（环境工程专业论文）济南市环境空气细颗粒物pm10和pm25污染特征研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 可吸入颗粒物p m l o 是目前我国城市大气环境的首要污染物，尤其是空气动 力学直径小于2 5 岬的颗粒物( p m z s ) 在我国许多大中城市大气中超标十分严重， 目前已引起国内外政府及研究部门的高度重视。 本文选取扬尘、土壤尘、黄河沙、建筑尘、机动车尾气尘、煤烟尘、拆迁废 料、钢铁尘、道路尘和烹调尘共十类污染源作为济南市大气细颗粒物的排放源类， 并分别测定了各种源样品的物理特性和化学特性。用干法激光粒度分析仪、带能 谱的扫描电镜( s e m e d x ) 等分别测定了济南市大气细颗粒物的污染源样品的 粒径分布、形貌等物理特性，得出黄河沙粗颗粒的d 最大，扬尘粗颗粒的d 5 0 最小，扬尘的比表面积最大，黄河沙最小。同时还测定了大气颗粒物源样品的真 密度、含水率、润湿性等物理特性。采用i c p a e s 法主要测定了污染源样品粗 细颗粒的n a 、m g 、a i 、s i 、k 、c a 、s c 、t i 、v 、c r 、m n 、f e 、n i 、c u 、z n 、 舡、p b 共1 7 种无机元素，采用离子色谱法测定了c 1 。、n 0 3 - 和s 0 4 2 - ，采用碳分 析仪测定了粗细颗粒物的t c 和o c ，结果表明各污染源粗细颗粒中无机元素、 离子成分和碳组分等均不同。 采用美国a n d e r s o n 公司的r a a s - 4 0 0 四通道颗粒物膜采样器采集环境受体样 品，选择采暖季( 1 1 月次年3 月) 和非采暖季( 4 月6 月) 作为采样季节。采 用美国m s p 公司生产的宽范围颗粒物粒子分析仪来测量颗粒物空气动力学直径 1 0 r i m 到1 0 p m 之间的颗粒物个数浓度，其颗粒物谱分布特征为气溶胶粒子主要 集中在积聚模态( o 1 - 2 “m ) ，在粒径约0 4 - 0 6 9 m 附近达到一个极大值，说明 济南市大气颗粒物在空气中主要以细粒子p m 2 5 的形式存在。环境受体细颗粒物 的s e m - e d x 形貌主要包括烟尘集合体、燃煤飞灰、矿物颗粒、生物颗粒物等， 多见细粒子的烟尘集合体，形状为规则的球形颗粒。通过环境受体化学特性的测 定，建立了济南市环境空气细颗粒物的成分谱库，采暖季与非采暖季环境受体的 各化学成分含量大致趋势一致且采暖季各成分谱含量基本上都大于非采暖季各 成分含量。济南市细颗粒物p m l o 和p m 2 5 污染呈现出时空分布规律，不同监测点 位的颗粒物浓度不同，不同采样季节污染物浓度也不同，采暖季的污染均比非采 暖季严重。济南市污染物浓度值的小时变化出现双峰污染状态。 最后提出济南市大气细颗粒物的污染防治对策，首先是摸清济南市大气细颗 i 山东大学硕士学位论文 粒物的各种来源、粒径分布和时空分布特征。防治扬尘和机动车尾气尘污染是济 南市细颗粒物污染防治的重点，因此本论文的研究对济南市环境空气细颗粒物的 污染研究与防治具有重要意义。 关键词：大气细颗粒物：p m l o 和p m 2 5 污染源；环境受体；污染特征：济南 v i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t p m i oi st h ep r i m a r yp o l l u t a n to fa t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n to fo u rc o u n t r yn o w e s p e c i a l l yt h ep m 2 5t h a tt h ea e r o d y n a m i cd i a m e t e ri sl e s st h a n2 5 1 a r ne x c e e d s s t a n d a r ds e r i o u s l yi nm a n yl a r g ea n dm e d i u m - s i z e dc i t i e so fo u rc o u n t r y n o w ，t h i s s i t u a t i o nh a sa t t a c h e dg r e a ti m p o r t a n c et od o m e s t i ca n df o r e i g ng o v e m m e n ta n d r e s e a r c hd e p a r t m e n t t h i sp a p e rc h o o s e st e np o l l u t i o ns o u r c e st h a tc o n t a i nt h er e s u s p e n d e dd u s t ，s o i l d u s t ，t h ey e l l o wf i v e rs a n d , c o n s t r u c t i o nd u s t , v e h i c l ee x h a u s td u s t , c o a ld u s t ， d e m o l i t i o nw a s t e ，s t e e ld u s t ，r o a dd u s ta n dc o o k i n gd u s tt ob et r e a t e da se m i s s i o n s s o u r c e so fa i r b o m ef i n e p a r t i c u l a t en l a t t e ro fj i n a na n dd e t e r m i n et h ep h y s i c a l p r o p e r t i e sa n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fa l lk i n d so fs a m p l e sr e s p e c t i v e l y w eu s et h ed r y m e t h o d sl a s e r p a r t i c l e s i z ea n a l y z e ra n ds e m - e d xt od e t e r m i n et h ep h y s i c a l p r o p e r t i e