大气颗粒物来源解析文档格式.docx

1、1.1.2 的来源的主要来源是：1）热电厂发电使用的燃烧材料在燃烧过程中产生的；2）轻重工业在生产制造过程中产生的；3）各类型汽车由于化石燃料经过燃烧而排放的残留物如尾气等。绝大多数颗粒物中表层含有重金属等有毒有害物质。挥发性有机物等通常主要产生微米以下的细颗粒物（）。的主要来源主要有自然源和人为源两种，但是后者的危害性比前者大。自然源的种类包括自然界土壤飞尘、由于海水泡珠飞溅而形成的海盐、植物花粉、孢子、细菌等。往往在自然界中的灾害事件也是形成可吸入颗粒物的来源如：火山爆发喷发的大量的火山灰，森林大火或裸露的煤炭大火及沙尘暴事件都将会将大量细颗粒物输送到大气层中。其中有三种源：固定燃烧源、工

2、业过程源和流动源，这三类统称为人为源。固定源主要来源是燃料的燃烧源，例如各种工业加工过程中的供热如（工业发电、冶金制造、石油开发利用、化学品、纺织印染等）以及餐厨烹饪过程中使用的燃煤、燃气或燃油排放的烟尘。流动源包括了各类交通工具在运行工程中使用燃料时向大气中排放的尾气。其中固定源中工业供热占了其中一部分比例，固定燃烧源燃烧例如工业锅炉、热电厂，利用燃料燃烧时产生的热量，为发电、工业生产和生活提供热能和动力的燃烧设备。固定燃烧源的第一部分主要包括热能、电力、工业和民用四个部门；第二部分主要包括生物质、煤炭、各种气体和液体燃料；第三部分下则涵盖了各种具体的燃烧设备。工业过程源主要是指工业制造过程

3、中，对工业原料进行物理和化学转化为目的的工业设备。各类型的建筑材料、工业有色冶金、钢铁生产和化工加工这四种行业类型为工业过程源的第一级分类；对上述行业的各种产品为第二级分类；产品制造的主要工艺技术和设备工业过程源的一次为第三级分类。的排放主要有两个部分：1、有组织排放，有组织排放四级分类主要包括五种污染控制技术以及无除尘设施的情况，如袋式除尘、普通电除尘、高效电除尘、湿式除尘、机械式除尘等。2、另一种则为无组织排放，无组织排放的第四级分类包括无控制、一般控制和高效控制三种。流动源为能够移动、运载各种客货交通设施和机械设备。 流动源共分为五种污染控制水平，道路流动源和非道路流动源两个部分为第一级

4、分类；燃料类如汽、柴油、燃料油、天然气、液化石油气等类型为第二级分类；各种类别的机动车、非道路交通工具和机械等为第三级分类。道路流动源的第四级分类包括无控、国、国、国和国共五种污染控制水平；非道路流动源均按无控情况处理。根据对苏州工业区域的形成的研究，污染来源主要来源为：第一、工业生产和加工过程中由原料经过加工工业设备形成的有组织或者无组织排放。第二、生产加工过程中使用的燃料燃烧。第三、大型柴油载货车辆、黄标车高污染排放尾气。第四、其他形式排放污染物。1.1.3 化学组成结构形式的化学组成结构形式十分复杂，其中包括时间和空间的不同，化学成分包括无机成分、有机成分、微量金属元素、元素碳 （EC）

5、、生物物质 （细菌、病菌、霉菌等）等。 因为颗粒物的来源不同以及化学组成不同，因此颗粒物的化学组成可用来进行颗粒物的来源分析。有机碳（OC）和元素碳（EC）是大气中含碳粒子主要的组成的部分，有机碳是细颗粒物中组分含量最高的部分，而元素碳的化学结构形态就好像不纯的石墨。1.1.4 的危害 从的体积来讲，对于公众的一般观念来讲感觉危险物越大，危险系数就大一分，其实不然从颗粒物的体积来讲越是微小其实对人体以及对环境造成的危害越大，颗粒物粒径在微米之间，可以被鼻腔内部绒毛阻挡且痰液可将颗粒物排出体外，所以相对而言对人体健康危害相对较小;而颗粒物粒径在微米以下的细颗粒物，因为过于细小，鼻腔内部绒毛以及人

