泉州市大气颗粒物中重金属和REE污染特征及来源解析

摘要

大气颗粒物是大气环境中主要污染物之一。颗粒物本身对人体健康构成威胁，并且可以吸附有毒化学组分增加其毒性。研究大气颗粒物中化学组分的浓度水平、分布特征及来源，对大气污染防治具有重大意义。本文对泉州市不同功能区大气降尘、TSP和PM2.5中金属元素、稀土元素的污染特征及来源进行分析，得到以下主要结论：
　　泉州市大气降尘中不同金属含量空间分布差异较大；富集因子和地累积指数表明Cd、Hg、Zn、Ca、Pb、Cu、Ni、Sr的富集程度及污染水平相对较高；生态风险指数显示，所有功能区的多元素综合潜在生态风险程度极高，Cd和Hg对综合潜在生态风险指数的贡献达95.56%。多元统计分析结果表明，V、Fe、Ba、Bi、Ni、Sr、Pb、Cs、Sc、Zn、Cd主要来源于工业污染和交通排放，Th、U、Rb、Y、Ti主要来源于土壤尘，Li、Mn、Cu、Hg、Cr、Co、Ca主要来源于燃煤。铅同位素三元混合模型计算得到降尘中铅来源主要为土壤母质(29.41%~64.00%)、燃煤尘(22.53%～60.48%)和汽车尾气(3.13%～13.47%)；87Sr/86Sr和1/Sr分布图显示降尘中锶来源主要为燃煤尘和汽车尾气。
　　泉州市大气降尘的ΣREE空间分布差异较大；居住区、交通繁忙区、商业区的ΣREE变异系数均较小，显示其来源较为一致。降尘和潜在源样品中稀土元素的配分曲线均为右倾，轻稀土相对重稀土富集，具有明显的Eu负异常。LaCeV三角图解表明居住区、交通繁忙区、商业区降尘中REE主要受交通源和土壤尘的影响，其次为燃煤源。δEu-ΣREE和HREEN/MREEN-LaN关系图解进一步说明汽车尾气排放是交通繁忙区和商业区降尘中REE的主要来源。所有功能区的稀土元素受钢铁厂排放物和水泥尘的影响较小，且农业区和工业区的稀土来源与其他功能区存在差异。
　　泉州市TSP浓度的空间分布依次是工业区＞交通繁忙区＞居住区＞商业区。As、Cd、Bi、Sb、Zn、Sn、Sr、Pb的富集程度及污染水平极高。所有功能区的潜在生态风险程度极高；Cd的潜在生态危害程度最高，其次为As和Pb。Fe、Pb、Y、Mn、Th、Sn、Zn、Rb、U、Cr、Ni、V、Ga主要来源于土壤尘、工业排放以及交通排放，Zr、Bi、Cd、Co、Cu主要来源于燃煤，Ge、Ba、Sc、Li、Hf、Ti、Sb、As、Sr、Ta，As主要来源于土壤尘和燃煤。泉州市TSP中ΣREE的分布依次为交通繁忙区＞商业区＞居住区＞工业区。稀土元素平均含量符合地壳分布规律，说明土壤扬尘是其来源之一。稀土元素的配分曲线均为右倾，轻稀土相对重稀土富集，具有轻微的Pr正异常和Eu负异常。TSP与潜在源样品的δEu-MREEN/MREEN*、δCe-δEu关系图显示泉州市TSP中稀土元素主要受土壤尘、燃煤及交通源的影响，其次为钢铁厂排放物和水泥尘。
　　泉州市全年采样期间内PM2.5的平均浓度为40.55μg·m-3。PM2.5中大部分元素浓度的季节变化规律与 PM2.5浓度的季节变化特征一致。PM2.5中不同金属元素含量空间分布差异较大，浓度大小在功能区中的分布依次为居住工业混合区＞居住商业混合区＞风景区；Cd、Sb、Bi、Zn、Cu、In、Pb、Tl、Ni、Cr、V的富集程度较高；健康风险评价结果显示，PM2.5中重金属非致癌风险相对较低，季节分布为：冬季＞夏季＞秋季＞春季；Cr具有一定的致癌风险，其他重金属元素致癌风险极低，季节分布为：冬季＞秋季＞夏季＞春季。非致癌风险与致癌风险在不同季节和功能区均为：儿童＞成年男性＞成年女性。Zr、Hf、Y、Sr、Ba、Th、U、Ta、Co主要来源于土壤尘；Cr、Cu、Ni、Sc、V主要来源于工业污染；Pb、Bi、Cd、Zn主要来源于燃煤和交通排放；In、Cs、Sb、Tl、Li、Rb、Ga、Mo主要来源于工业污染和交通排放。
　　泉州市PM2.5样品ΣLREE、ΣHREE、ΣREE在时空分布上存在差异。春、夏、冬季PM2.5浓度与PM2.5中ΣREE存在一定的相关性，秋季并不存在明显的相关性。大气PM2.5和潜在源中REE配分曲线均为右倾LREE相对HREE富集，具有明显的Eu负异常。LaCeSm、LaCeV三角图揭示四季PM2.5中REE来源，即：春秋季主要来源于钢铁厂排放物、水泥尘；夏冬季主要来源于土壤尘、钢铁厂排放物、水泥尘、燃煤、交通排放。泉州市PM2.5和潜在污染源中ΣREE与εNd、143Nd/144Nd与LaN、143Nd/144Nd与LREE/HREE、δEu与εNd的二元分布图显示泉州大气PM2.5受交通源的影响最大，其次是燃煤源、水泥尘，受自然源和钢铁厂排放物影响较小。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2国内外研究进展

1.3研究内容及技术路线

第2章 研究区域概况及样品采集与分析

2.1 研究区域概况

2.2 样品采集与预处理

2.3 样品分析测定

第3章 泉州市大气降尘中金属元素污染特征及来源解析

3.1 降尘中金属元素含量水平

3.2 降尘中金属元素污染评价

3.3降尘中金属元素污染来源分析

3.4 小结

第4章 泉州市大气降尘中REE地球化学特征及来源解析

4.1降尘中稀土元素组成特征

4.2 降尘中稀土元素配分模式

4.3 降尘中稀土元素特征参数

4.4 降尘中稀土元素来源分析

4.5 小结

第5章 泉州市大气TSP中金属及REE污染特征及来源解析

5.1 不同功能区TSP的浓度水平

5.2 不同功能区TSP中金属元素的浓度分布

5.3 TSP中金属元素污染评价

5.4 TSP中金属元素污染来源分析

5.5 TSP中稀土元素组成特征

5.6 TSP中稀土元素配分模式

5.7 TSP中稀土元素特征参数图示踪来源

5.8 小结

第6章 泉州市大气PM2.5中金属元素分布特征及来源解析

6.1 泉州大气PM2.5质量浓度时空分布特征

6.2 PM2.5中金属元素的浓度特征

6.3 PM2.5中金属元素富集程度

6.4 PM2.5中重金属健康风险评价

6.5 PM2.5中金属元素的来源解析

6.6 小结

第7章 泉州市大气PM2.5中REE地球化学特征及来源解析

7.1 PM2.5中稀土元素浓度特征

7.2 不同季节PM2.5浓度与REE浓度相关性分析

7.3 不同季节PM2.5中稀土元素配分模式差异

7.4 三元图定性识别不同季节PM2.5中稀土来源

7.5 Nd同位素结合稀土元素示踪泉州市PM2.5来源

7.6 小结

第8章 结论与展望

8.1 结论

8.2 研究特色与创新

8.3 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果