st h a tc o n t m nt h ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o na n dm o r p h o l o g yo fp o l l u t i o n s o u r c e ss a m p l e so fa i r b o r n ef i n ep a r t i c u l a t em a t t e ro fj i n a na n ds oo n w ec a l lk n o w t h a tt h ed s oo fc o a r s ep a r t i c l e so fy e l l o wf i v e rs a n di st h el a r g e s ta n dt h ed s oo fc o a r s e p a r t i c l e so ft h er a i s e dd u s ti st h es m a l l e s t t h es p e c i f i cs u r f a c ea r e ao ft h er e s u s p e n d e d d u s ti st h el a r g e s ta n dt h es p e c i f i cs u r f a c ea r e ao fy e l l o wf i v e rs a n di st h es m a l l e s t a t t h es a n l et i m e ，w eh a v ed e t e r m i n e dt h ep h y s i c a lp r o p e r t i e s ，s u c ha sr e a ld e n s i t y ， m o i s t u r ec o n t e n t , w e tp r o p e r t i e sa n ds oo n w eu s ei c p - a e st od e t e r m i n es e v e n t e e n i n o r g a n i ce l e m e n t so fc o a l - s ea n df i n ep a r t i c l e so ft h ep o l l u t i o ns o u r c e ss a m p l e st h a t m c l u d en a ，m 9 1a i ，s i ，k ，c a ，s c ，t i ，v ，c r ，m n 、f e ，n i ，c u ，z n , a s 、 p b w eu s et h ei o nc h r o m a t o g r a p h yi n s t r u m e n tt od e t e r m i n ec i 、n 0 3 。a n ds 0 4 2 - w e u s ec a r b o na n a l y z e rt od e t e r m i n et ca n do co fc o a r s ea n df i n ep a r t i c l e s t h er e s u l t s h o w st h a ta l lo ft h ei n o r g a n i ce l e m e n t s ，i o nc o m p o s i t i o na n dc a r b o nc o m p o n e n t so f c o a r s ea n df i n ep a r t i c l e sa r ed i f f e r e n t w eu s et h er a a s - 4 0 0f o u r - c h a n n e lm e m b r a n ep a r t i c u l a t em a t t e rs a m p l e rt h a t p r o d u c e db ya n d e r s o nc o m p a n yo fu s a t oc o l l e c te n v i r o n m e n tr e c e p t o rs a m p l e s t h es e a s o n st h a tc o l l e c ts a m p l e sa r ed i v i d e di n t oh e a t i n gs e a s o n ( n o v e m b e r - m a r c ho f t h ef o l l o w i n gy e a r ) a n dn o n h e a t i n gs e a s o n ( a p r i l j u n e ) w eu s et h ew i d er a n g eo f i x 山东大学硕士学位论文 p a r t i c u l a t em a t t e rp a r t i c l ea n a l y z e rt h a tm a d eb ym s pc o m p a n yo fu s a t om e a s u r e t h ec o n c e n t r a t i o no ft h ep a r t i c l e s n u m b e rt h a tt h ep a r t i c l e s a e r o d y n a m i cd i a m e t e r r a n g e sf r o mlo n m t olo b m i t sd i s t r i b u t i o no ft h es p e c t r u mo fp a r t i c l e si st h a ta e r o s o l p a r t i c l e sm a i n l yc e n t r a l i z ea ta c c u m u l a t i o nm o d e ( 0 1 2 1 a m ) t h em a x i m u ma p p e a r si n t h ev i c i n i t yo f0 4 0 6 p m t h i si l l u s t r a t e sa t m o s p h e r i cp a r t i c l e so fj i n a nm a i n l ye x i s t a st h ef o r m so fp m 2 5i nt h ea i r t h es e m e d xm