韶关市大气颗粒物地球化学特征与源解析研究

论文摘要

为了查明韶关市不同功能区春、夏、秋、冬四季大气颗粒物的浓度、化学组成、矿物成分及重金属元素化学形态分布，并对可能产生贡献的源进行分类研究，根据源解析结果，确定大气颗粒物的来源以及各源类对环境的贡献，为韶关市全面、综合、合理地制定空气污染防治对策和措施奠定基础。论文应用地球化学和矿物学的基本原理和方法，采用ICP与XRF、气相色谱-质谱法（GC-MS）、X粉晶衍射和扫描电镜等现代分析技术手段对大气颗粒物的地球化学特征进行了全面、系统的研究，并应用化学质量平衡模型（CMB）的方法对韶关市大气颗粒物的来源进行了解析。 韶关市大气污染主要以细颗粒物（粒径<10μm）为主，颗粒物中的主要组成元素是Si、S、Ca、Fe、AL、K、Na、Pb、Zn、Mg等。这10种元素的质量浓度总和约占23种元素总质量浓度的90％以上。Cu、Cr、Na、Sn、Se、Pb、S等7种元素是城市中的污染元素，他们主要包含在PM2.5中。 韶关市大气颗粒物中有机物污染浓度与颗粒物质量浓度具有一致性，在颗粒物质量浓度大的地方，有机污染物浓度也大，说明各功能区采样点有机污染源具有一致性。其中，荧葸、苯并[a]蒽、苯并[k]荧蒽三种有机物的含量最高，表明多环芳烃的污染主要以含四苯环的苯并[a]蒽、苊、芘等为代表，说明其污染来源于高温燃烧。 大气颗粒物的微观形貌可分为六种类型：链状集合体、簇状集合体、圆球状颗粒物、不规则粒状集合体、长条状集合体和和片状颗粒物。主要矿物成分为伊利石、斜长石、绿泥石、石英、方解石、白云石和无定型非晶质物等。矿物颗粒表面有硫化现象，说明大气中SOx的污染严重。 对重金属化学形态的研究表明重金属存在的形态与颗粒大小具有相关性，颗粒粒径分布是影响重金属环境活性的重要因素。 韶关市大气污染物排放源依次是汽车尾气尘、冶金尘、扬尘、煤烟尘、建筑水泥尘。除夏、秋两季扬尘的贡献明显增大以外，其它源类在四季中对受体的贡献呈现出相对平均的状态。 春、夏、秋、冬四季比较表明，除扬尘和建筑水泥尘的贡献有明显季节波动外，其它各源类对受体贡献的相对关系变化较小，说明季节的变化对其它各源类的影响不明显。夏季污染比较严重，跟气候条件和人群活动量大有关系，而不是污染源有明显变化造成的。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 立题依据与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 大气颗粒物的粒径分布
• 1.2.2 大气颗粒物的化学特征研究
• 1.2.3 大气颗粒物矿物学研究
• 1.2.4 大气颗粒物的源解析研究
• 1.2.5 大气颗粒物对人体健康的影响研究
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究的技术路线
• 1.4 论文工作量
• 第二章 源与受体样品的采集与分析
• 2.1 源样品的采集
• 2.1.1 排放源分类与识别
• 2.1.2 源样品的采集原则
• 2.1.3 源样品的采集
• 2.1.4 源样品处理与质量控制
• 2.2 受体样品的采集
• 2.2.1 采集的样品种类
• 2.2.2 采样仪器和滤膜的选择
• 2.2.3 采样布点、采样时间与周期
• 2.2.4 采样过程中的质量控制
• 2.3 源与受体样品的成分分析
• 2.3.1 无机元素的分析
• 2.3.2 多环芳烃的分析
• 2.3.3 离子分析和碳分析
• 2.3.4 矿物成分和重金属化学形态分析
• 第三章 大气颗粒物质量浓度的分布特征
• 3.1 大气颗粒物的时空分布特征
• 3.1.1 大气颗粒物的季节性分布
• 3.1.2 大气颗粒物的空间分布
• 3.2 不同粒径颗粒物质量浓度的分布特征
• 3.2.1 TSP、PM10、PM2.5质量浓度的相关性分析
• 3.2.2 TSP、PM10、PM2.5的质量浓度及其相对含量
• 3.2.3 三种尺度颗粒物质量浓度的相对关系
• 3.3 小结
• 第四章 大气颗粒物化学特征与物相分析
• 4.1 无机元素的分布特征
• 4.1.1 TSP中无机元素的空间分布特征
• 4.1.2 不同尺度颗粒物中无机元素的分布特征
• 4.2 大气颗粒物中多环芳烃的分析
• 4.2.1 大气颗粒物中多环芳烃的种类
• 4.2.2 多环芳烃的时空分布特征
• 4.2.3 多环芳烃在不同粒径颗粒物上的分布
• 4.2.4 韶关市多环芳烃的污染水平
• 4.3 重金属环境活性研究
• 4.3.1 TSP中重金属化学形态的分布
• 4.3.2 重金属形态在不同粒径颗粒物中的分布
• 4.4 大气颗粒物的矿物学特征
• 4.4.1 形貌特征分析
• 4.4.2 矿物成分分析
• 4.4.3 矿物颗粒表面元素分析
• 4.5 小结
• 第五章 化学质量平衡法（CMB）受体模型的源解析技术
• 5.1 CMB受体模型的基本理论
• 5.1.1 CMB受体模型原理
• 5.1.2 CMB受体模型的算法
• 5.2 CMB受体模型模拟优度的诊断技术
• 5.2.1 源贡献值拟合优度的诊断
• 5.2.2 不定性/相似性组的诊断
• 5.2.3 化学组分浓度计算值拟合优度的诊断
• 5.2.4 其他的诊断技术
• 5.3 利用CMB受体模型进行源解析的程序
• 5.4 CMB受体模型拟合结果的不确定性分析
• 5.4.1 一组数据多种结果现象
• 5.4.2 CMB拟合结果不确定性的原因分析
• 5.4.3 满意结果的选择方法研究
• 第六章 颗粒物源成分谱研究
• 6.1 源成分谱建立方法
• 6.1.1 源分类及特征
• 6.1.2 源化学组成特点
• 6.1.3 建立源成分谱的原则
• 6.2 源成分谱化学组成特征分析
• 6.2.1 源成分谱的化学成分特征
• 6.2.2 各源类的特征元素选择
• 6.2.3 源成分谱不定性/相似性的诊断
• 6.3 受体成分谱化学组成特征
• 6.3.1 TSP的时空分布特征分析
• 6.3.2 TSP受体化学成分特征
• 6.3.3 主量成分特征
• 6.3.4 四季受体成分谱相对组成的比较
• 6.4 小结
• 第七章 CMB受体模型的应用研究
• 7.1 源分担率和贡献值的计算及其结果
• 7.1.1 参与拟合的源化学组分的选择
• 7.1.2 韶关市区TSP源解析结果
• 7.2 CMB受体模型源解析结果的讨论
• 7.2.1 源贡献值和分担率的特征分析
• 7.2.2 源贡献值拟合优度的诊断
• 7.2.3 源解析结果的稳定性分析
• 7.3 小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文