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乌鲁木齐市大气中苯系物主动与被动 采样法监测对比研究 * 庞梦舟帕丽达 牙合甫高峰 新疆农业大学 草业与环境科学学院， 乌鲁木齐 830052 摘要 2012 年采暖期对乌鲁木齐市区 21 个采样点空气中的苯系物 甲苯、 乙苯、 二甲苯、 苯乙烯 进行了主动和被动监 测。结果表明 主动采样法得甲苯最大浓度为 302. 00 μg/m3， 乙苯最大浓度为 44. 00 μg/m3， 二甲苯最大浓度为 94. 00 μg/m3， 苯乙烯最大浓度为203. 00 μg/m3; 被动采样法得甲苯最大浓度为28. 62 μg/m3， 乙苯最大浓度为63. 35 μg/m 3， 二甲苯最大浓度为 133. 74 μg/m3， 苯乙烯最大浓度为 31. 68 μg/m3。被动采样法的数据是一个月的平均浓度， 能更客 观的反映采样点的污染情况， 推荐在大范围采样时采用; 主动采样法是瞬时浓度， 虽数值较大， 但与被动法有一定的相 关性， 也能在一定程度上反映采样点的污染情况。 关键词 乌鲁木齐; 主动法; 被动法; 苯系物 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201408031 THE COMPAＲATIVE STUDY ON ACTIVE SAMPLING AND PASSIVE SAMPLING OF MONITOＲING BTEX IN UＲUMQI Pang MengzhouParida YakupGao Feng College of Grassland and Environment Sciences，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China AbstractIn order to study the levels of BTEX of Urumqi， use active sampling and passive sampling were used to monitor BTEX methylbenzene， dimethylbenzene， ethylbenzene， phenylethylenefrom 21 sites on the main traffic line of Urumqi during heating period in 2012． By active sampling the max density of methylbenzene was 302. 00 μg/m3， dimethylbenzene was 94. 00 μg/m3， 44. 00 μg/m3for ethylbenzene and 203. 00 μg/m3 for phenylethylene． By passive sampling the max density of methylbenzene was 28. 62 μg/m3，dimethylbenzene was 133. 74 μg/m3， 63. 35 μg/m3for ethylbenzene and 31. 68 μg/m3for phenylethylene． The data of passive sampling was average value of 1 month monitoring， which objectively reflected the pollutant of the site，and recommended for sampling in a wide range． The data of active sampling was the instantaneous concentration， though it was higher than passive sampling，yet active sampling had a correlation to passive sampling，which could also reveal the pollutant density of sampling point． KeywordsUrumqi;active sampling;passive sampling;BTEX * 国家自然科学基金 21167017 ; 乌鲁木齐市科技局资金资助项目 Y111310008 ; 新疆维吾尔自治区高校科研计划重点项目资金资助项 目 XJEDU2010119 。 