CN101598672A - 城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属的监测方法包括：选取中心区道路，非中心区道路或外环周边区道路交叉口的1、3、6、9、12、15楼房层间隔取样，分布别收集粉尘样品；将采集的土样，自然状态风干，过筛，收集筛下物，准确称取样品约0.5g，加入12mL王水，进行消化处理，用ICP法测定上述土样分析试液中重金属元素的含量。本发明的监测方法虽具其特殊性，但对同类型的城市环境保护具有一定的参考价值，这一技术可为城市楼房环境监测，调节生态平衡，营造良好的生存环境提供科学依据。

Description

城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属的监测方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及城市环境的监测方法，更具体的说是城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属的监测方法。

背景技术

随着人类社会的不断进步，世界经济日新月异的发展，无序扩张和膨胀的城市化浪潮正席卷全球。工业化、现代化、城市化在给人类带来福利的同时，也带来了一系列诸如环境污染等严重的生态环境问题。改善环境质量已成为人类的共识和迫切需要解决的问题。在所有的环境问题中，由人为活动带给环境的重金属污染，特别是土壤的重金属污染，随着经济建设的发展，也愈来愈突出。

重金属(比重＞5.0g/cm³的金属)因自身的特点，诸如：污染范围广，持续时间长，不易在生物物质循环和能量交换中分解从而导致在生物体内积累并缓慢致病；污染隐蔽、危害大且不易被微生物降解等，决定了其在污染和危害环境中的特殊作用。据医学、生物学文献报道，重金属在人体内的作用，可分为必需元素和有毒元素。但不管是哪种元素其含量超过一定范围都会引起中毒。1961年四日市哮喘事件：1955年以来，该市石油冶炼和工业燃油产生的废气，严重污染城市空气。重金属微粒与二氧化硫形成硫酸烟雾。1961年哮喘病发作，1967年一些患者不堪忍受而自杀。1972年该市共确认哮喘病患者达817人，死亡10多人；1953～1956年日本熊本县水俣市水俣病事件：含甲基汞的工业废水污染水体，使水俣湾和不知火海的鱼中毒，人食用毒鱼后受害。1972年日本环境厅公布：水俣湾和新县阿贺野川下游有汞中毒者283人，其中60人死亡；1955～1972年日本富山县神通川流域痛痛病事件：锌、铅冶炼厂等排放的含废水污染了神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米和饮用水含镉而中毒，1963年至1979年3月共有患者130人，其中死亡81人。由此可见，现代城市重金属污染研究是一项具有紧迫性和机遇性双重意义的工作。

利用附生植物苔藓作生物监测器研究大气重金属沉降，已成为当今国际上环境科学研究的热点之一。据资料记载，早在1886年，Nylander就观察到巴黎市公园中树木附生的地衣由于大气污染而消失的事实。到20世纪50年代中期，西欧和北美的植物学家经过长期调查这些国家苔藓和地衣的分布以及种类的变故后，得出结论：在城市和工业区很难找到地衣和苔藓的原因是大气污染的缘故。自60-80年代初期，人们都注意到附生植物对SO₂和HF污染物的指示作用，但对于重金属元素的研究相对较少。由于地衣和苔藓均具有从大气中吸收营养元素和大量富集多种离子的能力，瑞典的Ruhling和Tyler首先利用苔藓植物作为大气降尘中痕量元素的生物监测器，他们用一种林地常见的羽毛状苔藓——塔藓(Hylocomium splendens)来监测斯堪的纳维亚半岛的重金属大气沉降，并发现在南部和西南部大气降尘中的某些重金属的浓度远远高于北端地区。通过对苔藓中重金属元素含量的分析，绘制了反映芬兰、挪威和瑞典等国大气沉降中Cd、Cu、Fe、Hg、Ni、Pb和Zn元素的区域性分布图。随后，欧洲各国陆续开展了大规模的苔藓和地衣的长势调查和样品的元素(已达45个元素)分析研究，获取了自60年代末至今的重金属元素污染变化的趋势图。德国的Markert等测定了采自原东德、波兰、捷克、和斯洛伐克接壤地带的6种苔藓中的Cd、Cr、Cu、Fe、Ni、Pb和Zn等7种重金属元素，将结果绘制为彩色等高线图。

