成都市大气重金属污染特征及环境危害性评价的探讨

摘要

大气环境颗粒物污染是影响我国城市空气质量首要因素，其中大气重金属的研究是当代环境科学、大气化学的研究热点。重金属元素的环境危害性(包括环境行为、迁移转化能力及生物有效性等方面)在很大程度上取决于重金属元素的存在形态。而大气重金属形态受颗粒物粒径、时空等因素影响，污染特征较为复杂。国家空气质量标准中对大气重金属污染的评价因子是总悬浮颗粒物TSP中Pb的总量，对大气各重金属的种类、形态、粒径分布等因素考虑不足，而现有的研究对大气中Cd、Cr等其它重金属的危害多有报道。因此考虑大气中各重金属的环境危害权重对于大气重金属环境危害性评价具有较大意义。本文在成都市东西城区分布设置监测点E与监测点w，以两个监测点所采集大气颗粒物为样本，以大气总悬浮颗粒物(TSP)和可吸入颗粒物(PM10)为主要研究对象，系统地研究了该区域大气颗粒物的污染特征和重金属的形态分布，并结合以往研究者对重金属的研究成果，首次将AHP层次分析法应用于成都市大气重金属污染环境危害性权重分析，以期为进一步完善大气空气质量标准、对城市大气环境危害性评价提供科学依据。 由于粒径是大气颗粒物的重要特性，且大气重金属主要富集于小粒径颗粒物中，因此此次研究对大气颗粒物的空间分布、昼夜分布进行分析。并采用密闭微波消解、火焰原子分光光度计和等离子电感耦合质谱议(ICP-MS)分析方法，分别对成都市两地不同粒径大气颗粒物中Pb、Zn、Cu、Cd、Ni、Cr、V、Co、Mn、Ca10种重金属总量进行了分析。结果表明：成都市大气颗粒物中各重金属主要分布在粒径较小的PM10中，特别是v、Cd、Co、Pb这几种元素主要分布在粒径较小的PM10中；此次所研究的十种大气重金属浓度相差较大：元素Ca含量最大，其次为元素Zn、Pb、Mn和Cu，元素v、Cr、Ni、Cd相对较低，元素Co最低；成都市大气重金属的空间分布趋势总体为成都市监测点E的重金属浓度高于成都市监测点w，其中两地重金属浓度相差最大的是Cd、Zn、Cu、Pb，浓度相差最小的为Ni、Cr等重金属。 对于大气重金属形态的分析，采用分步提取法，将大气颗粒物中重金属分为可交换态、碳酸盐和氧化态、有机态和残渣态。数据分析表明：可交换态百分比含量较多的重金属为Pb、Cd、Mn、Ni四类重金属，Zn、Cu、Cr次之。大气颗粒物中各重金属的形态随空间变化，分布也不同：Pb、zn、Cr的可交换态占总量的百分比在点W大气颗粒物中均高于点E；Ni、Ca在点E的可交换态所占百分比更高；而V的形态分布随空间变化影响不大。Pb、Zn、Cd、Cr、Mn、Ni等各重金属均表现出粒径越小，重金属可交换态所占百分比越大，即环境活性越强。而v、Co在不同粒径的颗粒物中，化学形态分配比较稳定，说明颗粒粒径对V、Co的环境活性影响相对较小。 本次研究根据对成都市大气各重金属总量及形态分布特征，选择环境活性较强的六类重金属为研究对象，结合重金属生物富集模型与其它重金属的研究成果，首次将层次分析法应用于大气重金属环境危害性权重探讨，得出成都市大气六种重金属中环境危害性权重最大的为Pb，而CA的权重仅次于Pb，Cu、Cr、Nj、Zn在环境危害性中权重也较大。说明成都市大气重金属污染的防治过程中不仅要重视Pb的污染源排放，对Cd等其它几类重金属的污染源控制也极具现实意义。从而进一步证明大气重金属污染评价及防治应综合考虑重金属的形态、粒径分布等多方面因素。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1研究意义和选题依据

1.1.1研究意义

1.1.2选题依据

1.2国内外研究现状

1.2.1不同粒径大气颗粒物中重金属危害性的研究

1.2.2大气颗粒物中重金属的形态与生物危害性研究

1.2.3大气颗粒物中重金属的测试方法研究

1.2.4重金属污染环境危害性评价研究

1.3研究内容

第2章研究区域环境背景调查及样品采集

2.1成都市地理位置、地形地貌

2.2成都市重要污染气象条件

2.2.1风向与风速

2.2.2气候

2.2.3逆温

2.2.4 城市热岛

2.3成都市能源结构

2.4研究区域监测点调查

2.4.1研究区域污染源调查

2.2.2大气中重金属污染物种类的确定

2.5样品采集

2.5.1采样时间和周期

2.5.2 采样仪器设施

2.5.3采样滤膜的处理

2.5.4样品采集登记

第3章试验部分

3.1试验试剂及仪器

3.2试验步骤

3.2.1重金属元素总量的测定

3.2.2重金属元素不同形态的测定

3.3试验数据处理

3.4试验室质量控制

3.5试验分析结果

3.5.1大气颗粒物质量浓度

3.5.2大气颗粒物重金属总量

3.5.3大气颗粒物重金属形态

第4章成都市不同粒径大气颗粒物浓度的时空分布

4.1成都市大气中不同粒径颗粒物浓度的空间分布

4.1.1不同粒径大气颗粒物质量浓度的空间分布

4.1.2不同粒径大气颗粒物浓度之比的空间分布

4.2成都市大气中不同粒径颗粒物浓度的昼夜分布特征

4.2.1不同粒径大气颗粒物质量浓度的昼夜分布

4.2.2不同粒径大气颗粒物质量浓度之比的昼夜分布

4.3成都市大气颗粒物浓度与国内外其它城市的比较

4.4成都市大气颗粒物质量浓度历史研究比较

4.5本章小结

第5章成都市大气颗粒物重金属总量的污染特征研究

5.1重金属总量的空间分布特征

5.1.1化石燃料中特征重金属元素的空间污染特特征

5.1.2地表扬尘特征重金属元素的空间污染特征

5.1.3建筑尘源特征重金属元素的空间污染特征

5.2重金属总量的粒径分布特征

5.3成都市重金属总量与国内外其它城市的比较

5.4本章小结

第6章成都市大气颗粒物重金属形态的污染特征分析

6.1重金属形态的空间分布特征

6.1.1 TSP中各重金属的形态分布特征

6.1.2 PM10中各重金属的形态分布特征

6.2重金属形态的粒径分布特征

6.3本章小结

第7章大气重金属环境危害性评价探讨

7.1重金属生物富集模型

7.2 AHP方法的原理及步骤

7.2.1明确问题

7.2.2建立多级递阶层次结构

7.2.3构造判断矩阵

7.2.4层次单排序及一致性检验

7.2.5层次总排序及一致性检验

7.3应用AHP法对成都市大气重金属的环境危害性进行评价

7.3.1建多级递阶层次结构

7.3.2大气重金属环境害评价的评价因子分析

7.3.3环境因素

7.3.4大气重属因素

7.3.5成都市大气重金属环境危害性评价结果

结论

致谢

参考文献