硕士论文：郑州市大气颗粒物PM2.5和PM10的特性研究

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４结论与展望…．………………………．………．．５７
４．１ 结论………………………………………………………………………………………………５７ ４．２本论文创新点……………………………………………………………。５８ ４．２下一步研究展望…………………………………………………………．５９
参考文献…………．……………．………………６０ 攻读硕士期间参加的研究课题和研究成果………………．．６７ 致谢……………………………………………６８
我国１９９６年颁布的环境空气质量标准中规定了ＰＭｌｏ的质量浓度标准，并 要求空气质量报告中采用ＰＭｌｏ指标，这在一定程度上促进我国对ＰＭｌｏ质量浓 度的研究，并形成一定规模的对ＰＭｌｏ长期和大覆盖面积监测。而对ＰＭｚ．５的研 究由于其监测仪器昂贵，采样分析过程复杂繁琐，目前在我国还没有实现对它 的长期和区域性监测，对ＰＭ；．５的研究仅限于局部性的监测和分析。
徐宏辉【１９】（２００８）通过夏末秋初对北京市区和天津市区ＰＭ２．５浓度变化的研 究，结合多年监测结果推断出，细粒子在大气中停留时间较粗离子长，更容易 被远距离传输，具有区域性污染的特征；而粗离子容易受到局地污染源的影响， 具有一定城市性污染的特征。
（三）大气颗粒物中水溶性离子的研究 水溶性离子是颗粒物的重要化学组分，它被认为是影响大气能见度和云凝 结核形成的重要因素，还能够形成酸雨，引起气候变化。其中阴离子以硫酸盐、 硝酸盐和卤素离子存在，阳离子主要为铵根离子、碱金属和碱土金属离子， 赵金平等【２０】（２０１０）研究了滨海城市不同粒径大气颗粒物水溶性离子的分 布，发现ＰＭ２．５中以Ｓ０４玉、Ｎ０３’和ＮＨ４＋Ｚ．次离子为主，ＰＭ２．５－ｌｏ和ＰＭｌｏ．１００中的 水溶性离子以Ｎａ＋、Ｃ１‘、Ｃａ２十为主。 大气颗粒物中Ｎ０３－／Ｓ０４２’的比值被广泛用于区分移动源和固定源的贡献，若 比值大于１说明移动源排放（如机动车辆排放以ＮＯｘ为主）的重要性大于固定 源排放（如煤的燃烧以ＳＯｓ为主）；反之，移动源的重要性要小于固定源。许多 研究显示在我国许多城市固定源排放仍然是最重要的污染源，北京【２１１（２００５）、 上海［２２】（２００６）、台湾【２３１（２００７）、贵阳【２４１（２００４）、西安【２５】（２００７）Ｎ０３７ Ｓ０４２· 的比值分别为Ｏ．７１、０．８３、０．４３、０．１３、０．３８：国外许多发达城市与我国情况有 所不同，Ｓａｉｔｏｈ等【２６】（２００２）对东京大气颗粒物ＰＭ２．５的研究发现Ｎ０３－／Ｓ０４２。比 值为２．２０；Ｋａｎｇ等【２７】（２００４）对首尔大气颗粒物ＰＭ２．５的研究发现Ｎ０３７ Ｓ０４２－
２实验方法……………．．………．．……………．．１５
２．１样品采集…………………………………………………………………．１５ ２．１．１采样仪器……………………………………………．１５ ２．１．２采样及其质量控制和质量保证……………………………．１６
２．２水溶性离子分析方法……………………………………………………１７ ２．２．１分析仪器及方法………………………………………．１７ ２．２．２质量控制和质量保证……………………………………１９
