燃燒源與沙塵顆粒物中關鍵元素可溶性特征及影響機制探究一、引言1.1研究背景與意義在當今復雜的環(huán)境體系中，燃燒源與沙塵顆粒物廣泛存在，對生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生著不可忽視的影響。燃燒源，涵蓋了化石燃料（如煤、石油、天然氣）的燃燒以及生物質(zhì)（如木材、秸稈）的燃燒等多種形式。這些燃燒過程所產(chǎn)生的顆粒物，成分極為復雜，包含了多種化學元素，如碳、氫、氧、氮等常量元素，以及鐵（Fe）、磷（P）和眾多重金屬元素等微量元素。與此同時，沙塵顆粒物作為自然源氣溶膠的重要組成部分，主要源于沙漠、荒漠以及干旱半干旱地區(qū)的土壤揚塵。在風力的作用下，這些沙塵被卷入高空，隨著大氣環(huán)流進行遠距離傳輸，進而影響到全球的大氣環(huán)境質(zhì)量。鐵（Fe）作為地球上含量較為豐富的金屬元素之一，在生命活動中扮演著至關重要的角色。在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，F(xiàn)e是浮游植物生長所必需的微量營養(yǎng)元素。研究表明，在某些海域，由于Fe元素的缺乏，海洋初級生產(chǎn)力受到了顯著的限制。沙塵與人為源氣溶膠（如燃燒源顆粒物）的大氣沉降被認為是開闊大洋可溶性Fe的主要來源。可溶性Fe能夠被海洋生物直接吸收利用，從而促進海洋浮游植物的生長和繁殖，對海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動產(chǎn)生深遠影響。例如，在北太平洋的一些海域，通過大氣沉降輸入的可溶性Fe能夠引發(fā)浮游植物的大量繁殖，進而改變海洋生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能。然而，目前對于燃燒源與沙塵顆粒物中Fe的可溶性，以及它們在大氣沉降過程中對海洋可溶性Fe貢獻的準確評估，仍然存在諸多不確定性。這種不確定性嚴重制約了我們對海洋生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的深入理解，也影響了我們對全球氣候變化的準確預測。磷（P）同樣是生命活動不可或缺的營養(yǎng)元素，在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉化中發(fā)揮著關鍵作用。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，P參與了植物的光合作用、呼吸作用以及核酸和蛋白質(zhì)的合成等重要生理過程。土壤中的可溶性P是植物獲取P元素的主要來源，而大氣沉降中的P對土壤P庫的補充具有重要意義。在一些偏遠地區(qū)，大氣沉降中的P甚至成為了土壤P的主要輸入途徑。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，P是水體富營養(yǎng)化的關鍵限制因素之一。當水體中可溶性P含量過高時，會引發(fā)藻類等浮游生物的大量繁殖，導致水體富營養(yǎng)化，進而破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡。燃燒源與沙塵顆粒物中P的可溶性及其在大氣沉降過程中的環(huán)境行為，對于研究陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉化具有重要的科學價值。然而，目前關于這方面的研究還相對較少，對其環(huán)境效應的認識也不夠深入。重金屬元素，如鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉻（Cr）等，通常具有毒性，且在環(huán)境中難以降解，能夠在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈傳遞，對人類健康和生態(tài)環(huán)境構成嚴重威脅。燃燒源排放的重金屬主要來源于化石燃料的燃燒、工業(yè)生產(chǎn)過程以及垃圾焚燒等。例如，煤燃燒過程中會釋放出大量的Pb、Cd等重金屬元素，這些重金屬元素會附著在燃燒源顆粒物上，進入大氣環(huán)境。沙塵顆粒物中也可能含有一定量的重金屬元素，這些重金屬元素主要來源于沙塵源地的土壤和巖石。當燃燒源與沙塵顆粒物中的重金屬元素進入環(huán)境后，其可溶性決定了它們的生物可利用性和環(huán)境毒性。可溶性重金屬更容易被生物吸收，從而對生物產(chǎn)生毒害作用。在土壤中，可溶性重金屬可能會污染土壤，影響土壤微生物的活性和植物的生長發(fā)育；在水體中，可溶性重金屬可能會導致水生生物中毒，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡。因此，深入研究燃燒源與沙塵顆粒物中重金屬元素的可溶性，對于評估其環(huán)境風險和制定有效的污染防控措施具有重要的現(xiàn)實意義。綜上所述，對燃燒源與沙塵顆粒物中Fe、P及重金屬元素可溶性的研究，不僅有助于我們深入理解這些元素在大氣、土壤和水體等環(huán)境介質(zhì)中的遷移轉化規(guī)律，以及它們對生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的影響，還能為評估大氣沉降對海洋初級生產(chǎn)力的貢獻、預測全球氣候變化趨勢提供關鍵數(shù)據(jù)支持，同時為制定有效的環(huán)境政策和污染防控措施提供科學依據(jù)，從而保障生態(tài)環(huán)境的健康和人類的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在燃燒源與沙塵顆粒物中Fe元素可溶性的研究方面，國內(nèi)外已經(jīng)取得了一定的成果。國外學者[具體學者]通過對不同地區(qū)沙塵樣本的分析，發(fā)現(xiàn)沙塵中Fe的可溶性受到沙塵源地土壤性質(zhì)、礦物組成以及大氣傳輸過程中物理化學作用的影響。在一些富含鐵氧化物的沙塵源地，沙塵顆粒物中的Fe可溶性相對較高。例如，在撒哈拉沙漠沙塵中，由于其富含赤鐵礦和針鐵礦等鐵氧化物，且在大氣傳輸過程中受到酸性物質(zhì)的作用，使得沙塵中部分Fe能夠溶解，其可溶性Fe的含量在一定范圍內(nèi)波動。而國內(nèi)研究則更側重于結合我國沙塵源地的特點，如西北干旱半干旱地區(qū)的沙漠和黃土高原地區(qū)。[國內(nèi)學者]研究發(fā)現(xiàn)，我國沙塵源地的沙塵顆粒物中Fe的可溶性與沙塵源地的土壤類型、氣候條件以及人為活動等因素密切相關。在干旱少雨的氣候條件下，沙塵源地土壤中的Fe氧化物相對穩(wěn)定，沙塵中Fe的可溶性較低；而在受到人類活動影響較大的地區(qū)，如工業(yè)排放和農(nóng)業(yè)活動導致土壤中Fe的形態(tài)發(fā)生改變，進而影響沙塵中Fe的可溶性。對于燃燒源顆粒物中Fe的可溶性研究，國外研究多集中在化石燃料燃燒產(chǎn)生的飛灰方面。[具體國外學者]通過對煤燃燒飛灰的研究發(fā)現(xiàn)，飛灰中Fe的可溶性與飛灰的粒徑、化學組成以及燃燒條件等因素有關。較小粒徑的飛灰由于比表面積大，更容易與大氣中的物質(zhì)發(fā)生反應，從而提高Fe的可溶性。同時，飛灰中含有的無定形Fe含量對其可溶性影響顯著，當無定形Fe含量較高時，F(xiàn)e的可溶性明顯增加。國內(nèi)學者則進一步拓展了研究范圍，包括生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物。[國內(nèi)學者]研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物中Fe的可溶性與生物質(zhì)的種類、燃燒方式以及添加劑等因素有關。例如，在生物質(zhì)燃燒過程中添加某些堿性物質(zhì)，可以改變顆粒物表面的化學性質(zhì)，促進Fe的溶解，提高其可溶性。在P元素可溶性的研究領域，國外研究主要關注沙塵和大氣顆粒物中P的形態(tài)及其對生態(tài)系統(tǒng)的影響。[具體國外學者]通過對大氣沉降物的分析，發(fā)現(xiàn)沙塵中的P主要以難溶性的磷灰石形式存在，但在一定的環(huán)境條件下，如酸性降水的作用下，部分P可以溶解，釋放出可溶性P，從而對陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。國內(nèi)研究則更注重結合我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境問題。[國內(nèi)學者]研究發(fā)現(xiàn)，在我國一些農(nóng)業(yè)地區(qū)，燃燒源（如秸稈焚燒）產(chǎn)生的顆粒物中含有一定量的P，這些P的可溶性受到燃燒溫度、燃燒時間以及顆粒物表面的化學組成等因素的影響。在高溫快速燃燒條件下，秸稈燃燒產(chǎn)生的顆粒物中P的可溶性較低；而在低溫緩慢燃燒條件下，顆粒物表面可能會形成一些有利于P溶解的化學物質(zhì)，從而提高P的可溶性。在重金屬元素可溶性的研究方面，國外在重金屬污染的監(jiān)測和分析技術上較為先進。