收稿日期 2013 －09 －27 0引言 随着中国经济的快速发展以及对西部建设力度 的加大， 乌鲁木齐市正在建设成中亚地区最有影响力 的城市。伴随而来的快速工业化、 城市化， 使得大气 中的苯系物 BTEX 浓度在不断增加， 给人们的生命 健康带来严重的威胁［1- 5 ］。 近年来， 大气中苯系物的污染研究已成为国内外 学者关注的焦点。例如我国学者王宇亮［6- 7 ］研究了北 京市污染水平和污染特征; 张俊刚 ［8 ］等研究对北京 市工作日和非工作日苯系物浓度进行了研究， 结果发 现非工作日因为机动车数量使用的减少使苯系物浓 度低于工作日; 罗晓璐 ［9 ］等研究了杭州市空气中苯 系物的污染现状; 苗欣 ［10 ］等研究了南京市交通干线 附近挥发性有机物的污染水平; 国外学者 Beyhan 131 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment Pekey［11 ］等用被动采样 Passive sampling 的方法监 测了土耳其工业城市的挥发性有机物 TVOCs 的污 染趋势; Debora Perez- Ｒial［12 ］等通过一年的研究分析 苯系物污染对大西洋地区的影响情况。 苯系物的采样方法以主动采样法和被动采样法 为主。多数研究者选取其中一种方法进行分析， 将两 种采样方法同时应用对比分析的较少见。本文首次 同时使用两种采样法对乌鲁木齐大区域空气中苯系 物进行采样， 通过分析两种方法所得数据的差异性， 并分析两种方法的优缺点， 以期为乌鲁木齐市今后的 大气监测与治理提供一定参考意见。 1实验部分 1. 1采样仪器设备与材料 仪器 主动采样器 TMP- 1500A 、 碳管、 被动采样 器 Analyst 分析家 、 全自动电子天平 FA2004 、 气 相色谱 － 质谱联用仪 Agilent5975 、 恒温水浴振荡器 SH- 82 ; 2 mL 注射器、 5 μL 微量注射器。 药品 苯、 二甲苯、 乙苯、 苯乙烯、 二硫化碳， 以上 均为分析纯。 1. 2分析方法 将采集回来的样品经二硫化碳解析后， 用气象色 谱 － 质谱联用仪器测定各苯系物的浓度。 样品在酸性条件 H2SO4， pH ＜2 下用 CS2萃取 2 h 以上， 最低检出质量浓度为 0. 05 mg/L， 测定范围 为 0. 05 ～12. 00 mg/L。色谱条件 色谱柱， HP- 1 交 联甲基聚硅氧烷30 m 0. 132 mm 0. 125 μm; 柱 温 40 ℃保持 3 min， 10 ℃ /min 升温至 130 ℃， 保持 2 min; 进样口温度， 200 ℃; 检测器温度， 150 ℃， 柱头 压， 4 619 kPa。回收率为 91 ～98。 1. 3采样方法 1. 3. 1主动采样法 在乌鲁木齐建成区域范围内确定采样点 21 个， 这些点覆盖乌鲁木齐主要交通线和人口分布区域。 各采样点采样器距地面 1. 5 ～ 2 m， 用小砂轮划开活 性炭管， 两端孔径至少 2 mm， 用塑料软管与空气采样 器入口连接， 以 0. 2 L/min 的速度抽取空气， 历时 50 min。采样结束将炭管的两端套上塑料帽， 并记录 采样时的温度并妥善保管活性碳管。 1. 3. 2被动采样法 同样在上述 21 个采样点离地面 3 ～ 5 m， 离墙 面 0. 5 ～1 m 处悬挂采样架， 并将采样器放置于采 样架中， 记录下悬挂时间和采样点地理信息坐标并 编号， 监测时间为 1 个月， 采样点周围无低矮面源 和大面积树木， 有 270的自由空间， 与建筑物夹角 大于 30。 1. 4采样点设计与布置 采样点设计与布置见表 1。 