大气颗粒物作为污染物的载体，可以携带有毒有害污染物进行远距离传输， 造成区域性污染；它还是大气污染物化学反应床，能够进行多相化学反应；影 响酸沉降；导致地球和大气系统能量平衡的变化。尤其是细粒子能够降低大气 能见度，给人们生活带来诸多不便。
ＰＭ２．５和ＰＭＩｏ所吸附的多环芳烃对人体具有致癌、致突变性，其中的苯并［ａ】
大气颗粒物的化学组分十分复杂，颗粒物的来源不同，其组分相差很大。 来自于地面扬尘和由污染源直接排放的颗粒物及来自于海水飞沫的盐粒等一次 污染物含有大量的Ｎａ、Ｓｉ、Ｃ１、Ｆｅ、ＡＩ和Ｔｉ等元素；来自于二次污染的大气颗 粒物则多含有大量的硫酸盐、硝酸盐、铵盐和有机物等。大气颗粒物中的微小 粒子主要是由各种燃烧过程（燃煤、柴油汽车、焚烧炉等）排放的一次粒子和 大气中气相反应生成的二次粒子（硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机碳等）构成， 细粒子中有毒有害组分含量较高；粗大粒子主要来源于工业粉尘、风沙、土壤 扬尘及海盐等自然过程。
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１引言
目前，大气颗粒物属于全球性的污染，大气颗粒物污染与发病率和死亡率 的提高有很大的关系，对人体健康有很大危害，可以导致呼吸道和心脑血管等 疾病，因此，世界各国都十分重视大气颗粒物研究。尤其是动力学直径小于 ０．２５１ｘｍ的细粒子（ＰＭ２．５）更是受到加倍的重视，当人体呼吸时，ＰＭ２．５能有有 效的渗透呼吸系统，并沉积在支气管和肺泡中。ＰＭ２．５中的ＰＡＨｓ有致突变和致 癌性，可能会对人体健康造成直接的严重危害或者造成长期潜在的危害。
１．２国内外研究进展
目前，城市大气颗粒物已经成为全球性的污染问题，世界各国都十分重视 大气可吸入颗粒物的研究和防治工作。
（一）大气颗粒物对人体健康的影响 随着城市人口密度的增加，工业化的快速发展以及煤炭、石油等化石燃料 消耗的增长，大气环境质量日益恶化，大气污染已经成为影响人体健康的主要 危害之一。近年来，人们一直都在进行关于大气污染对人体健康影响方面的研 究。颗粒物作为大气污染的重要组成部分，其对人体健康的危害已经被流行病 学专家证实，颗粒物与人体发病率和死亡率的增加有密切的关系，会对人体健 康造成严重的影响，如引发呼吸道疾病、心血管疾病等【８】【９】。 流行病学研究指出大气颗粒物对人体的危害程度取决于颗粒物浓度、季节 变化以及人体在颗粒物环境中的暴露时间。美国流行病学专家对犹他谷大气中 ＰＭｌｏ进行研究，发现ＰＭｌｏ日均浓度增加５０｝ｔｇ／ｍ３，死亡率增加４－５％；当ＰＭｌｏ 浓度超过１００９９／ｍ３时，死亡率会比ＰＭｌｏ浓度小于５０｝．ｔｇ／ｍ３时高出１１％。Ｏｓｔｒｏ 等对泰国曼谷ＰＭｌｏ的研究发现，当其浓度增加１０１ｘｇ／ｍ３时，死亡率增加１－２％。 颗粒物的毒性还与颗粒物动力学粒径和颗粒物的排放源有关，细粒子由于 粒径小、表面积大，容易在肺泡中沉积，与粗离子相比对人体有更大的危害。 另外，许多对人体有潜在危害的物质如多环芳烃、重金属等主要集中在细粒子 上，因此细粒子浓度的增加更能引起发病率和死亡率的增加。为了解不同排放 源颗粒物对人体健康的危害，很多学者进行了不同来源大气颗粒物的毒理学研 究，如ＭｃＤｏｎａｌｄ等【１０】（２００４）研究了机动车尾气排放的颗粒物毒性： Ｇｅｒｌｏｆｓ－Ｎｉｊｌａｎｇ等【１１】（２００７）研究了交通繁忙区颗粒物的毒性；Ｊａｙａｓｅｋｈｅｒ等【１２】 （２００９）研究了火电厂排放颗粒物的毒性；Ｓｈａｒｍａ等【１３】（２００７）研究了垃圾焚
