典型区域环境空气颗粒物组分分析研究报告文档格式.docx
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七、主要结论2
八、工作建议2
一、研究背景
京津冀地区是我国政治、经济和文化中心，经济迅速发展的同时，带来的严重环境问题，如颗粒物污染、灰霾、光化学烟雾等，给当地的生态环境和人们的身体健康带来严重危害。
随着京津冀地区能源消耗的不断攀升，区域大气污染日趋严重，颗粒物已成为首要污染物。
该地区大气污染物的组成和分布特征，以及大气污染物的控制对策，己经成为专家研究和公众关注的热点问题。
根据新修订的《环境空气质量标准》的分期实施要求，2012年，京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省会城市；
2013年，113个环境保护重点城市和国家环保模范城市；
2015年，所有地级以上城市；
2016年1月1日，全国实施新标准。
因此，本研究选择京津冀地区开展颗粒物组分的研究工作。
大气颗粒物是由元素碳、有机碳、铵盐、硝酸盐、硫酸盐、矿物尘、海盐、痕量重金属元素以及水等成分组成的复杂混合体。
PM10是指环境空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物，PM2.5是指环境空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物，目前对其研究主要包括质量浓度、数量浓度、单个颗粒大小和形状、粒度、颗粒的聚集特性、可溶性、无机和有机化学组分、物相组成等。
正是由于其化学组成复杂多变，目前尚难以对其所有组分进行直接检测。
近年来，有关北京地区颗粒物组成的研究较多，但缺乏对区域内其它工业城市及背景地区大气颗粒物质量浓度、粒径分布及其化学组成的同步观测研究。
因此，本项目重点在于研究和分析京津冀地区和背景点大气颗粒物的组成，对深入了解颗粒物在全球气候变化中所起的作用以及对人类和生态环境健康的影响具有重要意义。
二、研究目的
为配合落实新修订的《环境空气质量标准》分期实施要求，了解典型地区环境空气颗粒物PM10和PM2.5的浓度水平和污染物组成，本研究选择京津冀和从南至北的四个国家大气背景站作为研究地区，分别采集空气颗粒物样品，通过滤膜中多环芳烃、无机元素和可溶性离子等组分分析，初步掌握典型地区污染物构成和分布特征，为环境管理部门科学决策和管理监控提供技术支持和依据。
三、研究内容
对空气滤膜样品中的无机元素、可溶性阴阳离子和多环芳烃进行分析测定。
元素测定方法参照EPAIO-3.1和3.5，阴阳离子参照EPAIO-4.2，多环芳烃参照空气和废气监测分析方法（第四版增补版）。
四、方案设计
1、采样点位
原则：
避开局地污染源和障碍物，尤其是地面扬尘的直接影响，采样点宜选在周围空旷的地点或楼顶，能够代表周围的大气环境。
城市点：
在京津冀地区选择北京、天津、石家庄3个典型城市。
北京点位设在中国环境监测总站楼顶（九层），天津点位设在天津市环境监测站楼顶（四层），石家庄点位设在电视塔一层采样平台（约80米）。
背景点：
选择山西庞泉沟、吉林长白山、湖北神农架、广东南岭，4个国家大气背景站。
图1为采样点位示意图。
图1采样点位示意图
2、滤膜准备
滤膜选用美国Whatman公司生产的三种滤膜，即ф9.0cm玻璃纤维滤膜、ф9.0cm石英滤膜和ф47mm石英滤膜。
由总站统一购买，寄给天津和石家庄市站，滤膜的前处理和称量由当地市站协助完成。
多环芳烃分析采样用玻璃纤维滤膜，滤膜使用前在500℃马弗炉中灼烧30min，以去除杂质和有机物，元素和离子分析等无机项目采样采用石英滤膜，膜的尺寸根据采样器的需要而定。
使用前滤膜应放在恒温恒湿箱室中平衡24h，温度15℃~30℃，相对湿度45%~55%，用0.1mg或0.01mg的分析天平称量滤膜，记录重量。
在上述相同条件下平衡1h后再次称重，两次重量之差PM10和PM2.5应分别小于0.4mg和0.04mg，详见《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》HJ618-2011。
3、主要仪器
武汉天虹TH-150A智能中流量总悬浮微粒采样器，TH-16A四通道大气颗粒物采样仪，分别配有PM10-PM2.5-100组合式多功能切割器。
美国CEM公司微波消解仪、美国安捷伦7500aICP-MS、美国戴安离子色谱ICS-2000、美国Waters公司UPLCH-class超高压液相色谱仪
4、样品采集
采样时间为2012年10月~11月，采样器流量校准按照GBT15432-1995《环境空气总悬浮颗粒物的测定-重量法》进行。
单通道采样流量100Lmin，四通道16.67Lmin。
城市点一个样品连续采集23h（如，早上10:
00至第二天9:
00），采集至少5个有效天数。
背景点一个样品连续采集30-36h，采集两次。
城市点由总站、天津市站、石家庄市站在同一时间段，分别在北京、天津、石家庄三个城市开展样品采集工作。
背景点由总站分析室组成4个小组，在此期间分赴四个大气背景站采样。
总站每天用1台四通道（2个PM10和2个PM2.5）采集4张滤膜，用于元素和阴阳离子分析各2张；
2台单通道采样器分别采集2张滤膜（1个PM10和1个PM2.5）多环芳烃分析。
每天6张膜，5天共计30张，其中玻璃纤维滤膜10张，石英滤膜20张。