表 1采样点编号及名称 Table 1The name and number of sampling points 点序号采样点位置点序号采样点位置 1新航机场12西北路 海龙泉酒店 2安宁渠路13西虹西路 得锦花园 3辽源街14南湖东路 南湖花苑 4喀什西路15西环南大路 5北京北路16仓房沟中路 6喀什东路17河滩南路三桥下 7米东南路 德诚汽配前18新疆大学 新大门口 8米东南路 治安岗亭前19延安路 吉利商务前 9阿尔泰路 国泰大饭店20花儿街路口 10苏州街与河滩路交叉口21中湾路 南二十八巷路牌下 11克西路 新建公司 2结果与讨论 2. 1主动法与被动法浓度比较 采用主动法与被动法测得的结果对比情况见图1。 从 图 1a 可 知主 动 法 甲 苯 浓 度 在 232.00 ～ 302.00 μg/m3， 平均浓度为257.50 μg/m3; 被动法甲苯浓 度在6.65 ～28.62 μg/m3， 平均浓度11.60 μg/m3。两种 方法所得数据的趋势有一定的相似性， 例如 14、 15、 16、 17、 18、 19 这6 个采样点数据所呈现的趋势十分相似。 从图 1b 可 知 主 动 法 乙 苯 浓 度 在 10. 00 ～ 44. 00 μg/m3， 平均浓度为 23. 60 μg/m3; 被动法乙苯 浓度在 3. 32 ～ 63. 35 μg/m3， 平均浓度为 13. 40 μg/ m3。被动动法 16、 17、 19 三个采样点的浓度特别高， 分析原因是这三个点分别处于仓房沟中路、 河滩南 路、 延安路三条交通量大， 地势相对周围较低的交通 要道， 这些区域汽车尾气聚集难以消散， 经过长时间 的采样器吸附所造成污染物浓度高。 从图 1c 可知 主动法二甲苯浓度在 69. 00 ～ 94. 00 μg/m3， 平均浓度为 77. 80 μg/m3; 被动法二甲 苯浓度在 7.00 ～133.74 μg/m3， 平均浓度为 28.20 μg/ m3。主动采样法浓度波动范围小， 最高浓度与最低 浓度之间只有 25. 00 μg/m3的浓度差， 而被动法浓度 波动范围大， 最大值与最小值之间有 126. 00 μg/m3 左右的浓度差， 被动法更能体现出同一污染物在不同 区域里的污染水平。 从图 1d 可知 主动法苯乙烯浓度在 187. 00 ～ 231 环境工程 Environmental Engineering 203. 00 μg/m3， 平均浓度为 193. 00 μg/m3; 被动法苯 乙烯浓度在 1.84 ～31.68 μg/m3， 平均浓度为 6.70 μg/ m3。主动法和被动法曲线整体相对平缓， 没有峰值 出现， 但被动法的最高值比最低值高出约 30. 00 μg/ m3， 原因为最高值所在 17 号点为河滩南路， 最低值 所在 2 号点为安宁渠路， 安宁渠位于乌市城市外围， 车流量小， 人们行为活动少， 相比于河滩南路， 2 号点 污染会远远小于 17 号点。 图 1主动采样与被动采样法的浓度比较 Fig． 1Monitoring results camparison of active sampling and passive sampling 通过表 2 可以得到 主动法与被动法所得数据有 相关性， 其 P 值都小于 1， 则主动法、 被动法数据具 有显著相关性， 可以作为实验数据进行分析。图 2 为 主动采样法与被动采样法的比较结果， 前者 4 种污染 物平均浓度都远大于后者， 原因分析为如下几点 1 采样地点位于交通要道沿线， 主动法在相对较短的时 间内采集数据只能代表这一时间段的污染物浓度; 2 主动采样法相对被动采样法， 精确度较低， 不能反 映某一区域长时间的浓度变化。 2. 2主动法与被动法浓度曲线相关性分析 通过分析 21 个采样点的主动法和被动法的苯系 物浓度， 可以得出其浓度曲线， 通过比较其曲线的相 关性， 可以得出它们是否具有相关性。 从表 3 可知 主动采样法和被动采样法采集的甲 苯、 二甲苯、 苯乙烯的浓度在 0. 05 水平上呈现显著相 表 2主动采样法与被动采样法浓度比较 Table 2Monitoring results comparison of passive sampling and active sampling in density P 0. 05μg/m3 项目甲苯乙苯二甲苯苯乙烯 主动法257. 5 18. 223. 6 7. 877. 8 6. 3193. 0 4. 0 被动法11. 6 5. 513. 4 5. 