资料显示，重金属污染元素在天津土壤剖面中的纵向分布特征为，各剖面不同深度上，元素含量随土壤质地不同而有明显不同。一般重金属元素随土壤粘性增大其含量升高。一般在耕作土壤中均有镉、汞表层富集现象，与农田施用化肥和农药产生的残留有关。在山区和大港等荒地土壤剖面上重金属元素变化较小。在城市附近土壤污染比较重，污染元素也较多，有镉、汞、铅、锌、铬、镍、钴、钼等，污染只要集中在0～50cm土层内。污水灌溉、污泥施用和城市降尘是造成土壤多种重金属元素污染的主要原因。

综合国内外学者的研究成果可知，繁忙的交通(尤其是塞车)可使公路周围土壤和大气中Cu，Pb和Zn的含量显著增加。行驶中的汽车，其尾气排放和轮胎磨损等大大增加了周围环境中重金属的含量，尤其是大气中Zn，Pb等重金属的含量。因此，可以说环境质量深受交通状况的影响。随着工业发展日益加快，环境污染愈加严重，各种疾病的发病率也越来越高，尤其是儿童的疾病感染率更是逐年上升，我们的健康受到了严重的威胁。为了能够减少因为大气污染而引起的疾病，为了让我们生活得更舒适，本发明人对天津市高层楼房进行了研究。通过实验，生活在高层以及交通流量小的地方更能避免疾病的发生。此次实验虽具其特殊性，但对同类型的城市环境保护具有一定的参考价值，为保护环境，维持生态平衡，营造良好的生存环境提供科学依据。

发明内容

本发明提供了城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属的监测方法，本发明选取天津市25个道路交口、立交桥为研究对象，收集道路尘土做重金属元素含量分析，并以Cr，Cu，Ni，Zn，Mn、Cd为代表，对城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属污染状况进行评价。为此本发明提供如下的技术方案：

城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属的监测方法，其特征在于包括如下的步骤：

1)采样：根据道路分布情况，选取中心区道路，非中心区道路或外环周边区道路交叉口的1-15层楼房作为采样点，收集粉尘样品；其中所述的1-15层楼房采样为1、3、6、9、12、15层间隔取样；

2)样品前处理：将采集的尘土样分别自然风干，用100目的尼龙土筛过筛，收集筛下物，除去样品中的沙子，植物残骸和其他杂质；

3)样品消化与测定：准确称量土样0.5g，加入12mL王水，浸泡1-5小时；160～170℃，加热7-8小时，加入2mL高氯酸，保持原温度继续加热；将溶液蒸发至近干，冷却至室温，加入2mL硫酸，加热，温度保持在170～180℃，5分钟后，沉淀及溶液均开始变为乳白色；升高温度保持在180～190℃，赶酸，将溶液蒸发至近干，沉淀为乳白色；加入0.5mL硝酸定容至10mL比色管中，贴上标签保存；用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定上述土样分析试液中Cr，Cu，Ni，Zn，Mn、Cd重金属元素的含量。

本发明所述的监测方法，其中所述的中心区、非中心区、外环周边区道路，包括内环以里，内、中环之间，中、外环之间的主要干道及车流量相对较少的次干道，车流量较多的立交桥。

本发明所述的监测方法，其中所述的大气降尘是指源于楼房本底尘、大气沉降物及汽车尘三部分。其中楼房本底尘主要来源于道路扬尘和居民所携带的外来土壤尘；汽车尘主要包括经过的汽车所排放的尾气、汽车轮胎和其他零件磨损尘及车体附着尘等。

本发明进一步公开了城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属的监测方法在测定大气降尘滞留颗粒物中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd重金属含量变化方面的应用。本发明的监测方法能更加准确的评价城市楼房大气降尘滞留颗粒物中重金属污染情况。虽具其特殊性，但对同类型的城市环境保护具有一定的参考价值，为保护环境，维持生态平衡，营造良好的生存环境提供科学依据。

本发明的实验表明：交通流量是影响污染程度的一个很重要的指标。同时大量的生活垃圾及装修中使用的大量的油漆都有会影响污染的程度。本发明作为典型的实施例，采取天津市区不同区域的高层建筑的土样，监测城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属的含量。实验的结果表明：Zn和Cd元素含量均随楼层增高而增大。Mn、Cr、Ni、Cu四种元素含量随楼层增高而降低，可以明显观察到，处于低层的重金属含量要高于高层的。处于外环附近的楼层其重金属含量明显低于处于中环和内环的楼层，而处于交通复杂的区域其重金属含量要高于处于相对安静的地区。同一栋楼中，居住在高层的人要比居住在低层的人所受的重金属污染少。

