均质量浓度表现为:海润码头(45.76 μg·m-3)>新阳工业区(43.45 μg·m-3)>市委党校(41.21 μg·m-3)>海沧分局(33.43 μg·m-3), 根据《环境空气质量标准》(GB 3095-2012) 二级日均质量浓度限值(75 μg·m-3), 海润码头夏季和冬季PM2.5日均浓度的超标率分别为8.7%和22.2%, 春秋季无超标现象; 新阳工业区春季和冬季的超标率分别为8.7%和15.8%, 市委党校春、夏、秋和冬季的超标率分别为5.6%、3.8%、4.5%、22.2%, 海沧分局仅夏季超标, 超标率为3.8%.

图 1 厦门市海沧区大气PM2.5浓度水平 Fig. 1 Concentrations of PM2.5 in the Haicang District in Xiamen City

不同功能区站点PM2.5日均浓度的超标情况有明显差异.海润码头和海沧分局夏季PM2.5超标率较高, 原因是夏季该地区盛行东南风, 海上船舶排放的污染物以及码头货船停靠、货车进出行驶等作业活动排放的污染物均会对处于下风向的海润码头和海沧分局站点产生影响, 导致PM2.5高值出现频率较高.各站点春季和(或)冬季超标率较高的现象与该段时间大气较为稳定、对流运动较弱的气象条件有关.市委党校作为背景区站点, 其PM2.5日均浓度的超标率相对其他站点较高, 与其特殊的地理位置有关.市委党校位于天竺山上, 周边人为活动较少, 但其距离工业区不足5 km, 并且市委党校站点地处山坳处, 倒凹字体的地形条件导致“山谷风”效应, 把相对开阔的东南侧国道、高速公路汽车尾气及工业区废气吸入, 同时该站点三面环山, 污染物难以扩散出去, 导致市委党校的颗粒物超标现象严重.

厦门市海沧区不同功能区四季金属元素K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Cu、Fe、Ti、As、V、Mn、Ba、Co的质量浓度总和在PM2.5的占比范围为5.4%~10.6%.大气PM2.5中金属元素质量浓度的时空分布见图 2. 14种金属元素的质量浓度呈现明显的季节性分布, 总体表现为冬季(4 283.90 ng·m-3)>春季(3 183.62 ng·m-3)>秋季(2 763.83 ng·m-3)>夏季(2 437.94 ng·m-3), 与PM2.5浓度的季节变化特征较为一致, 表现为冬春季浓度较高, 夏秋季浓度较低的趋势.不同功能区金属元素质量浓度的变化为:新阳工业区(3 501.12 ng·m-3)>海润码头(3 175.75 ng·m-3)>市委党校(3 146.79 ng·m-3)>海沧分局(2 845.65 ng·m-3).新阳工业区Zn的质量浓度最高, 市委党校次之, Zn是金属冶炼的标志物[23], 说明新阳工业区排放的污染物对其附近站点, 即市委党校站点的金属元素浓度产生了影响. V、Mn和Ba在海润码头的平均质量浓度最高, V是重油燃烧的标志性元素[24], 海润码头PM2.5中V的质量浓度高于其他3个站点, 说明海润码头受重油燃烧排放的影响; 海沧分局站点PM2.5中V的质量浓度均值虽然夏季最低, 但易出现V的浓度高值, 说明了风向因素的影响, 夏季南风频率较大, 海沧分局位于海润码头的下风向, 码头作业时容易影响到海沧分局的V浓度.有研究表明K是生物质排放的特征元素[25~27], K元素质量浓度季节变化特征表现为冬季>春季>秋季>夏季, 说明冬季生物质燃烧例如秸秆燃烧等排放对大气污染的影响较为严重. As是燃煤烟尘的标志元素[25], 根据《环境空气质量标准》(GB 3095-2012) 规定的金属元素参考浓度限值, As在所有站点均有超标现象, 但超标率均低于25%, 在新阳工业区超标率最高(24%), 而超标现象出现在冬季和春季, 应引起重视.