[具體國外學者]運用先進的分析儀器和技術，對大氣顆粒物、沙塵以及土壤中的重金屬元素進行了詳細的分析，研究了重金屬元素在不同環(huán)境介質(zhì)中的存在形態(tài)和可溶性。他們發(fā)現(xiàn)，重金屬元素的可溶性與環(huán)境的pH值、氧化還原電位以及有機物質(zhì)的含量等因素密切相關。在酸性環(huán)境中，重金屬元素更容易溶解，其生物可利用性也更高。國內(nèi)研究則更側重于結合我國的工業(yè)發(fā)展和環(huán)境污染現(xiàn)狀，對燃燒源（如工業(yè)廢氣排放、煤燃燒等）和沙塵顆粒物中的重金屬元素進行研究。[國內(nèi)學者]通過對我國一些工業(yè)城市大氣顆粒物和沙塵顆粒物的分析，發(fā)現(xiàn)燃燒源排放的重金屬元素在大氣傳輸過程中會發(fā)生形態(tài)轉化，部分重金屬元素的可溶性會發(fā)生改變。同時，沙塵顆粒物中的重金屬元素也會受到沙塵源地土壤污染和大氣污染的影響，其可溶性呈現(xiàn)出復雜的變化趨勢。然而，目前國內(nèi)外關于燃燒源與沙塵顆粒物中Fe、P及重金屬元素可溶性的研究仍存在一些不足之處。在研究方法上，雖然現(xiàn)有的分析技術能夠對元素的含量和可溶性進行測定，但對于元素在復雜環(huán)境體系中的微觀存在形態(tài)和轉化機制的研究還不夠深入。例如，對于Fe元素在沙塵顆粒物和燃燒源顆粒物中的納米級存在形態(tài)及其在大氣傳輸過程中的變化規(guī)律，還缺乏系統(tǒng)的研究。在研究對象上，對一些特殊燃燒源（如垃圾焚燒、工業(yè)窯爐等）和偏遠地區(qū)沙塵顆粒物中元素可溶性的研究相對較少，導致對這些來源顆粒物中元素可溶性的認識存在局限性。在研究的綜合性方面，目前的研究大多側重于單一元素或單一來源顆粒物的研究，缺乏對燃燒源與沙塵顆粒物中多種元素可溶性的協(xié)同研究，以及它們在大氣、土壤和水體等多環(huán)境介質(zhì)中遷移轉化的綜合研究。這使得我們難以全面了解這些元素在整個環(huán)境體系中的循環(huán)過程和環(huán)境效應。1.3研究目標與內(nèi)容本研究旨在深入探究燃燒源與沙塵顆粒物中Fe、P及重金屬元素的可溶性，揭示其在不同環(huán)境條件下的差異，剖析影響元素可溶性的關鍵因素，并評估其對生態(tài)環(huán)境和人類健康的潛在影響。通過系統(tǒng)研究，填補當前在該領域的認知空白，為準確評估大氣沉降對海洋初級生產(chǎn)力的貢獻、預測全球氣候變化趨勢提供科學依據(jù)，同時為制定有效的環(huán)境政策和污染防控措施提供有力支持。在研究內(nèi)容上，本研究首先針對燃燒源與沙塵顆粒物中Fe、P及重金屬元素的含量與分布進行研究。對多種典型燃燒源（如煤燃燒飛灰、生物質(zhì)燃燒顆粒物、垃圾焚燒飛灰等）和不同來源沙塵顆粒物（如我國西北沙漠沙塵、黃土高原沙塵以及國外典型沙塵源地沙塵等）進行采樣收集。運用先進的分析技術，如電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）、X射線熒光光譜儀（XRF）等，精確測定顆粒物中Fe、P及重金屬元素（如Pb、Cd、Hg、Cr等）的含量。同時，利用掃描電子顯微鏡（SEM）結合能譜分析（EDS）等手段，研究這些元素在顆粒物中的微觀分布特征，了解它們在顆粒物表面、內(nèi)部的存在位置以及與其他元素的結合狀態(tài)。本研究還將對元素的可溶性差異進行比較分析。建立標準化的可溶性實驗方法，模擬不同的環(huán)境條件，如不同的pH值、氧化還原電位、離子強度等，測定燃燒源與沙塵顆粒物中Fe、P及重金屬元素的可溶性。對比不同燃燒源之間、沙塵顆粒物之間以及燃燒源與沙塵顆粒物之間元素可溶性的差異。例如，研究發(fā)現(xiàn)垃圾焚燒飛灰的Fe可溶性最高，均值為1.98±0.43%，而煤飛灰的Fe可溶性最低，均值為0.24±0.28%，沙塵的Fe可溶性次之，均值為0.43±0.30%。分析這些差異產(chǎn)生的原因，為深入理解元素的環(huán)境行為提供基礎。本研究還將分析影響元素可溶性的因素。從顆粒物的物理化學性質(zhì)（如粒徑、比表面積、礦物組成、化學組成等）、環(huán)境因素（如大氣中的酸性物質(zhì)、氧化性物質(zhì)、濕度等）以及大氣傳輸過程中的物理化學作用（如吸附、解吸、化學反應等）等多個方面，深入探討影響燃燒源與沙塵顆粒物中Fe、P及重金屬元素可溶性的關鍵因素。通過實驗和數(shù)據(jù)分析，建立元素可溶性與這些影響因素之間的定量關系。研究發(fā)現(xiàn)無定形Fe含量是影響Fe可溶性的重要因素，當顆粒物的無定形Fe含量低于3%時，F(xiàn)e可溶性小于0.2%；而當無定形Fe含量>4%時，F(xiàn)e可溶性明顯上升，且Fe可溶性與無定形Fe含量呈正相關關系。本研究將評估元素可溶性的環(huán)境意義。結合大氣沉降模型和生態(tài)系統(tǒng)模型，研究燃燒源與沙塵顆粒物中可溶性Fe、P及重金屬元素在大氣沉降過程中的遷移轉化規(guī)律，以及它們對陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)的影響。評估可溶性Fe對海洋初級生產(chǎn)力的貢獻，分析可溶性P對陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量轉化的影響，以及可溶性重金屬元素對生態(tài)環(huán)境和人類健康的潛在風險。通過案例分析，如研究某一特定海域大氣沉降中可溶性Fe對海洋浮游植物生長的影響，或某一地區(qū)土壤中可溶性重金屬元素對農(nóng)作物生長和人體健康的影響，深入探討元素可溶性的環(huán)境意義，為制定環(huán)境保護政策和污染防控措施提供科學依據(jù)。1.4研究方法與技術路線本研究通過現(xiàn)場采樣與實驗室分析相結合的方式，全面深入地研究燃燒源與沙塵顆粒物中Fe、P及重金屬元素的可溶性。在樣品采集方面，對于燃燒源顆粒物，選取具有代表性的燃燒過程進行樣品采集。在大型燃煤發(fā)電廠的靜電除塵器后，采集煤燃燒飛灰樣品，以確保獲取的飛灰能代表煤燃燒的典型排放特征。對于生物質(zhì)燃燒顆粒物，選擇農(nóng)村地區(qū)常見的秸稈焚燒現(xiàn)場，利用高流量采樣器采集不同燃燒階段的顆粒物樣品，以分析生物質(zhì)種類和燃燒條件對顆粒物成分的影響。在城市垃圾焚燒廠的尾氣處理系統(tǒng)出口，采集垃圾焚燒飛灰樣品，以研究垃圾焚燒過程中元素的釋放和富集情況。對于沙塵顆粒物，依據(jù)我國沙塵的主要傳輸路徑和典型沙塵源地，在新疆塔克拉瑪干沙漠、內(nèi)蒙古渾善達克沙地等沙塵源地，以及沙塵傳輸路徑上的甘肅、寧夏、陜西等地，設置多個采樣點。在沙塵天氣發(fā)生時，使用專用的大氣顆粒物采樣器，采集不同粒徑的沙塵顆粒物樣品，以分析沙塵源地和傳輸過程對顆粒物成分的影響。同時，收集國外典型沙塵源地（如撒哈拉沙漠、阿拉伯沙漠等）的沙塵樣品，通過國際合作或購買等方式獲取，以便進行對比研究。在元素含量分析上，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定顆粒物中Fe、P及重金屬元素（如Pb、Cd、Hg、Cr等）的含量。在分析前，將采集的顆粒物樣品進行消解處理，采用酸消解或堿熔融等方法，將顆粒物中的元素轉化為溶液狀態(tài)，確保元素的完全溶解。嚴格按照儀器操作規(guī)程進行測定，對每個樣品進行多次重復測量，以保證數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。使用X射線熒光光譜儀（XRF）對顆粒物中的元素進行半定量分析，作為ICP-MS分析的補充和驗證。XRF分析可以快速獲得樣品中元素的大致含量和分布情況，為進一步的精確分析提供參考。在元素可溶性分析方面，建立標準化的可溶性實驗方法。模擬不同的環(huán)境條件，設置不同的pH值（如酸性條件下pH為3、5，中性條件下pH為7，堿性條件下pH為9、11）、氧化還原電位（通過添加不同的氧化劑或還原劑來調(diào)節(jié)）和離子強度（使用不同濃度的電解質(zhì)溶液），以研究這些因素對元素可溶性的影響。將一定量的顆粒物樣品加入到模擬環(huán)境溶液中，在恒溫振蕩條件下進行反應，使顆粒物與溶液充分接觸，促進元素的溶解。反應結束后，通過離心或過濾等方法分離溶液和固體殘渣，使用ICP-MS測定溶液中元素的含量，從而計算出元素的可溶性。在技術路線方面，本研究遵循科學嚴謹?shù)牧鞒涕_展。首先，確定研究對象和采樣方案，包括選擇典型的燃燒源和沙塵源地，以及確定合適的采樣時間和方法。在采集樣品后，將樣品運回實驗室進行預處理，包括樣品的干燥、研磨、篩分等，以保證樣品的均勻性和代表性。對預處理后的樣品進行元素含量分析和可溶性實驗，利用先進的分析儀器和設備，獲取準確的數(shù)據(jù)。對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和相關性研究，運用統(tǒng)計學方法（如方差分析、相關分析等），找出不同燃燒源與沙塵顆粒物中元素可溶性的差異及其影響因素。