[科普中國]-降塵

簡介

降塵是指自然降落于地面的空氣顆粒物，其粒徑多在10微米以上，計量指標(biāo)單位為一定時間內(nèi)單位面積上地表沉降物質(zhì)的量。大氣粉塵自然沉降量的監(jiān)測是開展較早的大氣污染物例行監(jiān)測項目。1降塵反映顆粒物的自然沉降量，用每月沉降于單位面積上顆粒物的重量表示（單位：t/km2·月）。

在空氣中沉降較快，故不易吸入呼吸道。其自然沉降能力主要取決于自重和粒徑大小。是反映大氣塵粒污染的主要指標(biāo)之一。

來源降塵是大氣中粉塵的沉積物,大氣中粉塵顆粒物的來源可以分為自然來源和人為來源兩類。在自然源和人為源中都有一次和二次顆粒物的來源。自然源中一次顆粒物的來源主要有:土壤顆粒物和地球表面的沉積物、火山噴發(fā)形成的火山粉塵、由各種火災(zāi)產(chǎn)生的煙塵顆粒、海洋中波浪破碎和氣泡爆炸產(chǎn)生的大氣氣溶膠、隕石進入地球大氣層分解形成的宇宙粉塵、生物界的花粉、孢子等。二次顆粒物的來源主要有:森林中放出的碳氫化合物經(jīng)光化反應(yīng)后產(chǎn)生的微小顆粒,自然界硫、氮、碳循環(huán)中的轉(zhuǎn)化物等,人為源主要包括工業(yè)過程如礦山和露天采石場等產(chǎn)生的工業(yè)粉塵。1

測定主題內(nèi)容與適用范圍1 主題內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了降塵的測定方法。本標(biāo)準(zhǔn)采用乙二醇水溶液做收集液的濕法采樣，用重量法測定環(huán)境空氣中的降塵。

2 適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)適用于測定環(huán)境空氣中可沉降的顆粒物。方法的檢測限為0.2t/km2·30d。2

原理空氣中可沉降的顆粒物，沉降在裝有乙二醇水溶液做收集液的集塵缸內(nèi)，經(jīng)蒸發(fā)、干燥、稱重后，計算降塵量。2

試劑本標(biāo)準(zhǔn)所用試劑除另有說明外，均為公認的分析純試劑和蒸餾水或同等純度的水。

1乙二醇(C2H6O2)。2

儀器1 集塵缸，內(nèi)徑15±0.5cm，高30cm的圓筒形玻璃缸。缸底要平整。

2 100mL瓷坩堝。

3電熱板，2000W。

4搪瓷盤。

5分析天平，感量0.1mg。2

采樣點的設(shè)置和樣品的收集1 采樣點的設(shè)置

1.1 在采樣前，首先要選好采樣點。選擇采樣點時，應(yīng)先考慮集塵缸不易損壞的地方，還要考慮操作者易于更換集塵缸。普通的采樣點一般設(shè)在矮建筑物的屋頂，或根據(jù)需要也可以設(shè)在電線桿上。

1.2采樣點附近不應(yīng)有高大建筑物，并避開

1.3 集塵缸放置高度應(yīng)距離地面5～12m。在某一地區(qū)，各采樣點集塵缸的放置高度盡力保持在大致相同的高度。如放置屋頂平臺上，采樣口應(yīng)距平臺1～1.5m，以避免平臺揚塵的影響。

1.4 集塵缸的支架應(yīng)該穩(wěn)定并很堅固，以防止被風(fēng)吹倒或搖擺。

1.5 在清潔區(qū)設(shè)置對照點。

2樣品的收集

2.1 放缸前的準(zhǔn)備

集塵缸在放到采樣點之前，加入乙二醇60～80mL，以占滿缸底為準(zhǔn)，加水量視當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r而定。譬如：冬季和夏季加50mL，其他季節(jié)可加100～200mL。加好后，罩上塑料袋，直到把缸放在采樣點的固定架上再把塑料袋取下，開始收集樣品。記錄放缸地點、缸號、時間(年、月、日、時)。

注：加乙二醇水溶液既可以防止冰凍，又可以保持缸底濕潤，還能抑制微生物及藻類的生長。

2.2 樣品的收集

按月定期更換集塵缸一次(30±2d)。取缸時應(yīng)核對地點、缸號，并記錄取缸時間(月、日、時)，罩上塑料袋，帶回實驗室。取換缸的時間規(guī)定為月底5d內(nèi)完成。在夏季多雨季節(jié)，應(yīng)注意缸內(nèi)積水情況，為防水滿溢出，及時更換新缸，采集的樣品合并后測定。2