228. 2 32. 26. 7 7. 6 F88. 5416. 0716. 0415. 50 P＜0. 001＜0. 001＜0. 001＜0. 001 关性， 乙苯的浓度在 0. 1 水平上显著相关。由此可知 主动采样法虽然采样时间短， 采集样品浓度的精准度 不及被动采样法， 但与被动采样法的浓度有一定的相 关性， 在采样时间紧迫的情况下能够反映出该地区污 染物浓度的高低情况。 2. 3主动法与被动法浓度组成分析 污染物为甲苯、 乙苯、 二甲苯、 苯乙烯， 通过分析 331 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 图 2主动采样法与被动采样法的浓度变化 平均值 标准误 Fig．2The change in density of active sampling and passive sampling Mean SE，n 21 表 3主动法与被动法甲苯、 乙苯、 二甲苯、 苯乙烯浓度 曲线相关性 P ＜0. 05 Table 3The toluene， ethylbenzene， styrene and xylene concentration curve correlation P ＜0. 05by active and passive 项目甲苯乙苯二甲苯苯乙烯 F0. 521*0. 570＊ ＊0. 456*0. 547* P0. 0150. 0070. 0380. 01 注 * 表示在0.05 水平上显著相关; ＊ ＊ 表示在0.1 水平上显著相关。 主动法和被动法所测出各组分所占的百分数来比较 二者间的差异性。 主动采样法与被动采样法各组分浓度相关性极 不显著 F － 0. 498， P 0. 502 ＞ 0. 05 。主动法中 浓度最大为甲苯 46. 43 和苯乙烯 35. 12 ， 而 被动 法 中 浓 度 最 大 的 为 二 甲 47. 07和 乙 苯 22. 30 ， 两种方法在检出污染物浓度方面有较大 的差异性其原因分析为主动采样法采样时间短， 只能 检测出采样时间段的污染物浓度， 而这个浓度与被动 采样法一个月的采样时间所得出的浓度相比， 其代表 性不强， 所以在大范围长周期的大气采样中， 被动采 样法更加适合 见图 3 。 图 3主动法与被动法测得污染物的各组分浓度 Fig．3The pollutants concentration of each component by active and passive sampling 2. 4主动法与被动法数据与其他城市对比分析 由表 4 可以得出， 那不勒斯苯系物的浓度最高， 其次为乌鲁木齐主动法测得的浓度。但是那不勒斯 的监测地点在隧道内， 由于隧道内车流量大且四周密 闭， 苯系物浓度自然会较大， 而主动法的监测点为乌 市大区域， 其苯系物浓度理应低于隧道内浓度。被动 采样法苯系物浓度最低， 其原因分析为 被动法的数 据为多个采样点的大区域平均浓度， 其采样点不仅有 交通沿线也有居民区和商业区， 其浓度自然会小于交 通沿线的苯系物浓度。因此在大区域的大气污染物 监测中， 为保证数据的准确性， 推荐选择被动采样法。 表 4不同城市的苯系物浓度比较 Table 4Comparison of BTEX concentration in different citiesμg/m3 城市名称甲苯二甲苯总和检测地点 乌鲁木齐257. 5*77. 8*335. 3*大区域平均浓度 11. 628. 239. 8大区域平均浓度 广州［13 ］ 61. 323. 484. 7交通主干道 上海［14 ］ 55. 624. 480. 0交通主干道 北京［15 ］ 66. 527. 794. 2交通路口 南京［16 ］38. 233. 571. 7交通干道 杭州［17 ］ 90. 830. 1120. 9车厢内 那不勒斯［18 ］ 180. 6208. 9389. 5隧道内 注 * 表示乌鲁木齐市主动采样法所得浓度。 3结论与建议 通过对乌鲁木齐市 21 个采样点的主动法和被动 法获得数据的浓度相关性分析、 不同污染物浓度曲线 分析、 不同污染物浓度组分分析以及两种方法所测浓 度与其他城市比较， 可以得出以下结论 1 被动法所得数据更为准确、 更有代表性， 更能 反映出大区域大气的污染情况， 在大区域大气采样时 推荐采用。 