北京林业大学校区大气PM10、PM2.5的理化特性与分形分析

论文摘要

目前北京市可吸入颗粒物污染形势严峻,其中大气细粒子污染已成为北京地区环境质量持续改善的瓶颈。针对这一问题,本论文2007-2008年在北京林业大学校区内采集大气PM10和PM2.5样品,利用包括高分辨率形貌观察、图像分析和X射线能谱分析的三种单颗粒分析方法,对北京林业大学校区的大气PM10和PM2.5的理化特性进行分析,研究表明大气PM10和PM2.5主要由烟尘聚合体、燃煤飞灰、矿物颗粒和生物颗粒等微观类型的颗粒物构成,其中烟尘聚合体、燃煤飞灰和矿物颗粒为常见颗粒物,大气PM10的主要来源为煤烟尘、机动车尾气和扬尘等。其中矿物颗粒主要由Si、Al、Ca和Fe等元素组成,聚类分析和三元图分析表明矿物颗粒主要为多种黏土矿物和其他矿物（如方解石、白云石）的混合物。大气PM10中烟尘聚合体、燃煤飞灰和矿物颗粒的频率-粒度分布数据分析表明其频率峰值通常分布在0.30～0.50μm,0.20～0.40μm和0.40～0.60μm,大气PM2.5中烟尘聚合体、燃煤飞灰和矿物颗粒的数量-粒度分布的峰值分布在0.20～0.50μm,0.20～0.30μm和0.25～0.40μm。基于微观形貌和分形维数的计算结果证明燃煤飞灰不具有分形特征,而烟尘聚集体和矿物颗粒具有分形特征。其中矿物颗粒的一维分形维数D1均小于烟尘聚集体D1,其边界的不规则程度低,而矿物颗粒的二维分形维数D2均远大于烟尘聚集体D2,其具有更为密实的结构。通过对大气颗粒物PM10和PM2.5污染来源分析得出,目前来看北京林业大学校区内需要把露天烧烤、冬季燃煤取暖和机动车尾气排放污染作为重点控制对象进行大气污染防治。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 国内城市大气中PM10、PM2.5 的污染现状
• 1.1.2 大气PM10 和PM2.5 的环境效应
• 1.1.2.1 PM10 和PM2.5 的全球气候效应
• 1.1.2.2 PM10 和PM2.5 对城市灰霾的贡献
• 1.1.2.3 PM10 和PM2.5 的健康效应
• 1.1.2.4 PM10 对降水的影响
• 1.1.2.5 PM10、PM2.5 的全球污染效应
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 PM10 和PM2.5 研究进展
• 1.3.1 PM10 和PM2.5 的浓度变化和特点
• 1.3.2 PM10 和PM2.5 的化学组成特征
• 1.3.2.1 有机组分的研究
• 1.3.2.2 离子组分的研究
• 1.3.3 PM10 和PM2.5 的物理性质
• 1.3.3.1 粒度分布的研究
• 1.3.3.2 形貌特征研究
• 1.3.3.3 分形特征研究
• 1.3.4 PM10 和PM2.5 的源识别方法
• 1.3.5 PM10 和PM2.5 的反应过程
• 1.4 大气颗粒物研究技术
• 1.4.1 大气颗粒物全样分析技术
• 1.4.1.1 化学分析法
• 1.4.1.2 仪器分析法
• 1.4.2 单颗粒研究技术
• 1.4.2.1 单颗粒分析的基本特点
• 1.4.2.2 单颗粒分析技术的现状与应用发展
• 1.5 主要解决问题
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 2 采样和样品分析
• 2.1 样品采集和制备
• 2.1.1 采样点的布设
• 2.1.2 大气中PM10、PM2.5 样品的采集
• 2.1.3 样品制备
• 2.2 样品分析
• 2.2.1 PM10、PM2.5 微观形貌观察
• 2.2.2 单颗粒化学元素组成分析
• 2.2.3 图象分析
• 2.2.4 聚类分析
• 2.2.5 三元图的绘制和分析
• 2.2.6 粒度分布分析
• 2.2.7 图像法确定颗粒物的分形维数
• 3 结果与分析
• 3.1 烟尘聚集体单颗粒微观形貌特征、化学组成和粒度分布
• 3.1.1 烟尘聚集体单颗粒微观形貌特征和化学组成
• 3.1.2 烟尘聚集体的粒度分布
• 3.1.2.1 烟尘聚集体粒度分布季节变化
• 3.1.2.2 烟尘聚集体平均粒径特征分析
• 3.2 燃煤飞灰单颗粒微观形貌特征、化学组成和粒度分布
• 3.2.1 燃煤飞灰单颗粒微观形貌特征、化学组成
• 3.2.2 燃煤飞灰的粒度分布
• 3.2.2.1 燃煤飞灰的粒度分布的季节变化
• 3.2.2.2 燃煤飞灰平均粒径特征分析
• 3.3 不规则矿物单颗粒微观形貌特征、化学元素组成和粒度分布
• 3.3.1 不规则矿物单颗粒微观形貌特征和化学元素组成
• 3.3.1.1 大气PM10 中矿物单颗粒化学元素组成
• 3.3.1.2 大气PM2.5 中矿物单颗粒化学元素组成
• 3.3.2 大气PM10 和PM2.5 中矿物颗粒粒度季节变化特征分析
• 3.4 其他粒物的微观形貌和化学组成
• 3.5 PM10 和PM2.5 中烟尘聚集体和矿物颗粒的分形特征
• 3.5.1 PM10 和PM2.5 中烟尘聚集体分形特征
• 3.5.2 PM10 和PM2.5 中矿物颗粒分形特征
• 3.6 北京林业大学校区大气PM10 和PM2.5 来源分析
• 3.6.1 PM10 和PM2.5 源贡献的季节变化数量特征分析
• 3.6.2 PM10 和PM2.5 源贡献空间特征分析
• 3.6.3 PM10 和PM2.5 源贡献标志性化学元素特征分析
• 4 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 作者简介
• 导师简介
• 致谢