兰州市城关区和西固区PM2.5污染特征及来源解析

摘要

目的：
　　探讨兰州市城关区和西固区（以下简称两区）PM2.5的污染特征、化学组成特征、浓度变化规律及空间差异；初步解析PM2.5的主要污染来源。
　　方法：
　　搜集兰州市2015年PM2.5质量浓度和日常气象监测资料；应用大气TSP智能中流量采样器采集和测定兰州市两区采样点PM2.5样品，应用离子色谱法检测PM2.5中的水溶性离子，应用电感耦合等离子体质谱仪检测PM2.5中的重金属元素，应用高效液相色谱法检测PM2.5中的多环芳烃（PAHs）；对收集到的PM2.5成分数据进行非参数检验和相关性分析，构建主成分分析-线性回归模型（PCA-MLR）。
　　结果：
　　1.兰州市2015年PM2.5污染现状
　　PM2.5年平均质量浓度为51.71μg/m3，超过国家二级标准限值0.48倍，变化范围在19~147μg/m3。全年365d中约有七分之一时间PM2.5污染浓度超标。PM2.5质量浓度有明显的时空分布特征：西固区>城关区（P<0.05），采暖期>非采暖期（P<0.01），冬季>春季>秋季>夏季（P<0.01）。
　　2.兰州市两区采样点PM2.5化学组成特征及差异
　　（1）两区PM2.5污染特征。采样期间两区PM2.5质量浓度水平波幅较大，夏季和非采暖期表现为：城关区>西固区（P<0.01）。在同一地区，PM2.5的质量浓度水平在不同时期差异有显著性，表现为：冬季>春季>夏/秋季（P<0.01），采暖期>非采暖期（P<0.01）。
　　（2）两区PM2.5化学组成及整体变化特征。两区PM2.5化学组成浓度由高到低次序一致，为：水溶性离子>重金属>PAHs，其中PAHs的总质量浓度地区差异显著：城关区>西固区（P<0.05），而重金属和水溶性离子的总质量浓度无显著地区差异（P>0.05）。
　　（3）两区PM2.5水溶性离子污染特征。两区PM2.5中4种水溶性离子的平均质量浓度从高到低排序一致，表现为：SO2－4>NO－3>Cl－>NH+4，且离子之间呈显著正相关（P<0.01）；同一地区4种水溶性离子浓度的时间分布差异显著，表现为冬季高于其他季节（P<0.05），采暖期>非采暖期（P<0.01）。
　　（4）两区PM2.5重金属污染特征。两区PM2.5中7种重金属元素含量由高到低次序基本一致，为：Al>Pb>Mn>As>Sb/Cd>Tl；全年As污染超标严重，分别超过了国家年平均浓度限值的0.89倍（城关区）和0.88倍（西固区）；城关区Cd、Pb、Mn的质量浓度高于西固区（P<0.05）；同一地区7种重金属元素的质量浓度均存在季节差异（P<0.05），且不同种金属元素的季节变化趋势各不相同。
　　（5）两区PM2.5PAHs污染特征。两区PM2.5中14种PAHs的主要组分是：BbF、Flua、Ant、Pyr、Nap、Chr、DBahA和BaA；采样期间BaP超标严重，分别超过了年平均浓度限值的1.21倍（城关区）和0.85倍（西固区）；城关区Nap和IcdP的质量浓度高于西固区（P<0.05）；在同一地区，大部分PAHs单体的质量浓度存在季节差异（P<0.05），且季节变化趋势各不相同。
　　3.兰州市两区PM2.5污染来源初步分析
　　城关区主要污染来源是燃煤/交通混合污染，其次为土壤扬尘和生物质燃烧源；西固区的污染来源较为复杂，除了燃煤/交通混合污染源和土壤扬尘污染源之外，工业污染源、工业/燃煤混合污染源及二次污染源也占有一定比例。
　　结论：
　　（1）兰州市PM2.5及其化学组成污染形势依然严峻，且存在明显的时空分布差异，应针对性地加强对突出源贡献以及采暖季节的PM2.5监测和预防控制，加强控制As污染和BaP污染，减少健康风险。
　　（2）兰州市城关区的主要污染来源是燃煤/交通混合污染，西固区的污染源较为复杂，有关政府部门应当进一步加大兰州市空气污染监测，重视机动车辆尾气排放和燃煤燃烧等问题的治理并出台相应的控排、限排措施，同时针对西固区复杂多变的PM2.5污染来源制定相适应的多措施污染防治策略，以确保兰州市空气质量较好较快地向绿色城市转变。

目录

声明

第一章 前 言

1.1 研究背景

1.2 PM2.5研究现状

1.2.1 PM2.5的污染现状

1.2.2 PM2.5的化学组成特征及来源解析

1.3 研究区域概况

1.4 技术路线图

第二章 兰州市PM2.5污染浓度水平及时空分布特征

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.2.1 兰州市2015年主要气象状况

2.2.2 兰州市2015年PM2.5污染概况

2.2.3 PM2.5污染的空间分布特征

2.2.4 PM2.5污染的时间分布特征

2.2.5 PM2.5污染浓度与气象要素之间的相关关系

2.3 结论

第三章 兰州市两区PM2.5化学组成及特征

3.1 材料与方法

3.1.1 PM2.5样品采集

3.1.2 PM2.5样品中化学成分测定

3.1.3 统计学方法

3.2 结果与分析

3.2.1 采样点PM2.5污染状况

3.2.2 PM2.5化学组成及整体分布特征

3.2.3 PM2.5中水溶性离子的污染变化特征

3.2.4 PM2.5中重金属元素测定结果

3.2.5 PM2.5中PAHs质量浓度分布情况

3.3 结论

第四章 兰州市两区PM2.5污染来源解析

4.1 PM2.5源解析方法

4.2 结果与分析

4.3 结论

参考文献

英文缩略词表

在学期间的研究成果

致谢