天津和石家庄每天同时用6台单通道采样器（3个PM10和3个PM2.5）进行采样，每天采集6张滤膜，用于元素、阴阳离子和多环芳烃测定的滤膜均为2张，5天共计30个样品。
背景点每个点位采用6台单通道采样器，3台采集PM10（2个为石英滤膜用于元素、阴阳离子，1个为玻璃纤维滤膜用于多环芳烃测定）、3台采PM2.5（2个为石英滤膜用于元素、阴阳离子，1个为玻璃纤维滤膜用于多环芳烃测定），连续2次采样，每次30h~36h，一个点位2次采集12张膜，四个点位共计48张膜，其中玻璃纤维滤膜16张，石英滤膜32张。
每个点位做2个全程序空白，每天填写原始记录，记录包括采样当天的天气、气压、温度、风速、采样开始时间、终止时间、采样流量、滤膜有无破损情况等。
5、样品保存和运输
玻璃纤维滤膜取下后，尘面朝里折叠，用铝箔纸包好放入密封袋或信封中送回实验室，石英滤膜采样后，直接装在密封袋或信封里返回实验室，记录样品的详细信息贴在密封袋上。
石家庄和天津的样品在当地市站实验室称重，其他样品均在总站实验室称重。
称重前将滤膜放在恒温恒湿箱室中平衡24h，用天平称量滤膜质量，填写称重原始记录。
称重后的滤膜放在4℃冰箱里冷藏保存。
石家庄、天津的样品采集并称重后，将5天的样品统一包装后快递寄至总站，背景点的样品采集后，放在当地背景站的冰箱中4℃保存，待所有样品采集完毕后一起带回北京实验室，4℃冰箱保存。
所有样品的分析测试工作均由总站分析室完成。
6、样品测定
（1）日均质量浓度：
根据各地实验室称量滤膜的数据，利用采样前后质量差值的差重法计算每日PM10、PM2.5的日均质量浓度。
（2）元素分析：
前处理参照US-EPACompendiumMethodIO-3.1，王水体系微波消解的方法，消解后的样品经赶酸、定容、静置等步骤后待测。
元素分析测试参照US-EPACompendiumMethodIO-3.5，ICP-MS分析方法。
分析Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Pd、Ag、Cd、Sn、Sb、Ba、La、Hg、Pb等60余种元素。
（3）阴阳离子测定：
参照US-EPAMethodIO-4.2，测定Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、F-、NO3-、SO42-等9种离子。
滤膜超声萃取后溶液一分为二，分别上阴阳离子色谱。
（4）多环芳烃测定：
参照空气和废气监测分析方法（第四版增补版），采用超声波萃取高效液相色谱法，测定16种多环芳烃。
样品前处理和分析测试工作在采样后1-2周内完成。
（5）样品测定时每批做2个实验室空白和1个质控样。
7、数据分析
将原始实验数据录入Excel后建立数据库，用SPSS软件进行统计学分析。
五、实验结果
1、颗粒物日均质量浓度
京津冀地区在2012年10月15日~24日时间段内，采集5个有效天数，每个样品采集23h。
四个背景点在10月末至11月上旬的3周内完成采样工作，每个点位分别采集2个30~36h样品（每个样品约2~3天）。
根据称量滤膜的数据，计算出北京、天津、石家庄3个城市点和背景点的PM2.5和PM10日均质量浓度，详细结果见表1-1。
表1-1北京、天津、石家庄和背景点空气PM2.5和PM10日均质量浓度（单位，mgm3）
浓度
地区
PM2.5
PM10
最小值
最大值
平均值
标准偏差
中位值
北京
0.053
0.237
0.116
0.069
0.088
0.094
0.38
0.198
0.103
0.172
天津
0.057
0.369
0.148
0.108
0.142
0.121
0.533
0.258
0.151
0.237
石家庄
0.075
0.39
0.199
0.136
0.121
0.196
0.628
0.399
0.184
0.335
背景点
0.009
0.031
0.019
0.007
0.019
0.015
0.028
0.011
0.026
将本研究测定结果与国内外典型城市PM2.5和PM10监测结果进行比较，见表1-2。
本次监测的三个城市PM2.5和PM10日均浓度高于文献报道的2011年京津冀地区的浓度，且高于大多数国内外城市。
但由于本次采样周期短，且在秋冬季，因此与全年均值比较相对较高。
表1-2部分城市PM2.5和PM10质量浓度比较（单位，μgm3）
本研究
文献[1]
文献[2]
116
198
55
124
广州
140
215
148
258
68
141
武汉
75
199
399
唐山
79
151
兰州
94
181
19
28
保定
183
重庆
76
115
WHO[3]
纽约
13
21
巴黎
23
38
罗马
20
35
华盛顿
11
18
柏林
26
悉尼
7
12
芝加哥
22
伦敦
14
29
新加坡
32
[1]京津冀典型城市大气颗粒物化学成分同步观测研究，环境科学，2011年09期
[2]空气污染对呼吸健康影响研究，中国环境科学出版社，2001年
[3]2011年世界卫生组织（WHO）发布的官方数据
北京、天津、石家庄和背景点PM2.5日平均浓度分别为116μgm3、148μgm3、199μgm3和19μgm3、PM10日平均浓度分别为198μgm3、258μgm3、399μgm3和28μgm
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