6、体的自然过滤系统都无法阻挡过滤，导致其深入到人体呼吸道细支气管的末端和进入肺泡，干扰肺部正常的运作有碍气体交换，容易引发包括肺部的哮喘、各类快慢支气管炎，严重的诱发心血管病等各方面的疾病。大气颗粒物的危害不言而喻即可严重危害人类身体健康同时也造成全球气候城市能见度的降低。近几年由于所引发的环境事件屡有发生，特别是在工业较为发达的区域或大中型城市，它危害也为大家所熟知，广大群众和有关部门对环境的重视及治理力度日渐加大，日常重视浓度的情况，深入开展关于的监测和研究工作势在必行。1.2 国内外研究现状现如今，是各个发达国家以及发展中国家不可避免的问题，欧洲以及美国等国家早在几十年前就开展了对的污染特

7、征、排放清单、排放特征谱、源解析以及细颗粒物对空气的能见度和人体健康影响等方面进行了大规模的研究。其中Sawant等2在美国加州地区南部空气污染最严重Mira Loma等地区对污染物化学组成进行研究，研究表明该地区的浓度远远高于其他美国地区。在某一地区，及其二次粒子的前体物的浓度被这个地区的地区源以及地区的区域性源的排放与气象条件所影响；一座中等城市的主城区与周边的郊区、农村地区对比，主城区一次颗粒物（EC，OC）的浓度要远远比周围郊区以及农村地区高，而二次颗粒物在地区性的空间分布上相对均匀；的浓度随着春夏秋冬的不同但却有规律的变化。通常不同地区的与PM10的质量浓度比有所不同，一般而言在二分

8、之一与五分之四之间；从季节性上讲，这一比率夏季要略低于秋季的。 在排放清单研究方面，CARB委员会对排放源清单研究的更加的深入，1982年统计的一次排放源清单达70余种之多，为了更加细分排放源清单，所以在之前的基础上又于1987年进一步分出了455种。CARB因为排放特征的不同将城市TSP，PM10，的一次排放源划分为4大类：第一类是移动源排放；第二类是固定源的燃烧过程排放，第三类是固定源的工业过程排放，第四类是无组织排放。在一座城市的城区区范围内，对的浓度有重要的贡献的主要为气溶胶类物质（SOx，NOx，NH3，VOCs，CO）的排放，甚至比一次源的贡献还要大。大体上一致的主要是气态污染物的

9、排放源与一次粒子的排放源（最显著的区别是道路源和建筑活动源基本不排放气态污染物），但是在某些情况下还是存在显著的差异比如其排放特征和排放水平。欧洲以及美国的科研人员对地壳物质、固定以及移动排放源等在源排放特征谱的研究方面，研究较为全面的是对污染源的排放特征，并建立了用于源解析研究和建立解析源研究排放特征的谱库。在中国对于颗粒物的研究起步相对较晚，前期的工作主要是分析浓度与气象的关系。中国的API却没有把纳入监测之列。直到近些年，工业生产相对比较集中的华北地区因占到了整个空气悬浮颗粒物重量的大半。直到2013年雾霾天气的爆发，直接影响了京津冀地区，才引起人们的警觉，国内的研究工作才越来越受到重视