2 主动采样法虽然采集数据没有被动法精准， 但由于其所测数据与被动法有一定的相关性， 在一定 程度上能反映该区域污染情况; 加之其采样方便， 所 需时间少， 在时间较短对数据准确性要求不是很高的 情况下可以采用。 3 汽车尾气对苯系物浓度贡献很大。17、 16 两 个采样点 4 种污染物浓度都居于第一和第二， 分析其 原因为这两个点位于河滩南路和仓房沟中路， 这两条 道路都是乌市交通要道， 地势相对较低且车流量大， 汽车尾气聚集难以降低， 造成这两点污染物浓度高。 4 尽快建立我国自己的室外空气苯系物浓度标 准。国外已有相关标准例如 EPQAS The Expert Panel 下转第 142 页 431 环境工程 Environmental Engineering 短信或电话通知。 事故恢复监测模块对环境敏感点的监测数据进 行持续监控分析， 在事故处理后的几周要记录跟踪监 测点的污染物浓度是否符合标准， 恢复正常， 完成跟 踪监测。对此次事故的整个应急监测过程中的应急 监测报告、 应急响应程序、 现场处理过程、 现场防护措 施、 监测仪器设备使用等情况进行应急监测分析评 价， 并形成报告书。 4总结 云计算是一种基于网格计算发展起来的新兴计 算模型，具有存储量大、 计算能力强、 运行稳定、 灵活 性好、 成本低廉等优点。基于云计算设计架构应急监 测系统， 使应急监测技术进入一个新的信息化阶段。 本文提出了基于云计算平台的新型应急监测系统， 包 括云存储模块、 云计算分析模块、 消息通告模块、 事故 恢复监测模块。当突发性事故发生时， 该系统可以快 速响应， 生成应急监测方案; 并且根据事故现场采集 的数据， 实时更新系统， 使指挥中心高效、 快速地采取 预防、 应急措施，从而形成一套科学的突发性事故管 理体系。云计算采用的虚拟化技术、 分布式存储、 动 态资源池管理， 给应急监测系统提供更加便捷、 安全、 开放的计算服务与数据存储。云技术正处于实际应 用的初级阶段， 有一些安全隐患和技术缺陷， 但随着 对云技术的深入研究， 基于云技术的信息管理系统将 会越来越多地投入实践。 参考文献 ［1］刘铁民，李湖生，邓云峰． 突发公共事件应急信息系统平站结 合［J］． 中国安全科学学报， 2005， 1 5 3- 7. ［2］Zhu Yichun，Du Maoan． An emergency monitoring about sudden water pollutionaccidentindrinkingwatersources ［C］ ∥ Proceedings of 2010 IEEE International Conference on Emergency Management and Management Sciences， 2010. ［3］王明贤，陈英，张先宝，等． 突发性大气环境污染事故应急监 测布点研究［J］． 中国环境监测， 2007， 23 4 9- 12. ［4］陈文君，陈锁忠，都娥娥，等． 突发性大气污染事故应急监测 系统的设计与开发［J］． 地球信息科学学报，2011， 13 1 65- 72. ［5］王佳隽，吕智慧，吴杰，等． 云计算技术发展分析及其应用探 讨［J］． 计算机工程与设计， 2010， 31 20 4404- 4409. ［6］罗军舟，金嘉晖，宋爱波，等． 云计算 体系架构与关键技术 ［J］． 通信学报， 2011， 32 7 3- 21. ［7］刘玉其． 六成 CIO 看好云计算 云时代谁领风骚［EB/OL］． http / /www． cnii． com．2012 －10 －03. ［8］任钢，王国栋． 云计算架构下的安全生产应急预测预警系统 的设计和应用［J］． 软件工程， 2012， 33 7 1- 4． 第一作者 王明贤 1963 － ， 男， 硕士， 副教授， 研究方向为环境信息 技术。 通讯作者 刘敬平。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 jingpingliuu163． com 上接第 134 页 On Air Quality Standards ， 希望国内苯系物污染得到 有关专家的关注， 尽快建立相关标准。 