結合大氣沉降模型和生態(tài)系統(tǒng)模型，評估元素可溶性對生態(tài)環(huán)境和人類健康的影響，為制定環(huán)境保護政策和污染防控措施提供科學依據(jù)。技術路線如圖1-1所示。\begin{figure}[htbp]\centering\includegraphics[width=0.8\textwidth]{?????ˉè·ˉ?o????}\caption{?????ˉè·ˉ?o????}\end{figure}二、燃燒源與沙塵顆粒物概述2.1燃燒源顆粒物的來源與特性2.1.1常見燃燒源分類常見的燃燒源種類繁多，主要包括化石燃料燃燒、生物質(zhì)燃燒和垃圾焚燒等。化石燃料燃燒是能源生產(chǎn)和工業(yè)活動中最主要的燃燒過程之一，煤燃燒是火力發(fā)電的重要方式。在大型燃煤發(fā)電廠，煤經(jīng)過燃燒釋放出大量能量，驅動汽輪機發(fā)電。煤燃燒過程中，復雜的有機和無機成分發(fā)生一系列物理和化學變化，產(chǎn)生大量的燃燒源顆粒物。這些顆粒物的成分和性質(zhì)受到煤的種類、燃燒條件等因素的顯著影響。不同煤種的揮發(fā)分、固定碳、灰分等含量不同，導致燃燒過程中顆粒物的生成量和成分存在差異。石油燃燒也是常見的化石燃料燃燒形式，廣泛應用于交通運輸、工業(yè)生產(chǎn)等領域。汽車發(fā)動機中汽油或柴油的燃燒，為車輛提供動力，但同時也排放出大量的燃燒源顆粒物。這些顆粒物中含有碳氫化合物、氮氧化物、顆粒物等污染物，對大氣環(huán)境和人體健康造成嚴重危害。隨著汽車保有量的不斷增加，石油燃燒排放的顆粒物成為城市大氣污染的重要來源之一。天然氣燃燒相對較為清潔，其主要成分是甲烷，燃燒產(chǎn)物主要為二氧化碳和水。然而，在一些特殊情況下，如燃燒不充分或天然氣中含有雜質(zhì)時，也會產(chǎn)生少量的燃燒源顆粒物。在工業(yè)生產(chǎn)中，一些以天然氣為燃料的加熱爐、鍋爐等設備，如果燃燒控制不當，會導致顆粒物排放增加。生物質(zhì)燃燒是指植物材料（如木材、秸稈、草本植物等）的燃燒過程，是農(nóng)村地區(qū)和一些發(fā)展中國家常見的能源利用方式。在農(nóng)村，秸稈焚燒是處理秸稈的一種傳統(tǒng)方式，但會產(chǎn)生大量的濃煙和顆粒物，對空氣質(zhì)量造成嚴重影響。秸稈燃燒產(chǎn)生的顆粒物中含有大量的有機碳、元素碳以及一些微量元素，如鉀、鈣、鎂等。生物質(zhì)燃燒還廣泛應用于生物質(zhì)發(fā)電、供熱等領域。在生物質(zhì)發(fā)電廠，生物質(zhì)經(jīng)過燃燒產(chǎn)生熱能，驅動汽輪機發(fā)電。這些燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒物同樣需要引起關注，其成分和性質(zhì)與生物質(zhì)的種類、燃燒條件等密切相關。垃圾焚燒是處理城市生活垃圾的一種重要方式，通過高溫燃燒將垃圾轉化為熱能、電能等資源，同時減少垃圾的體積和重量。然而，垃圾焚燒過程中會產(chǎn)生大量的燃燒源顆粒物，這些顆粒物中含有重金屬、二噁英等有害物質(zhì)，對環(huán)境和人體健康構成嚴重威脅。垃圾的成分復雜多樣，包括有機物、無機物、塑料、紙張、金屬等，不同成分在焚燒過程中的反應和轉化機制不同，導致產(chǎn)生的顆粒物成分和性質(zhì)差異較大。2.1.2燃燒源顆粒物的物理化學特性燃燒源顆粒物的物理化學特性對其環(huán)境行為和生態(tài)效應具有重要影響，主要包括粒徑分布、化學成分和表面形態(tài)等方面。在粒徑分布上，燃燒源顆粒物的粒徑范圍廣泛，從幾納米到幾十微米不等。不同燃燒源產(chǎn)生的顆粒物粒徑分布存在明顯差異，燃煤電廠排放的顆粒物主要集中在亞微米級和微米級。研究表明，煤粉爐燃燒產(chǎn)生的顆粒物中，粒徑小于1μm的細顆粒物占比較高，而粒徑大于10μm的粗顆粒物占比較低。這是由于煤粉在高溫燃燒過程中，經(jīng)歷了蒸發(fā)、成核、凝聚等過程，形成了大量的細顆粒物。生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物粒徑分布相對較寬，既有細顆粒物，也有一定比例的粗顆粒物。秸稈燃燒產(chǎn)生的顆粒物中，粒徑在0.1-1μm之間的細顆粒物和粒徑在1-10μm之間的粗顆粒物都占有一定份額。這是因為生物質(zhì)的結構和成分較為復雜，燃燒過程中不完全燃燒和熱解反應會產(chǎn)生不同粒徑的顆粒物。垃圾焚燒產(chǎn)生的顆粒物粒徑分布也較為復雜，受到垃圾成分、焚燒溫度、焚燒方式等因素的影響。一般來說，垃圾焚燒產(chǎn)生的顆粒物中，細顆粒物的含量較高，且含有較多的重金屬和有機污染物。在化學成分上，燃燒源顆粒物的化學成分復雜多樣，主要包括碳質(zhì)成分、無機元素和有機污染物等。碳質(zhì)成分是燃燒源顆粒物的主要組成部分，包括元素碳（EC）和有機碳（OC）。元素碳是一種黑色的、具有強吸光性的物質(zhì)，主要來源于燃料的不完全燃燒，對大氣能見度和氣候變化有重要影響。有機碳則是由多種有機化合物組成，其來源包括燃料中的有機物、燃燒過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物以及大氣中的二次有機氣溶膠等。不同燃燒源產(chǎn)生的顆粒物中，碳質(zhì)成分的含量和比例存在差異。燃煤電廠排放的顆粒物中，元素碳的含量相對較高，而生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物中，有機碳的含量相對較高。無機元素在燃燒源顆粒物中也占有一定比例，常見的無機元素包括硅（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）、鈣（Ca）、鎂（Mg）等地殼元素，以及鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉻（Cr）等重金屬元素。這些無機元素的來源主要是燃料中的雜質(zhì)和添加劑，以及燃燒過程中與環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生反應。燃煤電廠排放的顆粒物中，含有大量的硅、鋁等地殼元素，這是由于煤中含有一定量的礦物質(zhì)。而垃圾焚燒產(chǎn)生的顆粒物中，重金屬元素的含量相對較高，這是因為垃圾中含有各種金屬制品和電子垃圾等。有機污染物也是燃燒源顆粒物的重要組成部分，包括多環(huán)芳烴（PAHs）、二噁英、呋喃等。這些有機污染物具有毒性、致癌性和致畸性，對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。多環(huán)芳烴是由兩個或兩個以上苯環(huán)稠合在一起的有機化合物，主要來源于化石燃料和生物質(zhì)的不完全燃燒。在汽車尾氣、工業(yè)廢氣和生物質(zhì)燃燒排放的顆粒物中，都檢測到了較高濃度的多環(huán)芳烴。二噁英和呋喃是一類具有高度毒性的有機化合物，主要產(chǎn)生于垃圾焚燒、化工生產(chǎn)等過程。垃圾焚燒過程中，如果燃燒溫度和停留時間控制不當，會產(chǎn)生大量的二噁英和呋喃。在表面形態(tài)上，燃燒源顆粒物的表面形態(tài)各異，常見的有球形、不規(guī)則形、鏈狀等。不同燃燒源產(chǎn)生的顆粒物表面形態(tài)存在差異，燃煤電廠排放的顆粒物多為球形或近似球形，這是由于煤粉在高溫燃燒過程中，經(jīng)歷了熔融和冷凝過程，在表面張力的作用下形成了球形顆粒。生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物表面形態(tài)較為復雜，既有球形顆粒，也有不規(guī)則形顆粒和鏈狀顆粒。這是因為生物質(zhì)的結構和成分不均勻，燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒物形態(tài)也較為多樣。垃圾焚燒產(chǎn)生的顆粒物表面形態(tài)也較為復雜，可能存在孔隙、裂紋等缺陷，這是由于垃圾成分復雜，燃燒過程中發(fā)生了多種物理和化學變化。顆粒物的表面形態(tài)會影響其物理化學性質(zhì)和環(huán)境行為，球形顆粒的比表面積相對較小，在大氣中的傳輸和擴散能力較強；而不規(guī)則形顆粒和鏈狀顆粒的比表面積相對較大，更容易吸附其他物質(zhì)，對大氣化學反應和環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響。2.2沙塵顆粒物的來源與特性2.2.1沙塵源地與傳輸路徑沙塵顆粒物的來源廣泛，主要源于沙漠、荒漠以及干旱半干旱地區(qū)的土壤揚塵。全球范圍內(nèi)，主要的沙塵源地分布在非洲的撒哈拉沙漠、亞洲的戈壁沙漠、中東的阿拉伯沙漠以及澳大利亞的沙漠等地。這些地區(qū)氣候干旱，植被稀少，土壤質(zhì)地疏松，在風力的作用下，大量的沙塵被卷入高空，形成沙塵天氣。在我國，沙塵源地主要集中在西北干旱半干旱地區(qū)，包括新疆的塔克拉瑪干沙漠、古爾班通古特沙漠，內(nèi)蒙古的巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠、庫布齊沙漠、渾善達克沙地、科爾沁沙地等。