10、。对光的散射作用比较强，在不利的气象条件下更容易导致灰霾形成。在09年年初伊始，我国的环保部门从1月至12月对国内大中小各类型城市包括（天津、深圳、重庆、上海、苏州）进行了灰霾天的试点监测，结果显示，各试点城市均不同程度的产生了灰霾天气；其中天津灰霾天占全年天气的15%，深圳为30%天，重庆35%天，上海33%天，苏州37%天。而我国细颗粒物污染与全球范围内的各大主要城市的大气污染物现状对比情况依然严峻，加拿大科学家在2010年利用太空的卫星测量数据技术通过电脑计算机绘制的信息制作的地图展示了2001年至2006年全球平均分布情况，地图显示，越是城市的经济十分发达，人口较为集中的区域，随之产生

11、的细颗粒物的浓度就越高。近几年随着空气污染问题的日益严重，国内对于的研究越来越重视，也取得了一定的成果，但是大部分研究都是集中在北京、上海、珠三角和天津地区，苏州市对于的研究还比较少，而且目前国内针对的研究大多局限于宏观区域上，缺乏对于具体问题和具体区域对象的深入研究，由于在近代中国在工业化进程中与欧美国家相比，无论是基础工业设备或者法律制度都存在不小的差距，我们必须认清中国许多的乡镇企业经营者学识较浅，环境保护意识薄弱，所建厂房大多建设在原有自用土地上布局比较分散，规模呈现作坊式较多且未经合理规划，未经“环保三同时”制度实施。设备技术落后，设备陈旧问题较突出，多涉及造纸、印染、建材、化工及金

12、属冶炼等粗加工行业多为重污染由于欧美国家在发展过程中淘汰转移进入中国。企业决策者往往多注重眼前的经济效益，选址盲目，乱占耕地，滥垦乱伐，致使山林、耕地遭到毁坏，资源利用率低下，忽视长远的环境和社会效益。1.3 本文研究的内容及意义1.3.1 本文研究的内容及技术路线第1章：绪论主要针对的概念进行分析阐述本文的研究背景、研究意义及国内外研究情况。第2章：对大气污染来源进行解析，对苏州市工业区、SO2、NO2、CO、O3进行了连续的数据收集，为后面的章节做铺垫。第三章：联合多重分型理论，根据对采集数据的分析，主要分析了样品中有机碳OC、元素碳EC、水溶性离子及无机元素等微量元素。分析了苏州市化学组

13、成特性，对苏州市工业区各类机动车尾气和工业生产燃煤的年排放量进行了估算，分析了各类型柴油车和汽油车对的影响。基于对数据采集的分析，提出形成的主要原因问题及如何降低的对策分析。 第四章：总结全文，以及对以后工作的展望。图1-1技术路线第二章 大气颗粒物来源解析2.1 颗粒物来源的发展颗粒物源解析技术是对大气环境中颗粒物的来源进行定性或定量研究的技术，可以全面地建立颗粒物排放源和大气环境质量之间的关系。2.2 监测地点的选择和布设本次研究针对苏州市工业区的浓度、影响因素及其来源进行分析。监测地点的选择：苏州市位于江苏省的东南部地区，长江三角洲中部，随着长江三角洲经济地带的崛起，经济地带产业结构以第

14、二产业为主体，三产发展速度较快。 我国现行宏观分类是按三次产业划分，农林牧渔及其配套的服务生产部门为第一产业；各种产品生产制造和建筑业为第二产业；各种服务业性质行业如信息科技、文教卫生、餐饮住宿、商业贸易、交通运输及公共机构部门为第三产业。随着加工、制造产业以及餐饮业的不断增多，城市人口密集度增加，机动车保有量成倍增长，环境污染问题日趋严峻，而大气污染问题中，的污染问题尤为严重。监测点的布设以苏州市吴江区某工业集中地J小区靠近马路边的居民楼楼顶为固定监测点（居民楼距马路直径60m以上）。2.3 浓度监测和样品釆集处理本研究所使用的仪器为美国赛默飞世尔公司生产的PDR-1500型颗粒物监测仪。该