具体实施方式

为了简单和清楚的目的，下文恰当的省略了公知技术的描述，以免那些不必要的细节影响对本技术方案的描述。以下结合实例对本发明做进一步的说明。

实施例1

1)采样：根据道路分布情况，选取中心区道路，非中心区道路或外环周边区道路交叉口的1-15层楼房作为采样点，收集粉尘样品；其中所述的1-15层楼房采样为1、3、6、9、12、15层间隔取样；

2)样品前处理：将采集的尘土样分别自然风干，用100目的尼龙土筛过筛，收集筛下物，除去样品中的沙子，植物残骸和其他杂质；

3)样品消化与测定：准确称量土样0.5g，加入12mL王水，浸泡2小时；160℃，加热7小时，加入2mL高氯酸，保持原温度继续加热；将溶液蒸发至近干，冷却至室温，加入2mL硫酸，加热，温度保持在180℃，5分钟后，沉淀及溶液均开始变为乳白色；升高温度保持在190℃，赶酸，将溶液蒸发至近干，沉淀为乳白色；加入0.5mL硝酸定容至10mL比色管中，贴上标签保存；用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定上述土样分析试液中Cr，Cu，Ni，Zn，Mn、Cd重金属元素的含量。

实施例2(更加详细的实验过程如下)

取样

取样地点：选取分布在市区不同区域的5座高层建筑，有云峰里、西青道五号楼、一中心医院、津塘公路169号、师北里1号楼。具体位置如图(天津市城区地图)所示。

作为对照，我们还采集了天津郊区耕层土壤。

方法

采集的土样，自然状态风干，用100目的尼龙土筛过筛，收集筛下物，准确称取样品约0.5g，加入12mL王水，盖上蒸发皿浸泡数小时；将盛有药品的小烧杯放到电热板上加热，温度保持在160～170℃，观察烧杯内液面状况，不要蒸干，如液面过低可加入适量王水；加热大约8小时，加入2mL高氯酸，保持原温度继续加热；将溶液蒸发至近干，冷却至室温，加入2mL硫酸，加热，温度保持在170～180℃，5分钟后，沉淀及溶液均开始变为乳白色；烧杯内开始有白烟冒出时取下蒸发皿，升高温度保持在180～190℃，赶酸，将溶液蒸发至近干，沉淀为乳白色；加入0.5mL硝酸定容至10mL比色管中，贴上标签保存。用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP法)测定上述土样分析试液中Cr，Cu，Ni，Zn，Mn、Cd等重金属元素的含量。

技术发明效果分析

参考街道扬尘主要来源于地面本底尘、大气沉降的“二次烟尘”和汽车尘三部分，则楼房中大气降尘也应该主要来源于地面本底尘、大气沉降物及汽车尘三部分。其中楼房本底尘主要来源于道路扬尘和居民所携带的外来土壤尘；汽车尘主要包括经过的汽车所排放的尾气、汽车轮胎和其他零件磨损尘及车体附着尘等。大气中重金属含量如表所示。

从表1可知，Cr元素含量1层最多，9层最少；Mn元素含量3层最多，15层最少；Ni元素含量1层最多，15层最少；Cu元素含量1层最多，12层最少；Zn元素含量12层最多，3层最少；Cd元素含量12层最多，3层最少。Pb元素没有检出。与耕层土壤相比，Cr元素含量含量较少，其他金属含量均较高。个别高层重金属元素含量低于对照值。

表1云峰里不同楼层降尘重金属含量(μg/g)

楼层

元素	1	3	6	9	12	15	A
								Cr	29.59	21.28	26.26	6.087	-	13.39	27.11
Mn	374.1	430.6	336.7	304.7	387.0	274.2	344.6
								Ni	40.49	22.84	24.61	26.87	26.16	19.51	21.71

Cu	205.0	185.3	147.5	163.7	64.25	124.1	-
								Zn	541.5	480.5	699.2	779.1	1076	623.0	181.9
Cd	1.589	1.197	2.142	1.581	2.555	1.848	1.114

从表2可知，Cr元素含量3层最多，12层最少；Mn元素含量1层最多，12层最少；Ni元素含量9层最多，12层最少；Cu元素含量15层最多，12层最少；Zn元素含量9层最多，12层最少；Cd元素含量9层最多，12层最少。Pb元素没有检出。与耕层土壤相比，Cr元素含量较低，其他金属含量均较高，个别高层重金属元素含量低于对照值。