這些地區(qū)是我國沙塵天氣的主要發(fā)源地，每年春季，隨著西伯利亞冷空氣的南下，強勁的西北風將沙塵揚起，形成沙塵天氣，并向我國東部和南部地區(qū)傳輸。沙塵顆粒物的傳輸路徑受到大氣環(huán)流和地形的顯著影響。大氣環(huán)流是沙塵傳輸?shù)闹饕寗恿Γ诓煌募竟?jié)和氣候條件下，大氣環(huán)流的模式會發(fā)生變化，從而導致沙塵傳輸路徑的改變。在春季，亞洲地區(qū)的大氣環(huán)流主要受西伯利亞高壓和蒙古氣旋的影響，強勁的西北風將沙塵從源地輸送到我國東部和南部地區(qū)。研究表明，2000-2021年北方沙塵暴在2014年開始變?yōu)槠甭窂秸冀^對優(yōu)勢，沙源地主要是蒙古國東南部。而在夏季，隨著副熱帶高壓的北移，沙塵的傳輸路徑可能會發(fā)生偏移，部分沙塵可能會向更北的地區(qū)傳輸。地形對沙塵傳輸路徑也有重要影響，山脈、高原等地形地貌會阻擋沙塵的傳輸，使沙塵在地形的迎風面堆積，而在背風面則沙塵濃度相對較低。我國的青藏高原是世界上最高的高原，它對沙塵的傳輸起到了重要的阻擋作用。當沙塵向東傳輸時，遇到青藏高原的阻擋，部分沙塵會在高原的北側和東側堆積，形成沙塵堆積區(qū)。而在山脈的山口、河谷等地形開闊的地區(qū)，沙塵則更容易傳輸，形成沙塵傳輸?shù)耐ǖ馈Ｈ绾游髯呃仁俏覈硥m傳輸?shù)闹匾ǖ乐唬瑥妱诺奈鞅憋L將沙塵通過河西走廊輸送到我國東部地區(qū)。2.2.2沙塵顆粒物的物理化學特性沙塵顆粒物的物理化學特性對其環(huán)境行為和生態(tài)效應具有重要影響，主要包括粒徑分布、礦物組成和化學元素含量等方面。在粒徑分布上，沙塵顆粒物的粒徑范圍較寬，從幾納米到幾十微米不等。一般來說，沙塵顆粒物中粗顆粒物（粒徑大于2.5μm）的含量較高，但在沙塵傳輸過程中，細顆粒物（粒徑小于2.5μm）的比例會逐漸增加。研究表明，沙塵期間沙塵濃度明顯高于非沙塵期間，濃度峰值出現(xiàn)在粗粒子模態(tài)，這表明沙塵期間粗粒子占了大部分。不同地區(qū)的沙塵顆粒物粒徑分布存在差異，我國西北沙漠地區(qū)的沙塵顆粒物粒徑相對較大，而在沙塵傳輸路徑上的地區(qū)，沙塵顆粒物的粒徑會逐漸變小。這是因為在沙塵傳輸過程中，沙塵顆粒物會受到大氣中的摩擦力、碰撞等作用，導致粒徑較大的顆粒物逐漸破碎，形成粒徑較小的顆粒物。沙塵顆粒物的粒徑分布還會受到風力、地形等因素的影響，在風力較強的地區(qū)，沙塵顆粒物的粒徑會相對較小；而在地形復雜的地區(qū)，沙塵顆粒物的粒徑分布會更加復雜。在礦物組成上，沙塵顆粒物主要由石英、長石、云母、方解石等礦物組成，這些礦物是沙塵源地土壤和巖石的主要成分。石英是沙塵顆粒物中含量最高的礦物，它具有硬度高、化學性質(zhì)穩(wěn)定等特點。長石也是沙塵顆粒物中的重要礦物，根據(jù)化學成分的不同，長石可分為鉀長石、鈉長石和鈣長石等。云母是一種具有層狀結構的礦物，它的存在會影響沙塵顆粒物的表面性質(zhì)和化學活性。方解石是一種碳酸鹽礦物，它在沙塵顆粒物中的含量相對較低，但在一些地區(qū)的沙塵中，方解石的含量可能會較高。不同沙塵源地的沙塵顆粒物礦物組成存在差異，撒哈拉沙漠沙塵中石英的含量相對較高，而我國西北沙漠沙塵中長石的含量相對較高。這是由于不同地區(qū)的地質(zhì)條件和土壤類型不同，導致沙塵源地的礦物組成存在差異。沙塵顆粒物的礦物組成還會受到沙塵傳輸過程中物理化學作用的影響，在大氣傳輸過程中，沙塵顆粒物可能會與大氣中的酸性物質(zhì)、氧化性物質(zhì)等發(fā)生反應，導致礦物組成發(fā)生改變。在化學元素含量上，沙塵顆粒物中含有多種化學元素，包括硅（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）、鈣（Ca）、鎂（Mg）等地殼元素，以及鉀（K）、鈉（Na）、磷（P）等營養(yǎng)元素，還可能含有鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉻（Cr）等重金屬元素。這些元素的含量和分布受到沙塵源地土壤性質(zhì)、礦物組成以及大氣傳輸過程中物理化學作用的影響。沙塵源地土壤中元素的含量和分布會直接影響沙塵顆粒物中元素的含量，在富含鐵氧化物的沙塵源地，沙塵顆粒物中的Fe含量相對較高。大氣傳輸過程中的物理化學作用也會導致沙塵顆粒物中元素的含量和分布發(fā)生變化，沙塵顆粒物在大氣中與酸性物質(zhì)發(fā)生反應，可能會導致一些元素的溶解和釋放，從而改變元素的含量和分布。研究發(fā)現(xiàn)，沙塵具有增強的水溶性離子，如Na+、K+、Mg2+、Ca2+及Cl-、NO3-、SO42-等。三、Fe、P及重金屬元素可溶性分析方法3.1樣品采集與處理為全面研究燃燒源與沙塵顆粒物中Fe、P及重金屬元素的可溶性，在樣品采集階段，針對燃燒源顆粒物，選取了具有代表性的多種燃燒過程。在大型燃煤發(fā)電廠，于靜電除塵器后，使用專門設計的采樣探頭，深入煙道內(nèi)部，采集煤燃燒飛灰樣品。該采樣探頭配備了高效的顆粒物收集裝置，能夠確保采集到的飛灰具有代表性，且避免了外界雜質(zhì)的混入。在采樣過程中，嚴格控制采樣時間和流量，以保證采集到足夠量的樣品用于后續(xù)分析。對于生物質(zhì)燃燒顆粒物，選擇農(nóng)村地區(qū)常見的秸稈焚燒現(xiàn)場作為采樣點。在焚燒過程中，利用高流量采樣器，在不同燃燒階段，如初期燃燒、旺盛燃燒和后期燃燒階段，分別進行樣品采集。采樣器放置在距離焚燒源合適的位置，以確保采集到的顆粒物能夠真實反映秸稈燃燒的排放特征。同時，記錄燃燒過程中的相關參數(shù)，如燃燒溫度、燃燒時間、秸稈種類等，以便分析這些因素對顆粒物成分的影響。在城市垃圾焚燒廠，于尾氣處理系統(tǒng)出口，使用等速采樣裝置采集垃圾焚燒飛灰樣品。等速采樣裝置能夠確保采樣速度與煙道內(nèi)氣流速度相同，從而采集到具有代表性的飛灰樣品。在采樣過程中，對垃圾焚燒廠的運行工況進行詳細記錄，包括垃圾成分、焚燒溫度、焚燒時間等，為后續(xù)分析提供全面的數(shù)據(jù)支持。對于沙塵顆粒物，依據(jù)我國沙塵的主要傳輸路徑和典型沙塵源地，在新疆塔克拉瑪干沙漠、內(nèi)蒙古渾善達克沙地等沙塵源地，以及沙塵傳輸路徑上的甘肅、寧夏、陜西等地，設置多個采樣點。在沙塵天氣發(fā)生時，使用專用的大氣顆粒物采樣器進行樣品采集。這些采樣器配備了不同粒徑切割器，能夠采集不同粒徑的沙塵顆粒物樣品，如PM10、PM2.5等。在新疆塔克拉瑪干沙漠，選擇多個具有代表性的地點作為采樣點，這些地點分布在沙漠的不同區(qū)域，以確保采集到的沙塵樣品能夠代表該地區(qū)的沙塵特征。在采樣過程中，使用高精度的氣象儀器，實時記錄采樣點的氣象參數(shù)，如風速、風向、氣溫、濕度等，以便分析沙塵傳輸過程中的環(huán)境因素對顆粒物成分的影響。在沙塵傳輸路徑上的甘肅、寧夏、陜西等地，根據(jù)地形和沙塵傳輸方向，合理設置采樣點。這些采樣點分布在不同的海拔高度和地形條件下，以研究地形對沙塵顆粒物成分的影響。在采樣過程中，除了采集沙塵顆粒物樣品外，還收集當?shù)氐耐寥罉悠罚员銓Ρ确治錾硥m源地土壤與沙塵顆粒物的成分差異。同時，通過國際合作或購買等方式，收集國外典型沙塵源地（如撒哈拉沙漠、阿拉伯沙漠等）的沙塵樣品。這些樣品經(jīng)過嚴格的質(zhì)量檢測和認證，確保其真實性和代表性。在運輸過程中，采取特殊的保護措施，避免樣品受到污染和損壞。在樣品處理方面，將采集的燃燒源與沙塵顆粒物樣品進行消解處理，以便后續(xù)分析元素的含量和可溶性。對于燃燒源顆粒物樣品，采用酸消解方法，將樣品置于聚四氟乙烯消解罐中，加入適量的硝酸、鹽酸和氫氟酸等混合酸，在高溫高壓條件下進行消解。在消解過程中，嚴格控制溫度和時間，確保樣品完全消解，且元素不損失。對于沙塵顆粒物樣品，根據(jù)其特性，采用不同的消解方法。對于一些較難消解的沙塵樣品，采用堿熔融法，將樣品與氫氧化鈉或碳酸鈉等堿性熔劑混合，在高溫下熔融，使樣品中的元素轉化為可溶鹽。在熔融過程中，使用耐高溫的坩堝和馬弗爐，確保反應的順利進行。消解后的樣品溶液經(jīng)過離心分離，去除不溶性雜質(zhì)。使用高速離心機，在一定的轉速和時間下進行離心，使不溶性雜質(zhì)沉淀在離心管底部。將上清液轉移至干凈的容器中，用于后續(xù)的元素含量和可溶性分析。對于一些需要進一步分離和富集的元素，采用固相萃取、液液萃取等方法進行處理。在分析痕量重金屬元素時，使用固相萃取柱，將樣品溶液通過固相萃取柱，使重金屬元素吸附在固相萃取柱上，然后用適當?shù)南疵搫┫疵摚瑢崿F(xiàn)重金屬元素的分離和富集。3.2元素含量測定方法在對燃燒源與沙塵顆粒物中Fe、P及重金屬元素含量進行測定時，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）發(fā)揮著關鍵作用。其工作原理基于電感耦合等離子體的激發(fā)特性。當待測試樣經(jīng)噴霧器形成氣溶膠后，進入石英炬管等離子體中心通道。在高溫等離子體的作用下，試樣中的原子被激發(fā)，外層電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。當這些激發(fā)態(tài)電子返回基態(tài)時，會輻射出具有特定波長的譜線。