15、仪器颗粒物的原理是通过散射光强与校准颗粒物质量浓度的关系，实时计算并显示质量浓度。具有测量精度准、携带方便等优点。同时配备釆样滤膜夹及37mm玻璃纤维滤膜，能够收集颗粒物样品。本研究于2014年的7月8月、2014年的12月使用PDR-1500型颗粒物监测仪，连续进行浓度监测和样品采集，釆样流量设定为2L/min，釆样高度为15m，以周为单位，以A高楼9层为固定监测点（A高楼距马路直线距离60m以上），连续进行浓度监测和样品釆集。根据苏州市某工业区生产以及大气污染特点，污染源选择为以下6种：马路扬尘、建筑工地尘、厨房油烟、工业燃煤、柴油车尾气、汽油车尾气。为了使污染源样品的釆集更加有真实性，准

16、确性根据平常工作的经验，对不同的污染源釆样采取以下方式：（1）马路扬尘 以监测点东南西北4个方向以及中心作为釆样区域，釆集最靠近马路边的土壤，将各区域采集的5个样品混合为一个样品。在实验室中对釆取的样品进行干燥、备滤，利用再悬浮的方式对马路扬尘进行釆样。（2 ）建筑工地尘 以监测点为中心，分别对附近的建筑工地地表尘土进行采样，将采集到的样品混合为一个样品。在实验室中对样品进行干燥、条滤，利用再悬浮的方式对建筑工地尘进行采样。（3 ）餐饮店厨房油烟源 餐饮店厨房油烟属于高温高湿气体且油烟量较大，为了釆样的真实性以及避免对釆样仪器造成损害，釆用烟道稀释的方法对抽放油烟源进行釆集。采样入口对准抽油烟

17、机的排气口，对不同餐饮店进行多次釆样。（4）机动车尾气当前对于机动车尾气样品的釆集主要有三种方法：汽车排气管5M内釆样、交通隧道釆样以及马路两侧釆集空气样品代表机动车尾气排放。本研究釆用烟道稀释装置，对汽油车和柴油车尾气进行多次釆样。（5）工业燃煤通过对苏州市工业燃煤企业的调查，釆样地点选取为苏州市某纺织后整理厂燃煤锅炉，通过锅炉烟道留有的釆样口进行样品釆集。由于烟道内温湿度较大且浓度较高，釆用烟道稀释装置进行釆样。采样滤膜选择为Munktell公司的石英滤膜（37x37mni）收集颗粒物样品。釆样前将空白滤膜在马弗炉中高温烘烤2小时，以消除滤膜中挥发性成分对化学分析带来的影响，然后将滤膜在恒

18、温恒湿（T=20， RH=50% ）的条件下放置一天至基本恒重，使用精度为10|g的微量电子天平（SartoriusME5-F ）进行称重。称重完成后将滤膜放回滤膜夹中，4下保存待用。釆样后的滤膜立即放回原滤膜夹中，4保存。称重前先将滤膜在恒温恒湿（T=20 ， RH=50% ）条件下放置一天至基本恒重后，釆用微量电子天平称重。称重后将滤膜放回滤膜夹，4下保存。2.4 样品化学成分分析- 水溶性离子水溶性离子分析釆用青岛普仁仪器公司生产的PIC-10A型离子色谱仪。具体操作为：将采集到的污染源和大气环境样品滤膜平均分为4份，将其中的1/4样品滤膜剪碎后放置于10 ml容量瓶中，加入10 ml去

19、离子水（Milli-Q Gradient， Millipore Company，美国），用超声波清洗仪（CPXH-1800型，上海恒奇厂）超声提取40分钟。提取液经上海ANPEL公司的水相聚醚讽针式滤器（孔径， （pl3min）过滤2次后进样分析。阳离子检测使用Metrosep C4-150/分离柱和Metrosep C4 Guard保护柱，淋洗液为肖酸和 mmol/L的2，6-吡啶二羧酸的混合溶液，流速为阴离子检测使用Metrosep ASupp 5-150/分离柱和Metrosep A Supp 4/5 Guard保护柱，淋洗液为 mmol/L的碳酸纳和L的碳酸氢钠的混合溶液，为 ml/m

