杭州湾地区典型城市大气中多环芳烃和PM2.5的污染特征研究

摘要

我国城市大气灰霾污染严重，探明城市大气中PM2.5及其前体物的污染特征，对于控制灰霾污染具有重要意义。多环芳烃(PAHs)是一类环境中普遍存在并具有“三致”效应的持久性有机污染物，颗粒态PAHs可直接存在于PM2.5等颗粒物上，气态PAHs可通过大气化学反应转化形成气溶胶而对PM2.5产生贡献。本文以杭州市下沙地区为代表，研究了不同季节和灰霾程度下大气中PAHs的浓度水平、气固相分配、健康风险和来源解析，探讨了气团传输对当地PAHs污染的影响;以慈溪市为代表，研究了不同灰霾程度下大气中PM2.5上元素、水溶性离子和碳成分的浓度水平，探讨了它们的可能来源。论文的主要研究成果如下:
　　1.杭州市下沙地区空气中PAHs的污染特征
　　(1)气态PAHs和细颗粒态PAHs（PM2.5上负载的PAHs）浓度均具有明显的季节性变化，气态PAHs呈现暖季高冷季低的特征，细颗粒态PAHs则相反。不同灰霾程度下，气态PAHs浓度无显著差异。灰霾日细颗粒态PAHs浓度(轻度灰霾:1.63-21.7 ng/m3;重度灰霾:1.29-19.4 ng/m3)显著高于非灰霾日（0.778-10.6 ng/m3），但轻度和重度灰霾日细颗粒态PAHs浓度无显著差异。
　　(2)暖季灰霾与非灰霾日PAHs的气固相分配状况无明显变化;冷季灰霾日PAHs向气态迁移的趋势较非灰霾日强。随着灰霾污染加重，PAHs向气态迁移的趋势增强，PAHs气固相分配机制从以吸收作用为主向吸附和吸收作用共存转变。
　　(3) PAHs健康风险分析表明，所有样品的癌症风险均超过了可接受水平，其中42％的气态PAHs样品和49％的细颗粒态PAHs样品呈现出了严重的癌症风险。此外，灰霾日PAHs的癌症风险显著高于非灰霾日，表明灰霾污染会对人体造成严重的健康风险。
　　(4)利用正定因子矩阵模型和条件概率函数对细颗粒态PAHs进行了源解析。机动车尾气是最主要的细颗粒态PAHs来源(45％)，随后分别为重油燃烧(23％)、煤和天然气燃烧(22％)以及生物质燃烧(10％)。机动车尾气是导致灰霾日细颗粒态PAHs浓度增长的重要来源，重油燃烧对细颗粒态PAHs污染具有重要贡献。
　　(5)气团轨迹分析表明，远距离和短距离气团传输对细颗粒态PAHs污染具有影响。冷季的气团传输来自大气污染较严重的内陆，这些气团传输可能会使采样点空气中细颗粒态PAHs浓度增加。
　　2.慈溪市空气中PM2.5的污染特征
　　(1)慈溪市PM2.5日均浓度为117μg/m3，显著高于我国环境空气质量标准限值(GB3095-2012;75μg/m3)。市区和乡镇的PM2.5污染比背景点严重，这主要是由于市区和乡镇有较多大气污染源，而背景点的污染源相对较少。
　　(2)灰霾日PM2.5上元素、水溶性离子和碳成分的浓度均明显提高，分别是非灰霾日的1.07-3.36、6.03-14.39和1.83-1.97倍。
　　(3) Cu、Sn、Zn、Pb和Se元素具有很高的富集因子（100-10000），表明发电厂和金属冶炼厂等工业废气排放是慈溪市大气污染的主要来源。NO3-/SO42-比值法分析显示，慈溪市灰霾期间固定源（工业排放）的贡献比重增加。
　　(4)灰霾日二次污染物（SO42-、NO3-、NH4+和二次有机物）浓度占PM2.5上化学组分总浓度的48.7％，显著高于非灰霾日的16.5％，说明二次气溶胶对灰霾形成具有重要贡献。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 PM2．5的概述

1．2．1 PM2．5的基本性质

1．2．2 PM2．5成分特征及来源

1．3 PAHs的基本性质

1．3．1 PAHs的生成机理

1．3．2 空气中PAHs的粒径分布

1．3．3 空气中PAHs的气固相分配

1．4 大气中PAHs的污染现状

1．5 PAHs的来源

1．5．1 居民生活源

1．5．2 移动源

1．5．3 工业排放源

1．5．4 农业源

1．5．5 自然源

1．6 PAHs的源解析

1．6．1 污染源特征标志法

1．6．2 污染源特征比值法

1．6．3 定量源解析

1．7 小结

1．8 研究思路与内容

第二章 杭州市下沙地区空气中PAHs的污染特征

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料与仪器

2．1．2 样品的采集

2．1．3 样品的预处理

2．1．4 样品的分析

2．1．5 方法性能

2．1．6 数据分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 PM2．5和常规气体污染物浓度水平以及气象参数特征

2．2．2 大气污染物和气象因素的相关性

2．2．3 PAHs浓度水平

2．2．4 PAHs气固相分配

2．2．5 PAHs健康风险初探

2．2．6 细颗粒态PAHs的源解析

2．2．7 气团传输对细颗粒态PAHs的影响

2．3 小结

第三章 慈溪市空气中PM2．5的污染特征

3．1 实验部分

3．1．1 采样点的布设

3．1．2 样品的采集

3．1．3 样品的预处理与质量控制

3．2 结果与讨论

3．2．1 PM2．5的浓度水平与化学成分

3．2．2 元素的浓度水平与来源

3．2．3 水溶性离子的污染特征

3．2．4 碳成分的浓度水平与来源

3．2．5 PM2．5上化学成分的相对比例

3．3 小结

第四章 研究结论、创新点与展望

4．1 研究结论

4．1．1 杭州市下沙地区空气中PAHs的污染特征

4．1．2 慈溪市空气中PM2．5的污染特征

4．2 创新点

4．3 展望

参考文献

攻读硕士期间完成的论文

致谢

声明