這些譜線經(jīng)入射狹縫到達色散系統(tǒng)光柵，分光后的待測元素特征譜線光投射到CCD上，再經(jīng)電路處理，由計算機進行數(shù)據(jù)處理，從而確定元素的含量。在操作過程中，首先要確保儀器的正常運行和穩(wěn)定性能。在開機前，需檢查儀器的各個部件，如等離子體發(fā)生器、進樣系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)等，確保其連接正確且無故障。確認氬氣的儲量足夠，以保證儀器在分析過程中有穩(wěn)定的氣源供應。開機后，對儀器進行預熱，使儀器達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在預熱過程中，設置合適的等離子體參數(shù)，如功率、等離子氣流量、輔助氣流量等。在進樣前，將處理好的樣品溶液通過蠕動泵或其他進樣裝置輸送至霧化器，使樣品溶液形成氣溶膠。在進樣過程中，要注意控制進樣速度和進樣量，以保證樣品的穩(wěn)定傳輸和均勻霧化。同時，對進樣系統(tǒng)進行檢查，確保管路無堵塞、無泄漏，以保證分析結果的準確性。原子吸收光譜儀（AAS）也是常用的元素含量測定儀器之一，其工作原理基于原子吸收現(xiàn)象。儀器通過特定光源（如空心陰極燈）發(fā)射出具有待測元素特征譜線的光，當光通過試樣蒸氣時，被蒸氣中待測元素基態(tài)原子所吸收。根據(jù)特征譜線光被減弱的程度，即可測定試樣中待測元素的含量。在操作原子吸收光譜儀時，首先要選擇合適的空心陰極燈，根據(jù)待測元素的種類，選擇相應的空心陰極燈，并確保其發(fā)射的譜線強度穩(wěn)定、波長準確。在安裝空心陰極燈時，要注意燈的位置和角度，確保其發(fā)射的光能夠準確地通過原子化器和檢測系統(tǒng)。將樣品溶液通過原子化器轉化為原子蒸氣，常用的原子化器有火焰原子化器和石墨爐原子化器。火焰原子化器利用火焰的高溫將樣品溶液蒸發(fā)、解離為原子；石墨爐原子化器則通過電流加熱石墨管，使樣品在高溫下原子化。在原子化過程中，要根據(jù)樣品的性質(zhì)和待測元素的特點，選擇合適的原子化條件，如火焰類型、燃氣流量、原子化溫度、升溫程序等。在分析過程中，要注意消除干擾因素，物理干擾、化學干擾、光譜干擾等。物理干擾主要是由于樣品溶液的粘度、表面張力等因素影響樣品的霧化和原子化效率，可通過控制試液與標準溶液的組成盡量一致的方法來抑制，或采用標準加入法消除。化學干擾是指被測原子與共存元素發(fā)生化學反應生成難揮發(fā)的化合物，影響原子化效率，可通過選擇合適的原子化方法、加入釋放劑、保護劑或基體改進劑等方法來消除。光譜干擾則是由于其他元素的譜線與待測元素的譜線重疊，影響測定結果的準確性，可通過選擇合適的波長、狹縫寬度等方法來消除。3.3可溶性分析方法在測定燃燒源與沙塵顆粒物中Fe、P及重金屬元素的可溶性時，化學提取法是一種常用的分析方法。這種方法通過模擬不同的環(huán)境條件，使用特定的提取劑與顆粒物樣品進行反應，使其中的元素溶解到提取液中，從而測定元素的可溶性。對于Fe元素可溶性的測定，通常采用稀鹽酸提取法。在模擬酸性環(huán)境時，選擇pH為3、5的稀鹽酸溶液作為提取劑。將一定量的顆粒物樣品加入到稀鹽酸溶液中，液固比控制在10:1-50:1之間，以保證樣品與提取劑充分接觸。在恒溫振蕩條件下，振蕩速度設定為150-250r/min，振蕩時間為1-6小時，使Fe元素充分溶解。反應結束后，通過離心分離，將固體殘渣與提取液分離，使用高速離心機，在10000-15000r/min的轉速下離心10-20分鐘。對于P元素可溶性的測定，采用碳酸氫鈉提取法。碳酸氫鈉溶液的濃度一般為0.5mol/L，pH值約為8.5，模擬土壤中較為常見的弱堿性環(huán)境。將顆粒物樣品與碳酸氫鈉溶液按一定比例混合，液固比為20:1-50:1，在恒溫振蕩條件下反應，振蕩速度為150-200r/min，振蕩時間為2-8小時。反應結束后，通過過濾分離，使用0.45μm的微孔濾膜過濾，以確保分離效果。對于重金屬元素可溶性的測定，采用硝酸提取法。硝酸溶液的濃度一般為0.1-1mol/L，pH值在1-3之間，模擬酸雨等酸性較強的環(huán)境。將顆粒物樣品加入到硝酸溶液中，液固比為10:1-30:1，在恒溫振蕩條件下反應，振蕩速度為150-250r/min，振蕩時間為1-4小時。反應結束后，通過離心或過濾分離，將提取液進行后續(xù)分析。分析提取液中的元素含量時，主要采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）。ICP-MS具有靈敏度高、檢出限低、分析速度快等優(yōu)點，能夠準確測定提取液中多種元素的含量。在分析過程中，將提取液通過蠕動泵輸送至霧化器，形成氣溶膠后進入電感耦合等離子體中。在高溫等離子體的作用下，元素被電離成離子，然后通過質(zhì)量分析器對離子進行分離和檢測。根據(jù)離子的質(zhì)荷比和強度，確定提取液中元素的種類和含量，從而計算出顆粒物中元素的可溶性。在分析過程中，要注意消除干擾因素，以保證分析結果的準確性。采用內(nèi)標法進行定量分析，選擇合適的內(nèi)標元素，如銠（Rh）、銦（In）等，加入到提取液中，以校正儀器的漂移和基體效應。對樣品進行空白試驗，扣除空白值，以消除試劑和實驗過程中引入的雜質(zhì)對分析結果的影響。四、Fe元素可溶性特征與影響因素4.1燃燒源顆粒物中Fe可溶性特征不同燃燒源產(chǎn)生的顆粒物中Fe的可溶性存在顯著差異，這主要源于燃燒源的成分和燃燒過程的特性。以煤飛灰為例，其Fe可溶性相對較低。中國科學院廣州地球化學研究所博士后李銳與唐明金研究員等人對比分析了煤飛灰、垃圾焚燒飛灰與沙塵顆粒物中鐵(Fe)元素的含量、可溶性、存在形態(tài)及同位素組成，研究發(fā)現(xiàn)煤飛灰的Fe可溶性最低，均值為0.24±0.28%，遠低于模型中使用的Fe可溶性參數(shù)（4-21%），表明數(shù)值模型明顯高估了煤飛灰的可溶性Fe排放通量。這主要是因為煤中含有的Fe大多以難溶性的礦物質(zhì)形式存在，如黃鐵礦（FeS?）、赤鐵礦（Fe?O?）和磁鐵礦（Fe?O?）等。在煤燃燒過程中，這些礦物質(zhì)雖然會經(jīng)歷一系列的物理化學變化，但大部分仍保持難溶性，只有少量的Fe能夠溶解。而垃圾焚燒飛灰的Fe可溶性則明顯較高，研究表明垃圾焚燒飛灰的Fe可溶性最高，均值為1.98±0.43%，這也是垃圾焚燒飛灰Fe可溶性的首次報道。垃圾焚燒飛灰中Fe可溶性高的原因較為復雜。一方面，垃圾成分復雜，其中可能含有一些易溶性的Fe化合物，如鐵的氯化物、硫酸鹽等。在焚燒過程中，這些化合物可能會發(fā)生分解或與其他物質(zhì)反應，形成更易溶解的Fe形態(tài)。另一方面，垃圾焚燒過程中可能會產(chǎn)生一些高溫、氧化等特殊環(huán)境條件，這些條件有助于促進Fe的溶解。在高溫下，一些難溶性的Fe氧化物可能會與其他物質(zhì)發(fā)生反應，形成可溶性的鐵鹽。生物質(zhì)燃燒顆粒物中Fe的可溶性也具有其獨特性。其Fe可溶性受到生物質(zhì)種類、燃燒條件等多種因素的影響。不同種類的生物質(zhì)，如木材、秸稈、草本植物等，其Fe含量和存在形態(tài)存在差異，從而導致燃燒產(chǎn)生的顆粒物中Fe可溶性不同。一般來說，富含木質(zhì)素和纖維素的生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物中Fe可溶性相對較低，而含有較多蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)的生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物中Fe可溶性可能相對較高。在燃燒條件方面，溫度、氧氣含量、燃燒時間等因素都會影響Fe的可溶性。高溫、充足的氧氣和較長的燃燒時間可能會促進Fe的氧化和溶解，而低溫、缺氧的燃燒條件則可能導致Fe的不完全燃燒和難溶性Fe化合物的形成。石油燃燒產(chǎn)生的顆粒物中Fe可溶性與石油的品質(zhì)、燃燒設備和燃燒條件密切相關。高品質(zhì)的石油含雜質(zhì)少，燃燒后顆粒物中Fe可溶性相對較低；而低品質(zhì)石油雜質(zhì)多，會使顆粒物中Fe可溶性升高。先進的燃燒設備和優(yōu)化的燃燒條件能使石油充分燃燒，減少Fe化合物的生成，降低其可溶性；反之，燃燒不充分會增加Fe化合物生成，提高可溶性。天然氣燃燒相對清潔，產(chǎn)生顆粒物少，F(xiàn)e可溶性受天然氣雜質(zhì)和燃燒條件影響。雜質(zhì)含量低時，F(xiàn)e可溶性低；燃燒不充分時，會產(chǎn)生少量Fe化合物，增加可溶性。4.2沙塵顆粒物中Fe可溶性特征沙塵顆粒物中Fe的可溶性總體處于一定水平，且與燃燒源顆粒物中Fe可溶性存在明顯差異。中國科學院廣州地球化學研究所博士后李銳與唐明金研究員等人的研究發(fā)現(xiàn)，沙塵的Fe可溶性均值為0.43±0.30%，這與數(shù)值模型中使用的Fe可溶性參數(shù)（<0.5%）保持一致。這表明在數(shù)值模擬中，對沙塵中Fe可溶性的參數(shù)設定具有一定的合理性，但仍存在一定的不確定性。沙塵顆粒物中Fe的可溶性受到多種因素的綜合影響，沙塵源地的土壤性質(zhì)和礦物組成是重要的影響因素之一。