济南市大气颗粒物酸缓冲能力研究

摘要

我国北方的SO2排放总量高于南方，但酸雨污染程度却比南方要低，主要是因为大气颗粒物酸缓冲能力大小对降水的pH有重要影响，它可能引起降水的酸化，也可能对降水的酸性起到中和作用。我国一些城市已经先期开展了大气颗粒物酸缓冲能力研究，但大多属于短期研究。济南市作为我国重要的北方城市，其颗粒物污染严重，PM10是环境空气中的首要污染物，但到目前为止还未见关于济南市大气颗粒物酸缓冲能力的研究报道。
　　 本文以济南市为研究区域，于2009年3月至2010年2月每月中旬在山东建筑大学科技楼顶(15m)进行7天环境空气PM10滤膜样品采集工作。对济南市PM10酸缓冲能力(△Cb)展开研究，影响因子的测定方法主要采用离子色谱法(测定SO42-、NO3-、CL-等)、原子吸收法(测定K+、Na+、Ca2+、Mg2+等)及分光光度法(测定NH4+)。结合近年来济南市可吸入颗粒物(PM10)资料及国内外大气颗粒物酸缓冲能力研究资料展开数据分析，具体实验结论如下：
　　 (1)观测点周围环境空气PM10年均酸度和年均酸缓冲能力分别为0.041neq/m3和-35.80neq/m3，颗粒物酸缓冲能力较低。一年中PM10酸缓冲能力变化主要表现为：冬季PM10酸缓冲能力最低，为-97.25 neq/m3；秋季次之，为-33.98 neq/m3夏季和春季分别为-9.88 neq/m3和-2.09 neq/m3；PM10酸度春季＞冬季＞夏季＞秋季。整体来说观测点周围PM10已不能有效中和大气中的酸性物质，反而能增强降水的酸性。秋季、冬季环境空气PM10污染比较严重，春季、夏季污染较轻；PM10酸缓冲能力与质量浓度在春季和夏季(3月～8月)呈正相关，秋季和冬季(9月～次年2月)却出现负相关，主要是因为PM10酸缓冲能力不仅与颗粒物质量浓度有关，还与颗粒物自身组份关系密切。
　　 (2)通过对比2009年7月同步观测的山东建筑大学与市中心PM10酸缓冲能力数据，发现PM10酸缓冲能力方面建筑大学要高于市中心，但整体来看相差不大；颗粒物酸度较低，H+浓度是市中心的0.33～0.91倍。对比国内外其他城市和地区相关研究认为，济南市PM10年均酸缓冲能力相对较低。
　　 (3)对比分析不同影响因子的相关关系认为：PM10酸缓冲能力(△Cb)的主要因素为NH4+、SO42-、NO3-、Ca2+、Mg2+等。随着PM10酸缓冲能力变化，SO42-质量浓度春季＜夏季＜秋季＜冬季，NO3-质量浓度春季＜冬季＜夏季＜秋季；酸性物质中SO42-对PM10酸缓冲能力的影响最大，两者比较SO42-大约是NO3-的1.8～4.5倍，说明济南市PM10致酸盐类主要是硫酸盐。碱性物质方面，Ca2+质量浓度春季＜秋季＜夏季＜冬季，Mg2+与PM10酸缓冲能力相关性较高，但Mg2+含量较低，时间变化特征不明显。分析认为钙盐和镁盐是PM10酸缓冲能的主要贡献盐类，与酸缓冲能力成正相关。
　　 (4)NH4+与PM10酸缓冲能力的负相关度较高(-0.67)，NH4+主要是作为平衡SO42-和NO3-的阳离子，具有明显的季节分布：夏季＜秋季＜春季＜冬季。NH4+的含量越高，表明气溶胶中有更多的酸性离子存在，间接表明PM10酸缓冲能力有降低的趋势。
　　 (5)在完善二重源解析技术(NCMB)确定源类在环境空气PM10中酸缓冲能力的计算方法的基础上，计算各类开放源PM10对单位体积环境空气PM10酸缓冲能力的贡献量表明：扬尘(0.14neq/m3)＞建筑尘(0.059 neq/m3)＞土壤尘(0.053 neq/m3)＞煤烟尘(0.036neq/m3)＞道路尘(0.033 neq/m3)。从提升颗粒物酸缓冲能力的角度考虑，在治理扬尘的同时也需要同步开展对酸性气体二氧化硫与氮氧化物的控制，否则会造成酸性污染的再次恶化。
　　 通过分析不同因子对缓冲能力的影响，认为现阶段济南市PM10对酸性气体的承载能力较低，所得结论可为以后开展更全面的济南市PM10酸缓冲能力的研究提供数据支持和技术支撑。

目录

文摘

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声明

第1章前言

1.1研究背景及意义

1.2济南市环境空气PM10变化特征

1.2.1 PM10浓度的时间变化特征

1.2.2 PM10浓度的空间分布特征

1.3大气颗粒物的特性

1.3.1大气颗粒物的来源与分类

1.3.2大气颗粒物的物理化学特性

1.4大气颗粒物酸缓冲能力的定义

第2章国内外大气颗粒物酸冲缓能力研究现状

2.1国内大气颗粒物酸冲缓能力研究现状

2.1.1大气颗粒物酸冲缓能力的影响因子研究

2.1.2粒径变化对大气颗粒物酸缓冲能力的影响

2.1.3来源差异对大气颗粒物酸缓冲能力的影响

2.2国外大气颗粒物酸冲缓能力研究现状

2.3研究的目的

2.4论文研究的内容

第3章实验部分

3.1样品采集

3.1.1开放源样品的采集

3.1.2环境空气样品的采集

3.2大气颗粒物酸度和酸缓冲量测定实验

3.3影响因子阳离子(K+，Na+，Ca2+，Mg2+等)的测定

3.3.1样品预处理

3.3.2实验方法

3.4影响因子阴离子(SO42-、NO3-、CL-)的测定

3.4.1样品预处理

3.4.2实验方法

3.5影响因子NH4+测定实验

3.5.1试剂配制

3.5.2实验仪器

3.5.3配制标线

3.5.4样品预处理

第4章环境空气PM10酸缓冲能力分析

4.1数据分析方法

4.2 PM10质量浓度的时间变化与酸缓冲能力

4.3 PM10酸度和酸缓冲能力随时间的变化

4.4观测点与市中心PM10缓冲能力对照

4.5其他地区PM10酸度和酸缓冲能力近况

4.6小结

第5章环境空气PM10酸缓冲能力的影响因素分析

5.1 PM10酸缓冲能力主要影响因子的识别

5.2影响PM10酸缓冲能力的酸性物质

5.2.1 SO42-与缓冲能力的变化关系

5.2.2 NO3-与缓冲能力的变化关系

5.2.3小结

5.3影响PM10酸缓冲能力的碱性物质

5.3.1 Ca2+与PM10酸缓冲能力的变化关系

5.3.2 Mg2+与PM10酸缓冲能力的变化关系

5.3.3小结

5.4 NH4+与PM10酸缓冲能力的变化关系

第6章不同源类对环境空气PM10酸缓冲能力影响

6.1不同源类PM10在环境受体中的分担率

6.2开放源酸度和酸缓冲能力的分析

6.2.1 PM10酸缓冲能力的来源解析

6.2.2小结

第7章全文总结

7.1主要结论

7.2有待进一步解决的问题

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况