石家庄霾污染过程大气颗粒物化学组分分析及来源解析

摘要

京津冀、长三角、珠三角、关中平原和成渝盆地，为我国大气颗粒物造成霾污染最为严重的典型区域，同时也是气态污染物高排放地区。石家庄霾污染监测研究及源解析，是京津冀区域大气污染联防联控的重要组成部分，但对石家庄大气颗粒物水溶性离子等化学成分分粒径段的分析研究鲜有报道，结合详细化学组成对该区域的大气颗粒物来源解析工作也刚刚开始。
　　为认知石家庄典型霾污染过程中颗粒物化学组成特征和浓度水平，并进一步进行大气颗粒物源解析工作，于2013年6-8月、10-11月、2014年1月和4-5月，利用惯性撞击式9级采样器(Andersen)、美国热电公司环境仪器和石英微量振荡天平(TEOM)对石家庄城区夏、秋、冬和春四个季节霾污染期间大气颗粒物进行了实时连续监测和分粒径段的采样分析。使用离子色谱仪、热光碳分析仪和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对气溶胶中8种水溶性无机离子(Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、NO3-、SO42-)、EC/OC以及24种金属元素进行了分析。并使用EPA PMF5.0模型对霾污染期间大气细颗粒物进行了来源解析，提出了石家庄大气污染优先控制的排放源。研究结果如下:
　　石家庄采样期间颗粒物浓度有明显的季节变化特征。霾污染时期PM2.5平均浓度冬季最高，秋季次之，夏季最低。夏、秋、冬、春四个季节PM2.5平均浓度分别为:73.9±33.0、272.8±142.4、170.5±75.7、75.4±42.0μg/m3;NO2和SO2平均浓度的季节变化与颗粒物的季节变化一致。SO2夏、秋、冬、春平均浓度分别:38.3±16.7、68.5±26.9、199.5±70.0、37.1±15.3μg/m3; NO2夏、秋、冬、春平均浓度分别:42.5±18.0、87.4±20.5、113.8±31.4、44.2±19.0; O3浓度的变化主要受温度、湿度、太阳紫外辐射强度等的影响，O3平均浓度夏季最高，冬季最低，春季高于秋季，夏、秋、冬、春每日8小时滑动平均最大值的均值分别为:169.5±50.0、36.8±20.1、11.73±13.4、137.6±37.8μg/m3。
　　大气颗粒物水溶性离子的浓度也有明显的季节变化，水溶性离子浓度冬季＞秋季＞夏季＞春季。霾污染的过程中水溶性离子浓度的增长主要是二次离子的增长在起主要作用。重霾天较高的相对湿度，促进了气溶胶中的液相反应，二次离子由凝结模态向液滴模态转移的迹象明显。OC和EC在轻霾天和重霾天有相同的季节分布特征，OC为冬季最高，春季最低，夏季高于秋季，EC为冬季＞春季＞秋季＞夏季。OC、EC均呈现典型的“双峰型”分布，但不同季节出现峰值的粒径段和峰高有所差异。重金属元素在大气颗粒物中的分布总体上呈现与大气颗粒物浓度季节变化一致解析出霾污染时期石家庄PM2.5来源为6类:扬尘(13.4％)、二次源(15.6％)、交通源(21.2％)、工业源(26.8％)、燃煤(11.0％)以及未解析出来部分(12.1％)。PM2.5中工业和交通的贡献最大共计48％，交通源主要为柴油机车的导致。因此石家庄市霾污染的控制，需要优先控制工业源的排放，加快对柴油机车进行改良和油品升级，同时要控制其他污染气体的排放以减少二次源的贡献，道路扬尘也同样不可忽视。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 霾污染与大气颗粒物

1．1．2 大气颗粒物化学组分及源解析

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 研究目的和意义

1．4 研究内容

第二章 实验材料与方法

2．1 站点介绍

2．2 样品采集

2．3 样品分析

2．3．1 水溶性离子分析

2．3．2 碳质分析

2．3．3 重金属分析

2．4 气体、颗粒物以及气象数据获取

第三章 霾污染期间各污染物浓度水平

3．1 夏季霾污染期间污染物浓度

3．2 秋季霾污染期间污染物浓度

3．3 冬季霾污染期间污染物浓度

3．4 春季霾污染期间污染物浓度

3．5 小结

第四章 大气颗粒物化学特征分析

4．1 霾污染期间大气颗粒物水溶性离子特征分析

4．1．1 水溶性离子浓度与组成

4．1．2 水溶性离子粒径分布

4．2 霾污染期间大气颗粒物碳质组分特征分析

4．2．1 霾污染期间大气颗物粒碳质组分浓度

4．2．2 霾污染期间大气颗物粒碳质组分粒径分布

4．3 霾污染期间大气颗粒物金属元素特征分析

4．4 小结

第五章 大气细颗粒物来源解析

5．1 细颗粒物化学重构

5．2 PMF源解析方法

5．3 霾污染时期细粒子源解析

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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