20、in。本研究测定的11种无机离子为：SO42-、NO2-. NO3-、F-、PO43-、CI-、Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+。- 无机元素无机元素分析使用Spectro等离子体原子发射光谱仪（上海拓普思公司），与传统无机分析技术相比，ICP-MS技术拥有检出限最低、动态线性范围最宽、分析速度快、分析精密度高、ICAL智能逻辑系统校正，使仪器使用更为精准，可提供精确的同位素信息、可进行多元素同时测定等分析特性。颗粒物样品需要溶解成均一、澄清的溶液，然后进入ICP-MS分析。本研究釆用了强酸消解样品，方具体法为：将1/4滤膜剪碎放入消解罐中，加入5mLHNO3，2mL HClO4。静

21、置过夜，在电加热板上加热溶解，待蒸至近干取下冷却。用10ml左右的HN O3冲洗消解墙瓶壁，再将消解墙放到电热板上保持10分钟微沸。用定量滤纸过滤后转移到25 ml容量瓶中，用HNO3定容，移至聚乙烯塑料瓶中待测。测定条件为:RF功率1200W，载气流速 L/min，蠕动泵流速 L/min，雾化室温度:2摄氏度。氧化物指标：%，双电荷指标：%。每个样品重复测3次，仪器的稳定性根据内标元素的相对标准偏差来控制。本研究共分析了A1、Cr、Mn、Fe Ni、Zn、Cu、Cd、Pb、Ti共10种元素的含量，标准样品选取了Agilent公司提供的环境校准标准（Environmental Cabibrat

22、ion Standard， Part#，使用土壤标准物质和煤飞灰标准物质测算元素的回收率。- 有机碳OC和元素碳EC本研究使用美国沙漠研究所（DRI）研制的Model 2001a热光碳分析仪（Thermal Optical Carbon Analyzer）。其中较为推荐方法是样品中OC、EC的含量根据IMPROVE分析协议规定的热光反射法（TOR）进行测量，此种方法是当前大气中OC、EC测量较为准确的一种。在测量过程中，釆用氦-気激光监测的滤纸反光光强的变化，指示出元素碳EC氧化的起始点。有机碳OC碳化过程中形成的碳化物称之为聚合碳（OPC）。当一个滤膜样品完成测试分析时，将同时给出有机碳和元

23、素碳的8个组分（OC1、OC2、OC3、OC4、EC1、EC2、EC3、OPC）， IMPROVE协议定义有机碳为OC1+OC2+OC3+OC4+OPC，定义EC为EC1+EC2+EC3 OPC。本方法OC、EC的最低检测限分别为g/g/g/m3测量范围750g/m3。质量控制与保证:每天在样品分析前，对仪器进行CH4/CO2标准气体校正，样品分析结束后的当天仍釆用CH4/CO2标准气体校准仪器;每周使用标准样品进行2次测量，标准样品的回收率为98%102%；每周对仪器进行系统空白以及实验室空白测量。与AtmAA公司的热猛氧化法以及美国沙漠所同类型号测量结果对比表明，TC的实验误差小于5 %，

24、有机碳OC和元素碳EC的实验误差均小于10 %。具体仪器操作情况详见文献3。第3章 结果与讨论的化学成分主要分为三大类：一是可溶性粒子，包括：Cr、SO42-、Br-、NH4+、Na+、K+等；二是无机元素，包括一些金属元素、自然尘等；三是含碳物质，包括有机碳OC、元素碳EC和多环芳香烃等。不同的化学组分来源不同，对人体的危害也有差异，因此研究颗粒物的化学组成对于分析的来源，研究对人体健康的影响具有重要的意义。HAND4通过对美国176个城市监测点和168个郊区监测点的化学组成进行分析，对比了不同监测点化学成分的差异，探讨了各个监测点的污染物来源。Zhou 5于2006年对北京市大气颗粒物进行