分析步驟1 瓷柑堝的準(zhǔn)備

將100mL的瓷坩蝸洗凈、編號，在105±5℃下，烘箱內(nèi)烘3h，取出放入干燥器內(nèi)，冷卻50min，在分析天平上稱量，再烘50min，冷卻50min，再稱量，直至恒重(兩次重量之差小于0.4mg)，此值為W0。然后將其在600℃灼燒2h，待爐內(nèi)溫度降至300℃以下時取出，放入干燥器中，冷卻50min。稱重。再在600℃下灼燒1h，冷卻，稱量，直至恒重，此值為Wb。

2 降塵總量的測定

首先用尺子測量集塵缸的內(nèi)徑(按不同方向至少測定三處，取其算術(shù)平均值)，然后用光潔的鑷子將落入缸內(nèi)的樹葉、昆蟲等異物取出，并用水將附著在上面的細小塵粒沖洗下來后扔掉，用淀帚把缸壁擦洗干凈，將缸內(nèi)溶液和塵粒全部轉(zhuǎn)入500mL燒杯中，在電熱板上蒸發(fā)，使體積濃縮到10～20mL，冷卻后用水沖洗杯壁，并用淀帚把杯壁上的塵粒擦洗干凈，將溶液和塵粒全部轉(zhuǎn)移到已恒重的100mL瓷坩堝中，放在搪瓷盤里，在電熱板上小心蒸發(fā)至干(溶液少時注意不要崩濺)，然后放入烘箱于105±5℃烘干，按上述方法稱量至恒重。此值為W1。 注：淀帚是在玻璃棒的一端，套上一小段乳膠管，然后用止血夾夾緊，放在105±5℃的烘箱中，烘3h后使乳膠管粘合在一起，剪掉不粘合的部分制得，用來掃除塵粒。

3 降塵總量中可燃物的測定

3.1 將上述已測降塵總量的瓷坩堝放入馬福爐中，在600℃灼燒3h，待爐內(nèi)溫度降至300℃以下時取出，放入干燥器中，冷卻50min，稱重。再在600℃下灼燒1h，冷卻，稱量，直至恒重，此值為W2。

3.2 將與采樣操作等量的乙二醇水溶液，放入500mL的燒杯中，在電熱板上蒸發(fā)濃縮至10～20mL，然后將其轉(zhuǎn)移至已恒重的瓷坩堝內(nèi)，將瓷坩堝放在搪瓷盤中，再放在電熱板上蒸發(fā)至干，于105±5℃烘干，按7.1條稱量至恒重，減去瓷坩堝的重量W0，即為W0。然后放入馬福爐中在600℃灼燒，按7.1條稱量至恒重，減去瓷坩堝的重量Wb，即為Wd。測定W0、Wd時所用乙二醇水溶液與加入集塵缸的乙二醇水溶液應(yīng)是同一批溶液。2

結(jié)果的表示降塵量為單位面積上單位時間內(nèi)從大氣中沉降的顆粒物的質(zhì)量。其計量單位為每月每平方公里面積上沉降的顆粒物的噸數(shù)(即t/km2·30d)。2