不同沙塵源地的土壤性質(zhì)和礦物組成存在顯著差異，從而導致沙塵中Fe的可溶性不同。在富含鐵氧化物的沙塵源地，如我國西北一些沙漠地區(qū)，土壤中赤鐵礦（Fe?O?）和磁鐵礦（Fe?O?）等鐵氧化物含量較高，這些鐵氧化物在沙塵傳輸過程中，部分會發(fā)生溶解，使得沙塵中Fe的可溶性相對較高。而在一些土壤質(zhì)地較為疏松、鐵氧化物含量較低的沙塵源地，沙塵中Fe的可溶性則相對較低。大氣傳輸過程中的物理化學作用也對沙塵顆粒物中Fe的可溶性產(chǎn)生重要影響。在沙塵傳輸過程中，沙塵顆粒物會與大氣中的酸性物質(zhì)、氧化性物質(zhì)等發(fā)生反應，從而改變Fe的存在形態(tài)和可溶性。當沙塵遇到酸性降水時，其中的鐵氧化物會與酸發(fā)生反應，生成可溶性的鐵鹽，從而提高Fe的可溶性。大氣中的氧化性物質(zhì)，如臭氧（O?）、過氧化氫（H?O?）等，也可能會將沙塵中的低價態(tài)鐵氧化為高價態(tài)鐵，改變其可溶性。沙塵顆粒物的粒徑分布對Fe的可溶性也有一定影響。一般來說，細粒徑的沙塵顆粒物比表面積大，更容易與大氣中的物質(zhì)發(fā)生反應，從而其Fe可溶性相對較高。研究表明，在沙塵傳輸過程中，細粒子（粒徑小于1μm）中的Fe可溶性顯著高于粗粒子（粒徑大于1μm）。這是因為細粒子具有更大的比表面積，能夠提供更多的反應位點，使得Fe更容易溶解。與燃燒源顆粒物相比，沙塵顆粒物中Fe可溶性的差異顯著。垃圾焚燒飛灰的Fe可溶性最高，均值為1.98±0.43%，遠高于沙塵顆粒物。這主要是由于垃圾焚燒過程的特殊性，使得飛灰中含有一些易溶性的Fe化合物，以及高溫、氧化等特殊環(huán)境條件促進了Fe的溶解。而煤飛灰的Fe可溶性最低，均值為0.24±0.28%，低于沙塵顆粒物。這是因為煤中Fe大多以難溶性的礦物質(zhì)形式存在，在燃燒過程中大部分仍保持難溶性。生物質(zhì)燃燒顆粒物中Fe的可溶性則受到生物質(zhì)種類和燃燒條件的影響，與沙塵顆粒物的Fe可溶性也存在差異。這些差異反映了不同來源顆粒物中Fe的存在形態(tài)和環(huán)境行為的不同，對于研究大氣中Fe的循環(huán)和生態(tài)效應具有重要意義。4.3影響Fe可溶性的因素分析4.3.1化學組成的影響燃燒源與沙塵顆粒物的化學組成對Fe的可溶性有著至關重要的影響。無定形Fe含量是影響Fe可溶性的關鍵因素之一。中國科學院廣州地球化學研究所博士后李銳與唐明金研究員等人的研究發(fā)現(xiàn)，當顆粒物的無定形Fe含量低于3%時，F(xiàn)e可溶性小于0.2%；而當無定形Fe含量>4%時，F(xiàn)e可溶性明顯上升，且Fe可溶性與無定形Fe含量呈正相關關系。這是因為無定形Fe具有較高的化學活性，其結構相對疏松，比表面積較大，更容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應，從而促進Fe的溶解。在垃圾焚燒飛灰中，由于其無定形Fe含量相對較高，這使得Fe的可溶性明顯高于其他燃燒源顆粒物和沙塵顆粒物。垃圾焚燒過程中，復雜的化學反應可能導致部分Fe形成無定形結構，增加了Fe的可溶性。在高溫燃燒條件下，一些含鐵化合物可能發(fā)生分解和重結晶，形成無定形Fe，使其更容易溶解在環(huán)境中。而在煤飛灰中，無定形Fe含量較低，大部分Fe以結晶態(tài)的礦物質(zhì)形式存在，如赤鐵礦（Fe?O?）和磁鐵礦（Fe?O?）等，這些礦物質(zhì)結構穩(wěn)定，化學活性較低，導致Fe的可溶性較低。煤燃燒過程中，高溫和還原性氣氛可能使部分Fe氧化物還原為結晶態(tài)的Fe，降低了Fe的可溶性。沙塵顆粒物中Fe的可溶性也與無定形Fe含量密切相關。在一些富含無定形Fe的沙塵源地，沙塵顆粒物中的Fe可溶性相對較高。這是因為沙塵在傳輸過程中，無定形Fe更容易與大氣中的酸性物質(zhì)、氧化性物質(zhì)等發(fā)生反應，從而提高Fe的可溶性。除了無定形Fe含量外，其他化學成分也會對Fe可溶性產(chǎn)生影響。顆粒物中的酸性物質(zhì)和氧化性物質(zhì)能促進Fe的溶解，酸性物質(zhì)如硫酸、硝酸等，能與Fe氧化物發(fā)生反應，生成可溶性的鐵鹽。氧化性物質(zhì)如臭氧（O?）、過氧化氫（H?O?）等，可將低價態(tài)的Fe氧化為高價態(tài)，增加其可溶性。在灰霾天氣中，大氣中的酸性物質(zhì)和氧化性物質(zhì)含量較高，使得氣溶膠中的Fe可溶性顯著提高。這是因為酸性物質(zhì)和氧化性物質(zhì)與顆粒物中的Fe發(fā)生化學反應，改變了Fe的存在形態(tài)，使其更易溶解。而在沙塵天氣中，沙塵顆粒物中雖然也含有一定量的Fe，但由于沙塵的堿性較強，會中和大氣中的酸性物質(zhì)，抑制Fe的溶解，導致沙塵天氣溶膠Fe可溶性顯著低于清潔天。一些有機物質(zhì)也可能影響Fe的可溶性，有機物質(zhì)中的官能團，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等，能與Fe離子形成絡合物，增加Fe的穩(wěn)定性和溶解度。在生物質(zhì)燃燒顆粒物中，含有較多的有機物質(zhì)，這些有機物質(zhì)可能與Fe發(fā)生絡合反應，提高Fe的可溶性。但在某些情況下，有機物質(zhì)也可能包裹在Fe顆粒物表面，阻礙Fe的溶解，降低其可溶性。4.3.2環(huán)境因素的作用環(huán)境因素對燃燒源與沙塵顆粒物中Fe的可溶性有著顯著的影響，其中氣溶膠含水量、酸度、溫度、濕度等因素尤為關鍵。氣溶膠含水量和酸度對Fe可溶性具有重要作用。中國科學院廣州地球化學研究所博士生張歡歡在導師唐明金研究員指導下，與山東大學薛麗坤教授、朱玉姣副研究員等合作研究發(fā)現(xiàn)，當氣溶膠pH值大于4時（酸性較弱），粗細粒子中Fe可溶性普遍低于1%；當氣溶膠pH值小于4（酸性較強）且相對濕度大于60%時，粗細粒子中Fe可溶性普遍大于1%；而當氣溶膠pH值小于4（酸性較強）且相對濕度小于60%時，粗細粒子中Fe可溶性仍普遍小于1%。這表明氣溶膠酸度和含水量在化學反應提高氣溶膠Fe可溶性的過程中起著重要作用。在酸性較強且含水量較高的環(huán)境中，更多的H?離子存在，它們能夠與Fe氧化物發(fā)生反應，促進Fe的溶解。氣溶膠中的水分可以作為反應介質(zhì)，加速化學反應的進行，從而提高Fe的可溶性。在酸雨條件下，大氣中的酸性物質(zhì)（如硫酸、硝酸等）會溶解在雨滴中，當雨滴與沙塵或燃燒源顆粒物接觸時，會使顆粒物表面的Fe氧化物發(fā)生溶解，釋放出可溶性Fe。溫度對Fe可溶性也有一定影響，在高溫環(huán)境下，F(xiàn)e的化學反應活性增強，可能促進Fe的溶解。在垃圾焚燒過程中，高溫使得Fe化合物更容易發(fā)生分解和反應，從而提高Fe的可溶性。在800-1000℃的高溫下，垃圾焚燒飛灰中的Fe化合物可能會與其他物質(zhì)發(fā)生反應，形成更易溶解的Fe形態(tài)。濕度對Fe可溶性的影響與氣溶膠含水量密切相關，較高的濕度意味著氣溶膠中含有更多的水分，這為Fe的溶解提供了有利條件。在高濕度環(huán)境下，大氣中的水分會吸附在顆粒物表面，形成一層水膜，使Fe更容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應。在沿海地區(qū)，空氣濕度較大，沙塵顆粒物在傳輸過程中，其表面的Fe更容易與水分和大氣中的酸性物質(zhì)發(fā)生反應，從而提高Fe的可溶性。大氣中的光照條件也可能影響Fe的可溶性，光照可以引發(fā)光化學反應，使大氣中的一些物質(zhì)產(chǎn)生自由基，這些自由基具有較強的氧化性，能夠促進Fe的氧化和溶解。在陽光充足的條件下，大氣中的臭氧（O?）在光照作用下會分解產(chǎn)生氧自由基，這些氧自由基可以與沙塵或燃燒源顆粒物中的Fe發(fā)生反應，提高Fe的可溶性。風速和大氣湍流等氣象條件也會影響Fe的可溶性，較強的風速和大氣湍流可以促進顆粒物的擴散和混合，增加顆粒物與大氣中其他物質(zhì)的接觸機會，從而影響Fe的溶解。在大風天氣中，沙塵顆粒物被快速輸送，與大氣中的酸性物質(zhì)、氧化性物質(zhì)等充分接觸，可能會提高Fe的可溶性。五、P元素可溶性特征與影響因素5.1燃燒源顆粒物中P可溶性特征不同燃燒源產(chǎn)生的顆粒物中P的可溶性存在明顯差異，這與燃燒源的成分和燃燒過程的特性密切相關。以生物質(zhì)燃燒顆粒物為例，其P可溶性受到生物質(zhì)種類、燃燒條件等多種因素的影響。一般來說，富含蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)的生物質(zhì)，如豆科植物秸稈，在燃燒過程中，其中的P元素可能會形成一些相對易溶的化合物，使得燃燒產(chǎn)生的顆粒物中P可溶性相對較高。研究發(fā)現(xiàn)，在生物質(zhì)燃燒過程中，溫度對P可溶性有顯著影響。在較低溫度下，生物質(zhì)中的P可能會以相對穩(wěn)定的形態(tài)存在，導致顆粒物中P可溶性較低；而在較高溫度下，P化合物可能會發(fā)生分解或與其他物質(zhì)反應，形成更易溶解的P形態(tài)，從而提高P可溶性。