李军等【ｌ ８】（２００９）采用非参数分析（Ｓｐｅａｒｍａｎ秩相关系数）法研究了北京 市大气颗粒物浓度与气象因素的关系，发现粗离子和细粒子质量浓度对同一气 象因素变化的响应有较大区别，春季和夏季风速对粗离子质量浓度的影响比对 细粒子质量浓度的影响大，ｐ ６＇Ｍｚｓ）／ｐ（ＰＭＩｏ）与地面平均风速呈显著正相关； 秋季日照长短对细粒子质量浓度的影响要比对粗离子质量浓度的影响大，ｐ
表１．１中国大气可吸入颗粒物年均浓度达标状况
从总体看，我国ＰＭｌｏ颗粒物的污染有逐年好转的趋势，但是ＰＭｌｏ的污染 还是很严重，是不容忽视的。另外，我国对细颗粒物ＰＭ２．５尚缺少标准，而国际 目前通用的环境空气质量标准已经细化到ＰＭ２．５，如表１．２所示：
表１．２ ＰＭｌｏ、ＰＭ２．５的质量浓度标准
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ｌ引言
１ 引言
１．１研究背景
大气污染物具有天然源和人为源两种源，天然源主要包括自然尘、火山活 动、森林排放、海浪飞沫和森林、草原火灾等，人为源主要包括燃料燃烧、工 业排放、固体废弃物的燃烧以及农业活动排放。
气溶胶中的可吸入颗粒物由于粒径很小，很容易被人体吸入并沉积在支气 管和肺部，粒径越小越容易通过呼吸道进入肺部，其中细颗粒物尤其是粒径小 于ｌｌａｍ的粒子可以直接到达肺泡内，并沉降在肺间质，极难排出体外，进入肺 部的粒子由于其本身的毒性或携带有毒物质造成对人体的危害【ｌ】。流行病学研究 证明可吸入颗粒物与呼吸道症状增加、肺功能下降、肺癌病死率及心血管疾病 发病率的增高有密切关系［２］［３］１４１，ＰＭｌｏ浓度平均上升１０ｂｔｇ／ｍ３，每日总死亡率上 升０．６％【５１，其中ＰＭ２．５与ＰＭｌｏ相比具有更高的致死风险【６】。颗粒物进入人体后 在沉积部位对组织发生的作用或影响是由其化学组成决定的，因此，对颗粒物 进行化学组分分析是非常必要的。
近年来许多学者对ＰＭｌｏ和ＰＭ２．５质量浓度做了进一步的分析研究，将其与 各种气象因素结合在一起，分析各种气象因素对它们的影响。
胡敏等【１６１（２００６）通过对北京夏季高温高湿和降水过程中大气颗粒物进行 研究，得到结论降水对大气颗粒物有明显的湿沉降作用。
周江兴ｌｌ ７１（２００５）分析Ｓ０２、Ｎ０２、ＰＭｌｏ与温度、风速及降水之间关系的 过程中，发现污染物浓度与气象要素之间存在着非常明显的非线性关系，之后 他采用非线性回归方程来描述这些污染物与气象要素之间的关系，使其相关性 有明显的提高。
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ｌ 引言
（ＰＭｚ５）／ｐ（ＰＭｌｏ）与日照小时数呈显著负相关；冬季相对湿度对粗离子质量浓度 的影响比对细粒子质量浓度的影响大，ｐ（ＰＭ２．５）／ｐ（ＰＭＩｏ）与相对湿度呈显著负 相关。
有研究还表明ＰＭ２．５和ＰＭＩｏ的浓度受到人为排放因素和气象因素的共同影 响，在一定程度上还受到植被覆盖率的影响。
１引言
芘能诱发肺癌、皮肤癌和胃癌。目前国际上对ＰＭ２．５和ＰＭｌｏ的研究主要集中在 化学组分分析、源解析、形成机制、毒理学和控制技术等方面，这些研究对改 善生存环境、提高人体健康有重要意义。
继Ｓ０２、ＮＯｘ之后，颗粒物ＰＭｌｏ已经成为影响我国空气质量的首要污染物。 １９９６年ＧＢ３０９５．８２《环境空气质量标准》规定，ＰＭｌｏ二级质量标准为年均值 １００９９／ｍ３，日均值１５０ｒｔｇ／ｍ３；三级质量标准为年均值１５０９９／ｍ３，日均值２５０Ｉ＿ｔｇ／ｍ３。 ２００２年．２００９年《中国环境状况公报》【７】提供的我国可吸入颗粒物年均浓度达标 状况如表１．１所示。