1 計算方法

1.1 降塵總量按式(1)計算：

式中：M——降塵總量，t/km2·30d

Wl——降塵、瓷坩堝和乙二醇水溶液蒸發(fā)至干并在105±5℃恒重后的重量，g

W0——在105±5℃烘干的瓷坩堝重量，g；

Wc——與采樣操作等量的乙二醇水溶液蒸發(fā)至干并在105±5℃恒重后的重量，g

s——集塵缸缸口面積，cm2

n——采樣天數(shù)，(準(zhǔn)確到0.1d)。

1.2 降塵中可燃物按式(2)計算：

式中：M/——可燃物量，t/km2·30d

Wb——瓷坩堝于600℃灼燒后的重量，g

W2——降塵、瓷坩堝及乙二醇水溶液蒸發(fā)殘渣于600℃灼燒后的重量，g

Wd——與采樣操作等量的乙二醇水镕液蒸發(fā)殘渣于600℃灼燒后的重量，g

s——集塵缸缸口面積，cm2

n——采樣天數(shù)，(準(zhǔn)確到O.1d)。

2 報告結(jié)果。結(jié)果要求保留一位小數(shù)。2

精密度和準(zhǔn)確度五個實驗室分別發(fā)放A、B兩個統(tǒng)一樣品。

1精密度

1.1 重復(fù)性

重復(fù)性相對標(biāo)準(zhǔn)偏差樣品A為0.2%～3.5%，樣品B為0.2%～2.2%。

1.2再現(xiàn)性

再現(xiàn)性相對標(biāo)準(zhǔn)偏差樣品A為2.3%，樣品B為1.0%。

2準(zhǔn)確度

樣品A的相對誤差為－3.1%；樣品B的相對誤差為－1.8%。2

注意事項1 大氣降塵系指可沉降的顆粒物，故應(yīng)除去樹葉、枯枝、鳥糞、昆蟲、花絮等干擾物。

2 每一個樣品所使用的燒杯、瓷坩堝等的編號必須一致，并與其相對應(yīng)的集塵缸的缸號一并及時填入記錄表中。

3 瓷坩堝在烘箱、馬福爐及干燥器中，應(yīng)分離放置，不可重疊。

4 蒸發(fā)濃縮實驗要在通風(fēng)柜中進行，樣品在瓷坩堝中濃縮時，不要用水洗滌坩堝，否則將在乙二醇與水的界面上發(fā)生劇烈沸騰使溶液溢出。當(dāng)濃縮至20mL以內(nèi)時應(yīng)降低溫度并不斷搖動，使降塵粘附在瓷坩堝壁上，避免樣品濺出。

5 應(yīng)盡量選擇缸底比較平的集塵缸，可以減少乙二醇的用量。2

時空分布大氣降塵是浮塵、揚沙、沙塵暴等天氣現(xiàn)象的反映,因此其時空分布與沙塵天氣的時空分布基本一致。在大的時間尺度上,降塵頻率隨氣候的變化與環(huán)境的演變而發(fā)生變化?，F(xiàn)代粉塵堆積的實例和歷史時期"雨土"的事實表明,降塵頻繁期對應(yīng)于氣候干冷期,低發(fā)期對應(yīng)于暖濕期。根據(jù)黃土堆積速率估計,地質(zhì)歷史時期的大風(fēng)降塵天氣可能比現(xiàn)在頻繁,也有學(xué)者對此觀點存在異議。在短時間尺度上,從年際變化來看,沙塵天氣頻率主要受風(fēng)能環(huán)境的影響,近50年,中國北方大部分地區(qū)沙塵天氣呈減少區(qū)域,但在部分沙漠化地區(qū)則有所增加,可能于沙漠化的發(fā)展有關(guān);由于沙塵傳輸方向受控于風(fēng)向,因此沙塵天氣的年內(nèi)變化也與主風(fēng)向變化有關(guān),降塵季節(jié)分布一般以春季最高,夏季次之,秋季和冬季相對較低。

目前對大氣降塵尚缺乏網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測,歷史時期的"雨土"事實表明,我國降塵范圍西起新疆、東至海濱、北至內(nèi)蒙、南迤長江以南,華南也有零星分布,并且可以認為越靠近沙塵源區(qū),降塵量也越大。即使在同一景觀內(nèi),由于受微地貌特征的影響,降塵的差異也較明顯。在不同高度上,降塵一般隨高度的增高呈減少趨勢,對和田降塵的研究表明93.14%的降塵集中在70cm和180cm的高度。3

對陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響大氣降塵顆粒中的不同成分可以對陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不同影響,并被認為是地表生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)元素的重要輸入來源。據(jù)分析,沙塵暴降塵中至少有38種化學(xué)元素,它的發(fā)生大大增加了大氣固態(tài)污染物的濃度,給策源地、周邊地區(qū)以及下風(fēng)地區(qū)的大氣環(huán)境、土壤、水質(zhì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等造成了長期的、潛在的危害。研究表明,降塵從大氣中消除部分硫酸離子、硝酸離子、Na+、K+、Ca2+、Mg2+離子,及Pb、Cd、Zn等重金屬,1,引起土壤酸化及其他反應(yīng)導(dǎo)致地表生態(tài)系統(tǒng)變化將其帶入土壤或水域。如歐洲南部高山湖泊沒有像北部湖泊一樣發(fā)生酸化的原因,可能歸功于大氣降塵的影響。另外,降塵顆粒物可以使植物葉面被遮蓋,進而影響植物的光合作用和呼吸作用,沉降到地表會改變土壤的酸堿度和養(yǎng)分供給，所有這些現(xiàn)象的發(fā)生也會間接影響農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。粉塵對陸地生態(tài)系統(tǒng)的良性作用也是存在的,比如降塵可以使氣攜氮化物被添加到土壤中,可以在干旱地區(qū)形成粘結(jié)性結(jié)殼從而固定沙丘和其它活動地表,以及形成了肥沃的黃土高原等。近年來,降塵對文物古跡的影響也越來越引起文物保護專家們的極大關(guān)注。在地質(zhì)歷史上,一些學(xué)者認為粉塵對古生物的演化也起了關(guān)鍵作用,如白堊紀(jì)末發(fā)生的恐龍滅絕事件可能與隕石撞擊引起的稠密粉塵云導(dǎo)致的太陽輻射減少和全球顯著變冷有關(guān)。3