图 2 厦门市海沧区不同季节PM2.5中金属元素的平均浓度 Fig. 2 Mean concentrations of metals in PM2.5during different seasons in Haicang District in Xiamen City

2.2 金属元素污染评价 2.2.1 富集因子法

富集因子计算公式如下:

(1)

式中, Ci sampleCR sample为样品中金属元素i和参比元素R的质量浓度(ng·m-3), Ci backgroundCR background为厦门市A层土壤背景值[28]中金属元素i和参比元素R的含量(mg·kg-1).本研究选取Al作为参比元素.根据富集因子大小可将元素分为两类, 当某种元素的富集因子值小于10时, 可以认为是非富集的成分, 元素主要来源于地壳; 当富集因子增大到10~104, 则可认为元素已富集, 受到人为污染源的影响[29].

图 3为厦门市海沧区大气PM2.5中各金属元素富集因子的时空分布.

图 3 厦门市海沧区PM2.5中金属元素的富集因子 Fig. 3 Enrichment factors of metals in PM2.5 in Haicang District in Xiamen City

总体上各金属元素富集因子年均值顺序为Cu(7091)>Zn(1930)>As(351)>Co(306)>Na(214)>Mn(84)>Ca(57)>V(50)>Fe(31)>Ba(18)>K(13)>Mg(12)>Ti(4).除Ti外, 其余金属元素富集因子均大于10, 表明除Ti外, 其余金属元素受到不同程度的人为污染. Cu、Zn、As、Co、Na和Mn在各站点的富集因子EF均很高(67~8 449), 说明这6种元素富集较严重, 结果与陈衍婷等[19]研究结果较为一致.以前的研究表明Cu、Co、Fe、Mn主要来源于工厂排放或机动车排放[9, 13, 30~32], 但是新阳工业区这些元素的富集因子低于其他站点, 结果与新阳工业区参比元素Al质量浓度较高有关.

除As、Ba和Fe外, 其余金属元素在夏季富集因子最高(PM2.5浓度较低); 除As外, 其余金属元素在春季富集因子最低(PM2.5浓度较高), 说明这些金属元素的富集因子和PM2.5浓度季节分布不一致.原因可能是夏季降水频繁, 扬尘源对大气PM2.5的贡献相比其他季节减小, 导致人为源排放的影响更为突出; 而春季浮尘情况较为严重, 扬尘对PM2.5的贡献增加, 导致人为源的影响相对减弱. As在冬季时(PM2.5浓度最高)富集因子最高, 秋季时(PM2.5浓度最低)富集因子最低, 和PM2.5浓度的季节分布具有一致性; As是燃煤烟尘排放的标志元素, 说明了冬季燃煤活动对大气PM2.5的贡献较大.

2.2.2 健康风险评价模型

本研究对PM2.5中非致癌重金属Zn、Cu和Mn通过呼吸途径进入人体(成年男性、成年女性和儿童青少年)的健康风险进行评价.暴露剂量计算公式为:

(2)

式中, ADD为非致癌物质日均暴露剂量[mg·(kg·d)-1]; C为污染物的质量浓度(mg·m-3); IR为呼吸速率(m3·d-1); ED为暴露持续时间(d); BW为体重(kg); AT为非致癌重金属平均暴露时间(d).体重采用2010年国民体质监测报告中全国平均值, 其余参数采用美国环保局推荐值, 取值见表 2.

表 2 暴露剂量计算参数值 Table 2 Parameters for exposure calculation

非致癌重金属风险评价计算公式如下:

(3)

式中, R为人群年均超额危险度, 无量纲; RfD为人均寿命参考剂量[mg·(kg·d)-1], Zn、Cu和Mn的RfD分别为1.0×10-2、2.0×10-3、3.0×10-4 mg·(kg·d)-1; 80.1为厦门市2015年平均期望寿命(2015年厦门市卫生计生工作报告).

大气PM2.5中3种重金属(Zn、Cu和Mn)通过呼吸对人体健康危害的健康风险评价结果见图 4.