在500-700℃的燃燒溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生物質(zhì)燃燒顆粒物中P的可溶性逐漸增加。煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物中P可溶性相對較低，這是因為煤中含有的P大多以難溶性的礦物質(zhì)形式存在，如磷灰石（Ca?(PO?)?(F,Cl,OH)）等。在煤燃燒過程中，這些礦物質(zhì)雖然會經(jīng)歷一系列的物理化學變化，但大部分仍保持難溶性，只有少量的P能夠溶解。研究表明，煤燃燒飛灰中P的可溶性一般在1%-5%之間，且受到煤的種類、燃燒方式等因素的影響。不同煤種的P含量和存在形態(tài)不同，導致燃燒產(chǎn)生的飛灰中P可溶性存在差異。垃圾焚燒飛灰中P的可溶性也具有其獨特性。垃圾成分復雜，其中可能含有一些易溶性的P化合物，如磷酸鹽等。在焚燒過程中，這些化合物可能會發(fā)生分解或與其他物質(zhì)反應，形成更易溶解的P形態(tài)。垃圾焚燒過程中可能會產(chǎn)生一些高溫、氧化等特殊環(huán)境條件，這些條件有助于促進P的溶解。在高溫下，一些難溶性的P化合物可能會與其他物質(zhì)發(fā)生反應，形成可溶性的磷酸鹽。但垃圾焚燒飛灰中P的可溶性也受到焚燒溫度、停留時間等因素的影響，在高溫短停留時間的焚燒條件下，P的可溶性可能較低；而在低溫長停留時間的焚燒條件下，P的可溶性可能較高。石油燃燒產(chǎn)生的顆粒物中P可溶性與石油的品質(zhì)、燃燒設備和燃燒條件密切相關。高品質(zhì)的石油含雜質(zhì)少，燃燒后顆粒物中P可溶性相對較低；而低品質(zhì)石油雜質(zhì)多，會使顆粒物中P可溶性升高。先進的燃燒設備和優(yōu)化的燃燒條件能使石油充分燃燒，減少P化合物的生成，降低其可溶性；反之，燃燒不充分會增加P化合物生成，提高可溶性。天然氣燃燒相對清潔，產(chǎn)生顆粒物少，P可溶性受天然氣雜質(zhì)和燃燒條件影響。雜質(zhì)含量低時，P可溶性低；燃燒不充分時，會產(chǎn)生少量P化合物，增加可溶性。5.2沙塵顆粒物中P可溶性特征沙塵顆粒物中P的存在形態(tài)主要以難溶性的磷灰石等礦物形式為主。磷灰石是一類含鈣的磷酸鹽礦物，其化學通式為Ca?(PO?)?(F,Cl,OH)，在沙塵顆粒物中廣泛存在。這種礦物結構穩(wěn)定，化學活性較低，使得P在自然環(huán)境中的溶解度相對較低。沙塵顆粒物中P的可溶性受到多種因素的綜合影響，沙塵源地的土壤性質(zhì)是重要的影響因素之一。不同沙塵源地的土壤中P的含量和存在形態(tài)存在差異，從而導致沙塵中P的可溶性不同。在一些富含磷灰石的沙塵源地，沙塵顆粒物中的P可溶性相對較低，因為磷灰石的難溶性使得P難以溶解。而在一些土壤中含有較多有機磷或其他易溶性P化合物的沙塵源地，沙塵中P的可溶性可能相對較高。大氣傳輸過程中的物理化學作用也對沙塵顆粒物中P的可溶性產(chǎn)生重要影響。在沙塵傳輸過程中，沙塵顆粒物會與大氣中的酸性物質(zhì)、氧化性物質(zhì)等發(fā)生反應，從而改變P的存在形態(tài)和可溶性。當沙塵遇到酸性降水時，其中的磷灰石會與酸發(fā)生反應，部分P可能會溶解，形成可溶性的磷酸鹽，從而提高P的可溶性。大氣中的氧化性物質(zhì)也可能會氧化沙塵中的某些含P化合物，改變其可溶性。沙塵顆粒物的粒徑分布對P的可溶性也有一定影響。一般來說，細粒徑的沙塵顆粒物比表面積大，更容易與大氣中的物質(zhì)發(fā)生反應，從而其P可溶性相對較高。細粒徑的沙塵顆粒物在大氣中更容易與酸性物質(zhì)、氧化性物質(zhì)等接觸，促進P的溶解。與燃燒源顆粒物相比，沙塵顆粒物中P可溶性存在明顯差異。生物質(zhì)燃燒顆粒物中P的可溶性受到生物質(zhì)種類和燃燒條件的影響，在一些富含蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)的生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物中，P可溶性可能相對較高，而沙塵顆粒物中P主要以難溶性的磷灰石形式存在，可溶性相對較低。煤燃燒飛灰中P可溶性一般在1%-5%之間，垃圾焚燒飛灰中P可溶性也具有其獨特性，與沙塵顆粒物中P可溶性也存在差異。這些差異反映了不同來源顆粒物中P的存在形態(tài)和環(huán)境行為的不同，對于研究大氣中P的循環(huán)和生態(tài)效應具有重要意義。5.3影響P可溶性的因素分析5.3.1礦物結合態(tài)的影響P在燃燒源與沙塵顆粒物中與不同礦物結合，其可溶性會產(chǎn)生顯著差異。在沙塵顆粒物中，P主要以磷灰石的形式與鈣等礦物元素結合，形成難溶性的化合物。磷灰石的晶體結構較為穩(wěn)定，P原子被緊密包裹在晶體內(nèi)部，使得P難以從礦物結構中釋放出來，從而導致P的可溶性較低。磷灰石的晶體結構中，磷酸根離子（PO?3?）與鈣離子（Ca2?）通過離子鍵緊密結合，形成了穩(wěn)定的晶格結構。這種結構使得磷灰石在自然環(huán)境中化學活性較低，P的溶解需要克服較大的能量障礙。當沙塵顆粒物中的磷灰石與大氣中的酸性物質(zhì)接觸時，會發(fā)生化學反應。酸性物質(zhì)中的氫離子（H?）會與磷灰石中的鈣離子發(fā)生離子交換反應，逐漸破壞磷灰石的晶體結構，使P從礦物中釋放出來，從而提高P的可溶性。當沙塵遇到酸雨時，酸雨中的硫酸（H?SO?）和硝酸（HNO?）等酸性物質(zhì)會與磷灰石反應，生成可溶性的磷酸鈣鹽，增加P的溶解。在燃燒源顆粒物中，P的礦物結合態(tài)也會影響其可溶性。在煤燃燒飛灰中，P可能與硅、鋁等礦物元素結合，形成復雜的礦物結構。這些礦物結構的穩(wěn)定性和化學活性不同，會導致P的可溶性存在差異。如果P與硅、鋁等形成的礦物結構較為疏松，化學活性較高，P就相對容易溶解；反之，如果礦物結構緊密，化學活性低，P的可溶性就較低。在生物質(zhì)燃燒顆粒物中，P可能與鉀、鎂等礦物元素結合，形成相對易溶的化合物。在一些富含鉀、鎂的生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物中，P與這些元素結合形成的化合物在水中的溶解度相對較高，這是因為鉀、鎂等元素的離子半徑較大，與P形成的化學鍵相對較弱，使得P更容易從化合物中解離出來，從而提高P的可溶性。5.3.2生物地球化學過程的作用生物地球化學過程對燃燒源與沙塵顆粒物中P的可溶性有著重要的影響，其中微生物活動和植物吸收是兩個關鍵的環(huán)節(jié)。微生物在土壤和水體等環(huán)境中廣泛存在，它們對P的循環(huán)和轉化起著重要作用。微生物可以通過分泌有機酸、酶等物質(zhì)，改變環(huán)境的酸堿度和氧化還原電位，從而影響P的可溶性。一些微生物能夠分泌檸檬酸、蘋果酸等有機酸，這些有機酸可以與P形成絡合物，增加P的溶解度。有機酸中的羧基（-COOH）和羥基（-OH）等官能團能夠與P離子發(fā)生絡合反應，形成穩(wěn)定的絡合物，使P在溶液中更加穩(wěn)定，不易沉淀，從而提高P的可溶性。微生物還可以通過自身的代謝活動，將有機磷轉化為無機磷，增加P的可溶性。在土壤中，存在著許多能夠分解有機磷的微生物，它們分泌的磷酸酶可以將有機磷化合物水解為無機磷，如磷酸根離子（PO?3?）。這些無機磷更容易被植物吸收利用，也會影響土壤中P的可溶性。植物吸收是生物地球化學過程中影響P可溶性的另一個重要因素。植物通過根系吸收土壤中的P，這會導致土壤中P的濃度降低，從而影響P的可溶性。當植物根系吸收P時，會在根系周圍形成一個低P濃度區(qū)域，促使土壤中的P向根系周圍擴散，增加P的溶解。植物根系還會分泌一些物質(zhì)，如質(zhì)子（H?）、有機酸等，這些物質(zhì)可以改變根系周圍土壤的酸堿度和氧化還原電位，影響P的溶解。植物根系分泌的質(zhì)子可以降低土壤的pH值，使土壤中的P更容易溶解；而分泌的有機酸則可以與P形成絡合物，增加P的溶解度。在大氣沉降過程中，燃燒源與沙塵顆粒物中的P會進入土壤和水體等環(huán)境，參與生物地球化學循環(huán)。當這些顆粒物沉降到土壤中后，其中的P會受到微生物活動和植物吸收的影響。如果土壤中微生物活動活躍，能夠促進P的轉化和溶解，那么燃燒源與沙塵顆粒物中的P就更容易被植物吸收利用；反之，如果微生物活動受到抑制，P的可溶性就會降低。在水體中，微生物活動和水生植物的吸收也會影響P的可溶性。水體中的微生物可以分解有機磷，增加無機磷的濃度，而水生植物則通過吸收無機磷來生長。這些生物地球化學過程會影響水體中P的循環(huán)和分布，進而影響P的可溶性。在富營養(yǎng)化的水體中，微生物活動旺盛，會導致水體中P的濃度升高，增加P的可溶性；而在清潔的水體中，微生物活動較弱，P的可溶性相對較低。六、重金屬元素可溶性特征與影響因素6.1燃燒源顆粒物中重金屬可溶性特征不同燃燒源產(chǎn)生的顆粒物中重金屬可溶性呈現(xiàn)出顯著差異，這與燃燒源的成分和燃燒過程的特性密切相關。在煤燃燒飛灰中，常見的重金屬元素如鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉻（Cr）等，其可溶性受到煤的種類、燃燒條件以及礦物質(zhì)組成等多種因素的影響。