参考文献 ［1］徐宏伟， 侯淑媛． 苯及苯系物接触人员白细胞减少影响因素分 析［J］． 职业卫生与应急救援， 2007， 25 3 129- 131. ［2］李凤苏． 苯及苯系物对作业人员健康状况的影响［J］． 职业与 健康， 2008， 24 17 1760- 1762. ［3］査建溪， 林惠芳， 张巧红， 等． 低浓度苯系物对作业工人的健康 影响［J］． 职业与健康， 2010， 26 16 1828- 1829. ［4］杨磊， 易桂林． 我国劳动卫生标准接触限值的研究进展和问题 ［J］． 中华劳动卫生职业病杂志， 2003， 21 4 317- 319. ［5］GB Z22002 工作场所有害因素职业接触限值［ S］ ． ［6］王宇亮， 张玉洁， 刘俊峰， 等． 2009 年北京市苯系物污染水平和 变化特征［J］． 环境化学， 2011， 30 2 412- 417. ［7］王宇亮． 北京市苯系物污染水平和变化特征［ D］ ． 北京 北京林 业大学， 2010. ［8］张俊刚， 王跃思， 吴方堃， 等． 北京市大气中 BTEX 工作日与非 工作日的浓度变化［ J］ ． 环境化学， 2009， 28 1 112- 116. ［9］罗晓璐， 沈学优． 杭州市城市空气中苯系物的污染现状及来源 解析［J］． 浙江大学学报． 理学版， 2003， 30 5 570- 573. ［ 10］苗欣， 孙成， 王禹， 等． 南京市交通干道大气环境中挥发性有机 物的研究［J］． 环境保护科学， 2003， 29 5 6- 9. ［ 11］Beyhan Pekey， Hande Yilmaz．The use of passive sampling to monitor spatial trends of volatile organic compoundsVOCsat an industrialcity of Turkey［J］． Microchemical Journal， 2011， 97 213- 219. ［ 12］Debora Perez- Ｒial， Purificacion Lopez- Maha，Soledad Muniategui- Lorenzo， et al． Temporal distribution behaviour and reactivities of BTEX compounds in a suburban Atlantic area during a year［J］． Journal of Environmental Monitoring， 2009 11 1216- 1225. ［ 13］叶丛雷， 谢品华， 秦敏， 等． 广州市交通主干道空气中苯系物的 测量［J］． 环境科学， 2012， 33 11 3718- 3724. ［ 14］张爱东， 郭明明， 修光利， 等． 上海市交通干道空气中苯系物冬 季污染特征初探［J］． 上海环境科学， 2005， 24 3 119- 123. ［ 15］陆思华， 白郁华， 宽运， 等． 北京市机动车排放挥发性有机化合 物的特征［J］． 中国环境科学， 2003， 23 2 127- 130. ［ 16］苗欣， 孙成， 王禹， 等． 南京市交通干道大气环境中挥发性有机 物的研究［J］． 环境保护科学， 2003， 29 5 6- 9. ［ 17］罗晓璐， 沈学优． 杭州市城市空气中苯系物的污染现状及来源 解析［J］． 浙江大学学报． 理学版， 2003， 30 5 570- 573. ［ 18］Murena F． Air quality nearby road traffic tunnel portalsBTEX monitoring［J］． Journal of Environmental Sciences， 2007， 19 5 578 －583. 第一作者 庞梦舟 1989 － ， 男， 硕士研究生， 主要从事大气污染与防 治相关研究。pangmengzhou88126． com 通讯作者 帕丽达 牙合甫 1968 － ， 博士， 副教授， 主要研究领域为大 气污染防治与应用化学。paridayakup163． com 241 环境工程 Environmental Engineering