图 4 PM2.5中Zn、Cu和Mn的健康风险评价 Fig. 4 Total health risk of Zn, Cu, and Mn in PM2.5

图 4中可知, 3种非致癌重金属(Zn、Cu和Mn)风险值之和范围为6.64×10-10~1.22×10-9, 均低于一般可接受的风险水平1×10-6a-1, 表明厦门海沧区各类人群通过呼吸暴露PM2.5中的非致癌重金属健康风险是可以接受的.厦门海沧区大气PM2.5中3种非致癌重金属(Zn、Cu和Mn)风险值之和表现为成年男性>成年女性≈儿童青少年, 这与三者呼吸速率、户外暴露时间有关[19].与上海[33]相比, 厦门海沧区PM2.5中Cu的风险值较高, 高出一个数量级; 而重金属Zn的风险值较低, 但处于同一数量级.

Mn对总风险值的贡献范围为74%~88%, 低于之前厦门的研究(99.9%)[1].海润码头大气PM2.5中3种非致癌重金属(Zn、Cu和Mn)风险值之和年均值高于其他3个站点, 且夏季时海润码头的健康风险最高.海润码头Mn质量浓度高于其他3个站点, Mn的来源有煤炭燃烧、工业排放和土壤的二次扬尘[34]. Mn和V相关系数为0.426(P < 0.01), V是重油燃烧的标志性元素[32], 说明了海上和靠港船舶尾气排放以及二次扬尘对海润码头大气PM2.5中重金属浓度的影响.夏季时厦门市盛行东南风, 海上和靠港船舶排放的大气污染物容易传输到位于下风向的海润码头站点, 导致颗粒物中重金属元素对人体健康危害水平升高.

2.3 金属元素污染来源分析 2.3.1 相关性分析

运用SPSS 17.0软件对金属元素数据进行Pearson双侧相关性分析.厦门海沧区大气PM2.5中不同金属元素的相关系数矩阵如表 3所示.从中可知, 大气PM2.5中Mg、Al、K、Ca、Ti之间两两显著相关, 它们是主要的地壳元素, 主要受到土壤颗粒物(自然源)的影响[8]. Na是海盐的标识物[35], 但是其又与Mg、Al、K、Ca和Ti这些元素显著相关, 说明Na元素除了海盐来源外, 一定程度上也受地壳源的影响. As、Cu相关性显著, 而Cu、Fe、Co相关性显著, 说明这5种金属元素污染来源具有一定同源性, 如工业排放.

表 3 厦门市海沧区PM2.5中金属元素皮尔逊相关系数 Table 3 Pearson's correlation coefficients of metals in PM2.5 in Haicang District in Xiamen City

2.3.2 主成分分析

运用SPSS17.0软件对金属元素数据进行因子分析, 因子载荷矩阵的变换采用方差极大(Varimax)旋转法, 本研究提取了特征值>1的因子.主成分分析结果见表 4.

表 4 厦门市海沧区PM2.5中各金属元素主成分分析结果 Table 4 Principal component analysis results of metals in PM2.5 in Haicang District in Xiamen City

厦门市海沧区PM2.5中各金属元素主成分分析共解析出4个因子, 可以解释所有变量的65.4%.主成分1解释了34.5%的总方差, 该主成分中Zn、K、Al、Mg、Ca、Ti、Na因子负载比较大(0.658~0.890), Al、Mg、Ca、Ti、Na、K与地面扬尘有关[13], Zn是金属冶炼主要来源之一, K是生物质排放的特征元素[25~27], 可以认为是工业和生物质燃烧排放的污染物沉降后二次扬尘的特征, 因此主成分1代表地面扬尘.主成分2中Fe、Cu的载荷值较高(0.784和0.765), Cu主要来自机动车排放[13], Cu和Fe显著相关(表 3), 可能来源于同一污染源, 所以主成分2主要代表机动车排放, 贡献率为12.5%.主成分3中Mn、Ba、Co的载荷值最高(0.729~0.879), Co为燃煤过程排放尘的特征元素[9], Mn的来源有煤炭燃烧、工业排放和土壤的二次扬尘[34], 因此因子3代表燃煤和工业排放, 贡献率为10.6%.主成分4中V的载荷值最高(0.829), 因此因子4代表了重油燃烧, 其代表性来源为船舶排放, 贡献率为7.8%.因此, 厦门市海沧区PM2.5的主要来源为地面扬尘、机动车排放、燃煤和工业排放, 另外船舶排放对大气PM2.5的贡献不容忽视.