對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響某些海域沉積物中風(fēng)塵堆積的部分可占80%左右[。來自亞洲內(nèi)陸的粉塵約有一半可以遠距離輸送到中國海區(qū)乃至北太平洋地區(qū)。研究認為海洋中的許多元素,如Pb、Al、Mn、Zn以及某些碳氫化合物和某些有機合成化合物,經(jīng)由大氣遠距離的輸送比河流入海更為重要,這些元素可以直接影響海洋生物的營養(yǎng)鹽供應(yīng),為浮游植物的生長"施肥",控制海洋的初級生產(chǎn)力。粉塵氣溶膠所攜帶的鐵往往是某些海區(qū)初級生產(chǎn)力的重要限制因素,其主要機理是由于粉塵遠距離輸送過程中,其中大量的Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+,并在大洋表層海水溶解成為生物吸收的營養(yǎng)元素。一些海區(qū)的實例研究表明,赤潮的爆發(fā)也可能與粉塵輸送大量的Fe2+有關(guān),如在1999年7月1日前后,撒哈拉沙漠沙塵暴顆粒跨越大西洋到達西弗羅里達,使墨西哥灣附近海水中可溶性二價鐵的濃度增加了300%赤潮,我國的渤海和黃海頻繁爆發(fā)的赤潮可能也與源于我國西北部的沙塵暴爆發(fā)有很大的相關(guān)性,使有毒的紅色硅藻大量繁殖而形成。3

粉塵沉積物的古環(huán)境意義大氣粉塵沉積物分布相當(dāng)廣泛,在深海、陸地以及南北半球的冰蓋中均包含有風(fēng)塵顆粒物質(zhì)。在古環(huán)境研究領(lǐng)域內(nèi),基于這些粉塵記錄已經(jīng)有效地揭示出區(qū)域乃至全球不同年代沉積物與相應(yīng)氣候條件的關(guān)系、大氣環(huán)流系統(tǒng)的演化、陸地環(huán)境變化、區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)事件的發(fā)生和發(fā)展等。比如通過分析冰芯中所含的粉塵微?？梢蕴崛〈髿夥蹓m的變化信息,進而反演沙塵事件的演化過程以及重建溫度和降水的變化信息。第四紀(jì)以來,大氣圈西風(fēng)環(huán)流加強和東亞季風(fēng)環(huán)流的建立,使我國北方大部分地區(qū)不同程度地接受了大量氣攜粉塵沉積,形成巨厚黃土地層,風(fēng)積黃土堆積序列較完整地記錄了最近240萬年來的環(huán)境變化信息,這對指示亞洲內(nèi)陸荒漠演化的歷史、各種尺度的東亞古大氣環(huán)流格局的演化、地球軌道變化、青藏高原隆升及其環(huán)境效應(yīng)和古生物、古人類演化等方面的信息均有重要意義。3

與降塵的區(qū)別飄塵和降塵都是空氣中的顆粒物?？諝庵械念w粒物可分為一次顆粒物和二次顆粒物。一次顆粒物是由自然污染源和人為污染源釋放到空氣中直接造成的，二次顆粒物是由空氣中某些污染物和大氣中的氧、水之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化生成的。飄塵和降塵的區(qū)別在于顆粒物直徑的不同和在重力作用下沉降的速度不同。飄塵粒徑小于10微米，能在空氣中長期飄浮;降塵粒徑大于10微米，在重力作用下可以降落。人們通常用降塵量來判斷大氣的清潔度。降塵量是指每月在每平方千米面積上降落塵埃的噸數(shù)，一般降塵量達到每月每平方千米30噸，為中度大氣污染;降塵量達每月每平方千米50噸以上，為重度大氣污染。4