宁东能源化工基地大气硝基多环芳烃污染特征及呼吸暴露风险

摘要

随着社会的发展及经济的腾飞，大气有机污染问题日渐严重且日益受到科学界的广泛关注。母体多环芳烃(PAHs)作为大气中一类重要的有机污染物，在大气中排放普遍且污染严重，而其衍生物硝基多环芳烃(NPAHs)在环境中的浓度通常较母体PAHs低，但其毒性却比母体PAHs大得多。NPAHs既可由燃烧源和柴油车尾气等一次源排放，又可由母体PAHs与氮氧化物等氧化剂（OH，NO3，O3 )发生光化学反应而二次生成，由此，较高的大气NPAHs水平会带来一定的呼吸暴露健康风险。 宁东能源化工基地为能源金三角的重要组成部分，而能源金三角又是西北部地区乃至全国范围的重要能源基地，其开发利用过程中不可避免的产生排放而造成NPAHs大气污染。但国内外针对该能源化工基地大气NPAHs排放及污染现状的研究却鲜有报道。基于此，本学位论文拟利用大气主动采样器对宁东能源化工基地大气中气相和细颗粒物(PM1.0、PM2.5)进行样品采集，观测研究该能源化工基地大气NPAHs的污染现状及特征，识别其一次排放或二次形成的来源差异，并基于等效BaP毒性因子评估研究区人群因呼吸暴露于大气NPAHs的健康风险。研究结果如下： （1）宁东能源化工基地大气NPAHs污染特征：细颗粒物PM1.0中∑12NPAHs浓度范围为3.98~17.16 ng/m3，PM2.5中浓度在2.06~37.14 ng/m3的范围内，气相∑12NPAHs的浓度水平介于1.19~6.51 ng/m3之间，且普遍高于国内外的大部分国家和地区；季节性差异表现为：PM1.0和PM2.5中NPAHs浓度冬季高于夏季，而气相中则相反，表现为夏季的污染水平高于冬季；族谱特征为：研究区大气气相、颗粒相中NPAHs主要以3、4环组分居多，低环的1-NNap和2-NNap易存在于冬季，且宝丰点冬夏两季均以3环2-NFl和4环6-NChry为主，而英力特夏季仅以6-NChry的浓度为最高，冬季则6-NChry和2-NFl为主。 （2）宁东能源化工基地大气NPAHs气—固分配规律为：分子质量为173 g/mol(2环)的1-NNap和2-NNap两种组分，其logKOA相对较小，因此主要集中在气相中；分子质量为199~223 g/mol(3环)的组分其logKOA相对较高，大多都在8~10的范围内，因此在气、固两相中分布较为均匀；分子质量为247 g/mol(4 环)的组分在两相中的百分含量均在10%以下；而分子质量为273 g/mol(4环)的组分在气、固中的百分占比均较高，大致在50%左右，特别是冬季。大气NPAHs粒径分布特征为：夏季NPAHs更易集中在细颗粒物PM1.0上，而在冬季则相反，NPAHs更倾向于吸附在细颗粒物PM2.5上，推断与夏季更强的二次光化学反应贡献更高浓度的二次来源的NPAHs相关。 （3）基于特征化合物比值法和相关性分析方法的来源分析：宁东能源化工基地大气中NPAHs主要由一次排放源产生，其中夏季受煤炭燃烧和柴油车尾气排放等共同作用，冬季则以煤炭燃烧排放源为主。就二次形成源的角度分析：宁东能源化工基地全年均存在一定程度的二次光化学反应，且夏季的光化学反应程度可能较冬季更高。 （4）基于BaP等效毒性因子评价法估算∑5NPAHs的个体呼吸暴露致癌风险指数：大气中∑5NPAHs（气相+颗粒相）的个体呼吸暴露致癌风险指数相对较高，宝丰和英力特冬夏两季个体呼吸暴露致癌风险指数均值分别为5.58×10-5和5.31×10-5，高于Cal/EPA规定的1.00×10-5的限值，其中气相NPAHs的浓度水平未发现对人体健康有明显影响，而颗粒相NPAHs给暴露人群带来的致癌健康风险高于气相。

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摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1 大气硝基多环芳烃污染国内外研究概述

1.1.1 硝基多环芳烃化学结构特征及理化性质

1.1.2 大气中硝基多环芳烃的环境行为

1.1.3 大气硝基多环芳烃污染浓度水平研究现状

1.1.4 大气硝基多环芳烃气-固分配及粒径分布研究现状

1.1.5 大气硝基多环芳烃的产生及来源分析

1.1.6 硝基多环芳烃的毒性效应及呼吸暴露风险评估

1.2 研究意义、目的及内容

1.2.1 研究背景及意义

1.2.2 研究目的

1.2.3 研究内容及方案

第二章 研究方法

2.1 研究区概况

2.1.1 自然环境

2.1.2 工业及能源消费状况

2.1.3 环境质量状况

2.2 采样方案及样品采集

2.2.1 采样方案

2.2.2 样品采集

2.3 样品前处理及分析

2.3.1 试剂、药品、设备及仪器

2.3.3 GC-MS分析

2.4 质量保证和质量控制（QA/QC）

2.5 大气硝基多环芳烃来源分析及呼吸暴露健康风险评估方法

2.5.1 一次来源分析方法

2.5.2 二次形成来源的识别方法

2.5.3 呼吸暴露健康风险评估方法

第三章 大气硝基多环芳烃污染浓度水平及族谱特征

3.1 大气硝基多环芳烃的浓度水平

3.2 大气硝基多环芳烃的季节差异

3.2.1 颗粒相硝基多环芳烃的季节差异

3.2.2 气相硝基多环芳烃的季节差异

3.3 大气硝基多环芳烃的昼夜水平差异

3.3.1 颗粒相硝基多环芳烃的昼夜水平差异

3.3.2 气相硝基多环芳烃的昼夜水平差异

3.4 两采样点大气硝基多环芳烃的污染特征差异

3.5 大气硝基多环芳烃的族谱特征

3.5.1 颗粒相硝基多环芳烃的族谱特征

3.5.2 气相硝基多环芳烃的族谱特征

3.6 本章小结

第四章 大气硝基多环芳烃气-固分配及粒径分布

4.1 气-固分配

4.2 粒径分布

4.3 本章小结

第五章 大气硝基多环芳烃来源分析

5.1 大气硝基多环芳烃来源分析

5.1.1 颗粒相硝基多环芳烃来源分析

5.1.2 气相硝基多环芳烃来源分析

5.2 硝基多环芳烃与母体多环芳烃及大气常规污染物的相关性分析

5.3 本章小结

第六章 大气硝基多环芳烃污染的呼吸暴露健康风险评估

6.1 宝丰点大气硝基多环芳烃呼吸暴露风险评估

6.2 英力特大气硝基多环芳烃呼吸暴露风险评估

6.3 宁东能源化工基地大气硝基多环芳烃个体致癌风险总体特征

6.4 本章小结

第七章 结论、创新、不足和展望

7.1 结论

7.2 特色与创新

7.3 不足与展望

参考文献

在学期间研究成果

致 谢