表2师北里1号楼不同楼层降尘重金属含量(μg/g)

从表3可知，Cr元素含量6层和15层没有检出，1层最多，3层最少；Mn元素含量15层最多，3层最少；Ni元素含量1层最多，3层最少；Cu元素含量9层最多，3层最少；Zn元素含量6层最多，1层最少；Cd元素含量1层最多，3层最少。Pb元素只有3层检出。与耕层土壤相比，Cr元素含量较低，其他元素含量均较高。个别高层重金属元素含量低于对照值。

表3一中心医院不同楼层降尘重金属含量(μg/g)

从表4可知，Cr元素含量6层没有检出，12层最多，1层最少；Mn元素含量12层最多，9层最少；Ni元素含量12层最多，15层最少；Cu元素含量15层最多，6层最少；Zn元素含量15层最多，9层最少；Cd元素含量15层最多，9层最少。Pb元素没有检出。与耕层土壤相比，Cr、Mn、Ni三种元素的含量均较低，其他金属含量较高。个别高层重金属元素含量低于对照值。

表4西青道5号楼不同楼层降尘重金属含量(μg/g)

从表5可知，Cr元素含量15层没有检出，12层最多，6层最少；Mn元素含量12层最多，15层最少；Ni元素含量12层最多，15层最少；Cu元素含量12层最多，3层最少；Zn元素含量9层最多，15层最少；Cd元素含量9层最多，3层最少。Pb元素3层和12层没有检出，6层最多，15层最少。与耕层土壤相比，几种金属元素的含量均较高。个别高层重金属元素含量低于对照值。

表5津塘公路169号16层高层不同楼层降尘重金属含量(μg/g)

以上五张表还显示了一个共同问题，在五栋楼中，大部分元素在高层的含量均低于在低层的含量。在表4和表5中，Cr、Mn、Ni、Cu四种元素含量要小于前三张表，因为此两栋楼处于外环线附近，其污染程度要小一些，尤其交通流量较小，由此可见，交通流量是影响污染程度的一个很重要的指标。而表5中Mn元素的含量却是最高的。Zn、Cd两种元素的含量在表4和表5中数值要大于前三张表，可见，影响锌和铬两种元素含量多少的因素除了交通流量外还有其他原因。大量的生活垃圾及装修中使用的大量的油漆都有会影响他们的含量。

监测结论

所选五栋楼中，Zn和Cd元素含量均随楼层增高而增大，虽然数据并没有呈现出依次递增或递减得到规律性，但可从数值观察到，这两种元素的含量在高层含量要比在低层高。Mn、Cr、Ni、Cu四种元素含量随楼层增高而降低，可以明显观察到，处于低层的重金属含量要高于高层的。处于外环附近的楼层其重金属含量明显低于处于中环和内环的楼层，而处于交通复杂的区域其重金属含量要高于处于相对安静的地区。同一栋楼中，居住在高层的人要比居住在低层的人所受的重金属污染少。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1、城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属的监测方法，其特征在于包括如下的步骤：

1)采样：根据道路分布情况，选取中心区道路，非中心区道路或外环周边区道路交叉口的1-15层楼房作为采样点，收集粉尘样品；其中所述的1-15层楼房采样为1、3、6、9、12、15层间隔取样；

2)样品前处理：将采集的尘土样分别自然风干，用100目的尼龙土筛过筛，收集筛下物，除去样品中的沙子，植物残骸和其他杂质；

3)样品消化与测定：分别准确称量间隔土样0.5g，加入12mL王水进行消化；用电感耦合等离子体原子发射光谱法，测定上述土样试液中Cr，Cu，Ni，Zn，Mn、Cd重金属元素的含量。

2、如权利要求1所述的监测方法，其中所述的中心区、非中心区、外环周边区道路，包括内环以里，内、中环之间，中、外环之间的主要干道及车流量相对较少的次干道，车流量较多的立交桥。

3、如权利要求1所述的监测方法，其中所述的大气降尘是指源于楼房本底尘、大气沉降物及汽车尘三部分。

4、如权利要求3所述的监测方法，其中所述的楼房本底尘主要来源于道路扬尘和居民所携带的外来土壤尘；汽车尘主要包括经过的汽车所排放的尾气、汽车轮胎和其他零件磨损尘及车体附着尘。

5、如权利要求1所述城市楼房大气降尘滞留颗粒物重金属的监测方法在测定大气降尘滞留颗粒物中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd重金属方面的应用。