25、了采样并分析颗粒物中碳物质和水溶性离子的组成，研究表明，含碳物质和水溶性离子含量呈现明显的季节性差异。陈灿云等6与夏季对广州市四个不同的功能区的颗粒物进行了为期一个月的釆样，分析了顆粒物的化学组成，研究了广州市大气颗粒物的来源。李伟芳7通过研究天津市冬季工业区、城区和滨海区的含碳组分和水溶性离子的污染特性，探究了不同区域来源上的差异。 中有机碳OC与元素碳EC特性有机碳OC和元素碳EC是的重要组成部分，约占总质量浓度的10%50%，而且随着颗粒物粒径的变小，比重越来越大8。EC又称石墨碳，主要源于煤、柴油和汽油等燃料不完全燃烧的直接排放，常被用来衡量人为污染。而由燃烧等过程直接排放的一次有机碳

26、（POC）和经过复杂的光化学反应而生成的二次有机碳（SOC）是组成OC的主要来源。含碳气溶胶对能见度、辐射平衡、环境质量、人类健康等都有重要影响。有学者研究表明由于EC表面具有很好的吸附性，在传输过程中通过捕获二次污染物可以使物理化学结构发生变化，对云的形成产生影响。OC中含有大量致癌物质和基因毒性诱变物，如多环芳烃、氯代二噁英等，会对人类健康产生严重危害。含碳气溶胶的研究是颗粒物研究中的重点和难点，研究含碳组分的污染特征对研究气溶胶的来源有着重要作用，对深入研究大气颗粒物对健康和气候的影响、为环境管理和污染治理提供科学依据都具有重要的现时意义。 EC和OC质量浓度特征本研究讨论了J小区的马路

27、边监测点夏季与冬季的OC、EC浓度。如图所示：图4-1：旭景园小区夏季OC、EC浓度图4-2：旭景园小区冬季OC、EC浓度由图4-1和4-2所示，夏季采样期间，OC的浓度范围：g/m3g/m3，最高浓度35g/m3；平均浓度为30g/m3 ；EC的浓度范围为gg/m3；最高浓度10g/m3，平均浓度为g/m3。冬季釆样期间，OC的浓度范围为g/m3，最高浓度为75g/m3；平均浓度为g/m3；EC的浓度范围为g/m3gm3；最高浓度为16gm3，平均浓度为 g/m3。由此可知OC和EC的日变化趋势基本相同。但是冬季含碳气溶胶的浓度明显有所增加，其中0C的浓度增加最为显著，这可能是由于冬季机动车

28、从低温到启动过程中造成含碳气溶胶的排放量增大，再因为冬季气象条件不利于污染物的扩散和分，污染物相对比较集中。 OC和EC的相关性及来源分析OC和EC的来源主要有餐厨油烟、锅炉燃煤、机动车排放的尾气和生物质的燃烧。OC和EC的相关性从一定程度上可以反映二者来源之间的关系。经过研究表明，可以根据OC和EC的关系来识别含碳气溶胶的来源，如果OC和EC的相关关系较好，则表明OC和EC可能来自于相同的污染源。Offenberg9对芝加哥地区的OC和EC进行了研究后发现二者具有很好的关联性和相同性，从而判断OC和EC都源自于交通排放。因此，利用OC和EC之间的相关性可以对含碳气溶胶的来源进行定性分析。 OC/EC的比值和二次气溶胶SOC大气中含碳气溶胶来源比较复杂，包括了一次来源（EC和POC）和光化学转化的二次来源（SOC）。通常EC不发生大气化学反应且化学性质比较稳定，所以常把EC当作人为污染源的示踪物。当大气化学反应活跃的时候，OC中的二次有机碳（SOC）含量上升，从而导致OC/EC值的增加。通过考察OC/EC值可研究碳气溶胶的排放和转化特征，ChenY10等通过研究发现：OC/EC值在之间表明有柴油车和汽油车的尾气排放，在之间表明有燃煤的排放，在之间表明有生