2.3.3 后向气团轨迹分析

应用NOAA的HYSPLIT模型进行后向气团轨迹分析, HYSPLIT的地形采用σ坐标, 垂直方向上分为28层, 气象要素线性内插在各层上, 高度距地面1000 m(http://www.arl.noaa.gov/raedy/hysplit4.html). 图 5为采样期间厦门72 h后向气团轨迹示意.

图 5 厦门海沧区后向气团轨迹分析结果 Fig. 5 Results of HYSPLIT analysis of Haicang District in Xiamen City

图 5可知, 采样期间厦门市春季、秋季和冬季主要受到局地环流(53%、42%、56%)气团的影响, 局地环流气团不利于本地的污染扩散, 同时与周围地区输入气团形成相互影响; 另外冬季和春季还均受到途经长三角地区的气团(23%、26%)的影响, 容易将污染物携带至研究区域, 因此可能导致了冬季和春季PM2.5浓度及其中金属元素浓度较高, 而秋季没有源自大陆的气团.夏季的气团主要分为内陆气团[轨迹1(26%)、2(22%)、3(19%)]和来自海洋的气团[轨迹4(33%)], 而无局地气团的影响, 表明夏季大气扩散相对较强, 这也是夏季PM2.5浓度相对低于其他季节的主要原因.结合图 3可知, 夏秋季Na元素的富集因子大于冬春季, 而Na是最主要的海盐标志元素[35], 夏秋季来自海洋的气团可能带来了更多的Na元素.

3 结论

(1) 采样期间厦门市海沧区PM2.5年均值为(40.96±9.05) μg·m-3, PM2.5中14种金属元素总质量浓度在PM2.5中的占比为5.4%~10.6%.金属元素总质量浓度的时空变化特征与PM2.5的较为一致, 均表现为春冬季浓度高于夏秋季, 海润码头和新阳工业区高于海沧分局和市委党校.根据国家环境空气质量标准二级标准(75 μg·m-3), 夏季海润码头和海沧分局PM2.5日均值超标率较高的现象, 与海润码头作业以及风向有关.

(2) 各金属元素中, Zn的质量浓度表现为新阳工业区最高, 市委党校次之, 说明新阳工业区排放的污染物对其附近站点, 即市委党校站点的金属元素浓度产生了影响.海润码头V的质量浓度最高, 夏季海沧分局易出现V的浓度高值, 说明了码头作业容易影响到下风向海沧分局的V浓度. K质量浓度冬季最高, 说明冬季生物质燃烧例如秸秆燃烧等排放对大气污染的影响较为严重. As超标现象出现在冬季和春季, 说明了该季节燃煤烟尘的影响.

(3) 厦门市海沧区PM2.5中金属元素污染评价结果如下:Cu、Zn、As、Co、Na和Mn在各站点的EF范围为67~8 449, 说明这些金属元素受到明显人为污染; 3种非致癌重金属(Zn、Cu和Mn)风险值之和均低于一般可接受的风险水平, Mn对大气PM2.5中3种重金属总风险值的贡献范围为74%~88%.

(4) 综合相关性和主成分分析结果表明, 厦门海沧区PM2.5中金属元素主要来源于地面扬尘、机动车排放、燃煤和工业排放, 贡献率分别为34.5%、12.5%、10.6%, 另外船舶排放对大气PM2.5的贡献(7.8%)不容忽视.后向气团轨迹表明厦门市春季、秋季和冬季主要受到局地环流气团的影响, 而夏季气团运动相对较强; 春冬季途经长三角内陆的气团可能导致PM2.5浓度偏高.

参考文献
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