南昌大学前湖校区室内、外气溶胶水溶性离子的分布特征

摘要

气溶胶因对全球气候、环境空气、能见度及人体健康等带来不利影响，成为近年来的研究热点。国内外研究者对室外大气中的细颗粒物及其化学组分开展了许多研宄，而对室内细颗粒物及其化学组分的研宄尚很少见。水溶性离子（Water Soluble Ions）是大气颗粒物的重要组成成分，也是PM2.5对人体健康、能见度及气候等影响的主要原因所在。为了反映南昌PM2.5的污染情况，本研究中选择南昌大学前湖校区作为监测区域，利用PM2.5便携式低流量采样器、离子色谱等研究手段，讨论分析其质量浓度、空间分布、季节变化、室内外相关性等特征，基于这些基本特征，定性分析其来源，为南昌市细粒子的污染控制战略提供基础数据和科学依据，主要研究结论如下:
　　 (1) PM2.5、PM10及其水溶性离子浓度呈现冬高夏低的特征，反映冬季的颗粒物的污染情况更严重，其化学组成更复杂;
　　 (2) PM2.5与PM10中阴阳离子主要有Na+、NH4+、Ca2+、SO42-和NO3-，分别占离子总浓度的93.1％和92.8％，在PM10中，在各离子浓度大小顺序依次为SO42-＞Na+＞ NH4+＞ Ca2+＞NO3-＞ Cl-＞K+＞Mg2+，而在PM2.5中，各离子浓度大小顺序依次为SO42-(-)＞NH4+＞Na+＞NO3-＞Ca2+＞ Cl-＞ K+＞ Mg2+，无论是粗颗粒还是细颗粒中SO42-是各离子组分中浓度最高的离子，说明南昌粗粒子和细粒子主要为硫酸型污染;
　　 (3)夏季，SO42-inPM2.5/SO42-inPM10＞K+inPM2.5/K+inPM10＞NH4+inPM2.5/NH4+inPM10＞80％，而冬季SO42-、NH+的比值均小于60％，说明SO42-、K+和NH4+三种离子的在夏季主要富集在细颗粒物中，而在冬季可能是由于气温低、太阳辐射弱，不利于二次气溶胶的形成，导致它们的比值冬季明显低于夏季，而Mg2+inPM2.5/Mg2+inPM10和Ca2+inPM2.5/Ca2+inPM10的比值在冬季（60.0％和54.1％）与夏季（56.5％和56.1％）变化不明显，说明这两种离子主要富集于粗粒子中，且受到气温变化的影响小，但与扬尘、建筑工地、机动车活动等原因有密切的关系。
　　 (4)本次采样研究的南昌细颗粒物中三种主要水溶性离子（NH4+、NO3-和SO42-）浓度水平相对较高，甚至有出现比相关文献报道的国内外城市颗粒物及其离子浓度要高的情况，说明南昌细颗粒物的污染相当严峻;
　　 (5)离子浓度呈现夜间高于昼间的特征，主要原因是大气混合层（MLD）高度不同，夜间混合层低，昼间高，使得污染物在夜间的扩散稀释能力较昼间差。
　　 (6)本次采样研究发现南昌室内环境中的PM2.5的质量浓度（普通办公室、文印室、宿舍、图书馆、食堂、普通教室）的浓度水平相对较高，甚至出现了高于其他研宄所监测的类似环境里的颗粒物浓度的情况。南昌细颗粒物污染相当严峻，需要及时采取切实有效的措施来控制室内颗粒物污染，减少人群对细颗粒物的暴露风险;SO42-的浓度大，且占的比例也大，这说明室外源对其贡献大，且在从室外向室内的渗透过程中，硫酸盐是稳定的，这与以往的研究结果相似;
　　 (7)室内的多个的水溶性离子浓度比室外要高，主要原因是在夏季采样期间各采样点可能存在室内源（如吸烟、化学实验、日常活动等），与室外相比，室内PM2.5的质量浓度相对较高;而冬季，正好相反，大部分离子的浓度在室外环境均高于室内环境，这很可能是由于在冬季，由于门窗基本上是关闭，室内有较低的空气交换率造成的。
　　 (8)根据离子平衡计算发现:夏季的拟合线的斜率都低于1，而冬季大部分的拟合线的斜率高于1，且阴阳离子的相关性水平较夏季好，这说明在夏季F-、PO43-、NO2-、CO32-、有机酸的含量相对较少，相对而言，在冬季阳离子存在缺失。无论是夏季还是冬季，采样点O1和I2阴阳离子的相关性非常好，表明这两个采样点的阴离子和阳离子可能来于同一污染源。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 引言

1．2 大气颗粒物的研究综述

1．2．1 来源与组成

1．2．2 对人体健康的影响

1．2．3 对能见度的影响

1．2．4 对气候的影响

1．2．5 大气颗粒物标准

1．3 大气颗粒物中水溶性物质的研究综述

1．3．1 大气颗粒物中的水溶性物质组成

1．3．2 大气颗粒物中的水溶性物质的危害

1．3．3 PM2.5中水溶性离子污染特征的研究现状

1．4 本文研究的内容及意义

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

1．4．3 研究意义

第2章 实验内容及方法

2．1 样品采集

2．1．1 采样点的布设

2．1．2 样品采集时间和数量

2．1．3 现场采集

2．2 样品的处理与分析

2．2．1 PM2.5和PM10的分析

2．2．2 水溶性离子的分析

2．3 气象条件

第3章 室外环境PM2.5、PM10中水溶性离子分布特征

3．1 室外环境PM2.5和PM10中水溶性离子分布特征

3．1．1 PM2.5、PM10中各组分水溶性离子组成

3．1．2 PM2.5中水溶性离子与PM10中水溶性离子差异

3．1．3 冬、夏季PM2.5中水溶性离子与PM10中水溶性离子分布

3．1．4 PM2.5中各水溶性离子昼夜间浓度变化规律

3．2 PM2.5中水溶性离子浓度水平与其它城市比较

3．3 本章小结

第4章 室内环境PM2.5中水溶性离子的分布特征及来源

4．1 不同室内环境水溶性离子组分的变化规律

4．1．1 不同室内环境的PM2.5变化规律

4．1．2 不同室内环境的PM2.5中水溶性离子变化规律

4．2 PM2.5中水溶性离子的室内、室外分布特征

4．2．1 PM2.5中水溶性离子的室内-室外分布特征

4．2．2 PM2.5中水溶性离子的室内-室外分布特征的冬、夏季节比较

4．2．3 PM2.5中水溶性离子室内-室外相关性分析

4．2．4 PM2.5中水溶性离子室内-室外相关性冬、夏季节的比较

4．3 PM2.5中各水溶性离子间的相关性

4．3．1 夏季各水溶性离子间的相关性

4．3．2 冬季各水性溶离子间的相关性

4．3．3 PM2.5中水溶性离子的结合方式

4．4 离子平衡

4．4．1 离子平衡计算

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果