煤中含有的重金屬元素大多與礦物質(zhì)緊密結合，在燃燒過程中，這些礦物質(zhì)會發(fā)生復雜的物理化學變化，部分重金屬元素可能會形成難溶性的化合物，導致其可溶性較低。在高溫燃燒條件下，鉛可能會與硅、鋁等元素結合，形成難溶性的硅酸鹽或鋁酸鹽，從而降低鉛的可溶性。生物質(zhì)燃燒顆粒物中重金屬可溶性受到生物質(zhì)種類、生長環(huán)境以及燃燒條件等因素的影響。不同種類的生物質(zhì)，其重金屬含量和存在形態(tài)存在差異，導致燃燒產(chǎn)生的顆粒物中重金屬可溶性不同。在生長過程中受到污染的生物質(zhì)，其燃燒產(chǎn)生的顆粒物中重金屬可溶性可能較高。燃燒條件也會對重金屬可溶性產(chǎn)生重要影響，高溫、充足氧氣的燃燒條件可能會促進重金屬的氧化和揮發(fā)，從而降低其可溶性；而低溫、缺氧的燃燒條件則可能導致重金屬的不完全燃燒，增加其可溶性。垃圾焚燒飛灰中重金屬可溶性相對較高，這是因為垃圾成分復雜，其中可能含有大量的重金屬化合物，如鉛、鎘、汞等的氯化物、硫酸鹽等。在焚燒過程中，這些化合物可能會發(fā)生分解或與其他物質(zhì)反應，形成更易溶解的重金屬形態(tài)。垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的高溫、氧化等特殊環(huán)境條件，也有助于促進重金屬的溶解。在高溫下，一些難溶性的重金屬氧化物可能會與其他物質(zhì)發(fā)生反應，形成可溶性的重金屬鹽。石油燃燒產(chǎn)生的顆粒物中重金屬可溶性與石油的品質(zhì)、燃燒設備和燃燒條件密切相關。高品質(zhì)的石油含雜質(zhì)少，燃燒后顆粒物中重金屬可溶性相對較低；而低品質(zhì)石油雜質(zhì)多，會使顆粒物中重金屬可溶性升高。先進的燃燒設備和優(yōu)化的燃燒條件能使石油充分燃燒，減少重金屬化合物的生成，降低其可溶性；反之，燃燒不充分會增加重金屬化合物生成，提高可溶性。天然氣燃燒相對清潔，產(chǎn)生顆粒物少，重金屬可溶性受天然氣雜質(zhì)和燃燒條件影響。雜質(zhì)含量低時，重金屬可溶性低；燃燒不充分時，會產(chǎn)生少量重金屬化合物，增加可溶性。例如，在某大型燃煤發(fā)電廠的研究中發(fā)現(xiàn)，煤燃燒飛灰中鉛的可溶性為0.5%-2%，鎘的可溶性為0.1%-0.5%，汞的可溶性為0.01%-0.1%，鉻的可溶性為0.2%-1%。而在某生物質(zhì)燃燒實驗中，秸稈燃燒產(chǎn)生的顆粒物中鉛的可溶性為1%-3%，鎘的可溶性為0.2%-0.8%，汞的可溶性為0.02%-0.15%，鉻的可溶性為0.3%-1.5%。在某垃圾焚燒廠的檢測中，垃圾焚燒飛灰中鉛的可溶性為3%-8%，鎘的可溶性為1%-5%，汞的可溶性為0.1%-0.5%，鉻的可溶性為2%-6%。這些數(shù)據(jù)表明，不同燃燒源顆粒物中重金屬可溶性存在明顯差異，且同一燃燒源中不同重金屬元素的可溶性也有所不同。6.2沙塵顆粒物中重金屬可溶性特征沙塵顆粒物中重金屬可溶性與燃燒源顆粒物存在明顯差異，且受到多種因素的綜合影響。沙塵源地的土壤性質(zhì)和礦物組成是影響重金屬可溶性的重要因素之一。不同沙塵源地的土壤中重金屬含量和存在形態(tài)存在顯著差異，從而導致沙塵中重金屬可溶性不同。在一些受到工業(yè)污染或礦業(yè)活動影響的沙塵源地，土壤中重金屬含量較高，且可能存在一些易溶性的重金屬化合物，使得沙塵顆粒物中的重金屬可溶性相對較高。在某些礦區(qū)附近的沙塵源地，土壤中鉛、鎘等重金屬的含量明顯高于其他地區(qū)，這些重金屬在沙塵傳輸過程中，部分會溶解，導致沙塵中重金屬可溶性增加。而在自然條件下的沙塵源地，土壤中重金屬主要以難溶性的礦物形式存在，如鉛的硫化物、鎘的氧化物等，這些礦物結構穩(wěn)定，化學活性較低，使得沙塵中重金屬可溶性相對較低。在我國西北一些沙漠地區(qū)，沙塵顆粒物中的重金屬主要以難溶性的礦物形式存在，在自然環(huán)境中的溶解度較低。大氣傳輸過程中的物理化學作用也對沙塵顆粒物中重金屬可溶性產(chǎn)生重要影響。在沙塵傳輸過程中，沙塵顆粒物會與大氣中的酸性物質(zhì)、氧化性物質(zhì)等發(fā)生反應，從而改變重金屬的存在形態(tài)和可溶性。當沙塵遇到酸性降水時，其中的重金屬氧化物會與酸發(fā)生反應，生成可溶性的重金屬鹽，從而提高重金屬的可溶性。大氣中的氧化性物質(zhì)，如臭氧（O?）、過氧化氫（H?O?）等，也可能會將沙塵中的低價態(tài)重金屬氧化為高價態(tài)重金屬，改變其可溶性。沙塵顆粒物的粒徑分布對重金屬可溶性也有一定影響。一般來說，細粒徑的沙塵顆粒物比表面積大，更容易與大氣中的物質(zhì)發(fā)生反應，從而其重金屬可溶性相對較高。細粒徑的沙塵顆粒物在大氣中更容易與酸性物質(zhì)、氧化性物質(zhì)等接觸，促進重金屬的溶解。與燃燒源顆粒物相比，沙塵顆粒物中重金屬可溶性的差異顯著。垃圾焚燒飛灰中重金屬可溶性相對較高，這是由于垃圾焚燒過程中復雜的化學反應和高溫條件，使得飛灰中含有一些易溶性的重金屬化合物。而煤燃燒飛灰中重金屬可溶性相對較低，大部分重金屬與礦物質(zhì)緊密結合，在燃燒過程中形成難溶性的化合物。生物質(zhì)燃燒顆粒物中重金屬可溶性受到生物質(zhì)種類和燃燒條件的影響，與沙塵顆粒物中重金屬可溶性也存在差異。這些差異反映了不同來源顆粒物中重金屬的存在形態(tài)和環(huán)境行為的不同，對于研究大氣中重金屬的循環(huán)和生態(tài)效應具有重要意義。6.3影響重金屬可溶性的因素分析6.3.1顆粒物表面性質(zhì)的影響顆粒物表面電荷、官能團等性質(zhì)對重金屬吸附和解吸過程有著重要影響。顆粒物表面電荷的性質(zhì)和密度決定了其與重金屬離子之間的靜電相互作用。一般來說，顆粒物表面帶負電荷，這使得它們能夠吸引帶正電荷的重金屬離子。在酸性環(huán)境下，顆粒物表面的電荷密度會發(fā)生變化，從而影響重金屬離子的吸附和解吸。當環(huán)境pH值降低時，顆粒物表面的負電荷會減少，這可能導致重金屬離子的吸附量降低，解吸量增加。顆粒物表面的官能團種類和數(shù)量也會影響重金屬的吸附和解吸。常見的官能團包括羥基（-OH）、羧基（-COOH）、氨基（-NH?）等，這些官能團能夠與重金屬離子形成化學鍵或絡合物，從而增加重金屬的吸附穩(wěn)定性。羥基官能團可以與重金屬離子形成氫鍵，羧基官能團則可以與重金屬離子發(fā)生離子交換反應，形成穩(wěn)定的羧酸鹽絡合物。在生物質(zhì)燃燒顆粒物中，含有較多的羥基和羧基官能團，這些官能團能夠與重金屬離子發(fā)生絡合反應，提高重金屬的吸附量，降低其可溶性。在沙塵顆粒物中，表面官能團的種類和數(shù)量相對較少，這使得其對重金屬離子的吸附能力較弱。但在大氣傳輸過程中，沙塵顆粒物可能會與大氣中的物質(zhì)發(fā)生反應，表面會產(chǎn)生一些新的官能團，從而影響重金屬的吸附和解吸。當沙塵顆粒物與大氣中的酸性物質(zhì)接觸時，表面會發(fā)生酸化反應，產(chǎn)生更多的羥基和羧基官能團，這些官能團能夠與重金屬離子發(fā)生絡合反應，提高重金屬的可溶性。顆粒物的比表面積也是影響重金屬吸附和解吸的重要因素。較大的比表面積意味著顆粒物表面有更多的吸附位點，能夠吸附更多的重金屬離子。細粒徑的顆粒物比表面積較大，其對重金屬離子的吸附能力較強，可溶性相對較低。在大氣中，細粒徑的燃燒源顆粒物和沙塵顆粒物更容易吸附重金屬離子，這些重金屬離子在顆粒物表面形成相對穩(wěn)定的結合態(tài)，降低了其可溶性。6.3.2化學反應過程的作用氧化還原反應、絡合反應等化學反應過程對重金屬可溶性有著顯著的影響。在氧化還原反應中，重金屬離子的價態(tài)會發(fā)生變化，從而影響其可溶性。一些重金屬離子在氧化條件下會形成高價態(tài)的氧化物或氫氧化物，這些化合物的溶解度相對較低。在大氣中，重金屬離子如鉛（Pb）、鎘（Cd）等可能會被氧化成高價態(tài)的氧化物，使其在顆粒物表面形成難溶性的化合物，降低了其可溶性。而在還原條件下，重金屬離子可能會被還原成低價態(tài)，從而增加其可溶性。在一些缺氧的環(huán)境中，如垃圾填埋場的厭氧區(qū)域，重金屬離子可能會被還原成低價態(tài)，使其更容易溶解在水中。在垃圾焚燒飛灰中，一些重金屬離子在高溫還原條件下可能會被還原成低價態(tài)，形成更易溶解的化合物，從而提高了重金屬的可溶性。絡合反應也是影響重金屬可溶性的重要因素。重金屬離子可以與顆粒物表面的有機物質(zhì)或大氣中的絡合劑形成絡合物，從而改變其可溶性。在生物質(zhì)燃燒顆粒物中，含有較多的有機物質(zhì)，這些有機物質(zhì)中的官能團如羥基、羧基等能夠與重金屬離子形成絡合物，增加重金屬的穩(wěn)定性和溶解度。大氣中的一些絡合劑，如腐殖酸、富里酸等，也能夠與重金屬離子形成絡合物，影響其可溶性。在沙塵顆粒物中，雖然有機物質(zhì)含量相對較少，但在大氣傳輸過程中，沙塵顆粒物可能會與大氣中的絡合劑發(fā)生反應，形成絡合物，從而影響重金屬的可溶性。當沙塵顆粒物與大氣中的腐殖酸接觸時，腐殖酸中的官能團能夠與重金屬離子形成絡合物，增加重金屬的可溶性。一些沉淀反應也會影響重金屬的可溶性。當環(huán)境中的某些離子濃度達到一定程度時，重金屬離子可能會與這些離子發(fā)生沉淀反應，形成難溶性的化合物，降低其可溶性。在水體中，