余晔【１５ｊ（２０１０）对兰州市ＰＭｌｏ污染状况进行了长期监测，由２００１．２００７年 的数据得出兰州市ＰＭｌｏ浓度每年下降１２．６％，与兰州市烟、粉尘年排放量变化 趋势一致，还对ＰＭｌｏ做了成因分析，发现由于沙尘、浮尘天气造成的自然尘排 放量的年际变化对ＰＭｌｏ浓度年际变化趋势的贡献为２１％，局部气象条件的扰动 对ＰＭｌｏ浓度年际变化的影响很小。
Ａｂｓｔｒａｃｔ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ＩＩＩ
目录………．．………．．．…………………．．……Ｖ
１引言……．．………．．．………………………．．１
１．１研究背景…………………………………………………………………．．１ １．２ 国内外研究进展……………………………………………………………３ １．３研究意义及内容…………………………………………………………１ ３
３．２郑州市郊区大气颗粒物研究……………………………．．…．。…………………………４３ ３．２．２颗粒物中的水溶性离子…………………………………．４６ ３．２．３颗粒物中的元素碳和有机碳………………………………４９ ３．２．４颗粒物中的多环芳烃……………………………………５１
在大气颗粒物中由许多组分对人和环境有不同程度的影响和危害但是由于其来源和粒径的不同影响和危害会相差很大人们需要从大量监测到的数据中经过分析和处理得到有关有害成分的来源及其对污染的贡献率以便为环境标准的制定和污染控制策略的制定提供科学依据因此大气颗粒物的源解析方法应运而生
目录
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摘要……．．…………．．．…．……………………．Ｉ
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１引言
烧排放颗粒物的毒性；Ｂａｒｒｅｔｔ等【１４】（２００６）研究了木材烟尘中颗粒物的毒性。 （二）大气颗粒物质量浓度的研究
我国７０％以上的能源来自于煤，煤的燃烧是我国气溶胶的主要来源，尤其 是冬季由于居民取暖燃煤量较其他季节多。煤的大量燃烧已经导致我国严重的 空气污染问题，随着城市化、工业化和机动化的快速发展，能源消耗不断增长， 如果不采取措施进行控制，将会导致一系列更严重的空气污染问题。为提高我 国大气质量，许多地方已经开展对大气状况的监测和分析，这为大气污染的控 制和治理提供了可靠的理论依据。
３结果与讨论…．…………………．……………．．２７
３．１郑州市市区大气颗粒物研究……………………………………………．２７ ３．１．１颗粒物质量浓度………………………………………．２７ ３．１．２颗粒物中的水溶性离子…………………………………．３０ ３．１．３颗粒物中的元素碳和有机碳………………………………４０
２．３元素碳和有机碳分析方法………………………………………………２０ ２．２．１分析仪器及方法………………………………………．２０ ２．２．２质量控制和质量保证……………………………………２１
２．４多环芳烃分析方法………………………………………………………２２ ２．２．１分析仪器及方法………………………………………．２２ ２．２．２质量控制和质量保证……………………………………２５