o r p h o l o g yo ff i n ep a r t i c l e so f e n v i r o n m e n t a lr e c e p t o r sm a i n l yi n c l u d e ss o o ta g g r e g a t e s ，c o a l f i r e df l ya s h ，m i n e r a l p a r t i c l e s ，a n db i o l o g i c a lp a r t i c l e sa n ds oo n c o m m o n l yf o u n di nt h es o o ta g g r e g a t e s ， t h e ya r er e g u l a rs p h e r i c a lp a r t i c l e s t h r o u g ht h ed e t e r m i n a t i o no fc h e m i c a lp r o p e r t i e s o fe n v i r o n m e n t a lr e c e p t o r s ，w es e tu pc o m p o s i t i o ns p e c t r u md a t ao ff i n ep a r t i c l e si n a m b i e n ta i ro fj i n a n t h eg e n e r a lt r e n do fc h e m i c a li n g r e d i e n t so fe n v i r o n m e n t a l r e c e p t o r sa r ec o n s i s t e n ti nh e a t i n gs e a s o na n dn o n - h e a t i n gs e a s o na n dt h ec o n t e n to f s p e c t r t n ui n g r e d i e n t so fh e a t i n gs e a s o na r em o r et h a nt h e c o n t e n to fs p e c t r a l i n g r e d i e n t so fn o n h e a t i n gs e a s o n t h ep o l l u t i o no fp m i oa n dp m z 5s h o w st e m p o r a l a n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o np r o p e r t i e s i nd i f f e r e n tm o n i t o r i n gs i t e s ，t h ec o n c e n t r a t i o n so f p a r t i c l e sa r ed i f f e r e n t t h ed i f f e r e n ts a m p l es e a s o n sh a st h ed i f f e r e mp o l l u t i o n c o n c e n t r a t i o n t h ep o l l u t i o ni nh e a t i n gs e a s o ni sm o r es e r i o u st h a nt h a ti nn o n - h e a t i n g s e a s o n t h ea v e r a g eh o u rc h a n g e so fc o n c e n t r a t i o n so fp o l l u t i o n sa p p e a rb i m o d a l p o l l u t i o ns t a t u si nj i n a n f i n a l l y , t h ep o l l u t i o nc o n t r o lm e a s u r e sw e r ep r o p o s e d t h ef i r s tt h i n gw h a tw e s h o u l dd oi st h a tw em u s tk n o wt h es o u r c e so fp a r t i c l e s ，p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o na n d t h ef e a t u r e so fs p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o ni na m b i e n ta i ro fj i n a n t h e p r e v e n t i o na n dc u r eo ft h er e s u s p e n d e dd u s ta n dm o t o rv e h i c l ee x h a u s td u s ti s t h e f o c a lp o i n to ft h ep r e v e n t i o na n dc u r eo ff i n ep a r t i c l e sp o l l u t i o ni nj i n a n s o ，t h i s s u b j e c tr e s e a r c hh a st h ev i t a ls i g n i f i c a n c et ot h ep r e v e n t i o na n dc u r eo ff i n ep a r t i c l e s p o l l u t i o ni na m b i e n ta i ro fj i n a n k e y w o r d s ：a i rf i n ep a r t i c l e s ；p m i oa n dp m z s ；p o l l u t i o ns o u r c e s , r e c e p t o r ；p o l l u t i o n p r o p e r t i e s ；j i n a n x 山东大学硕士学位论文 t s p p m l o p m 2 5 t c o c i c p a e s d d m a c p c l p s t o t r 符号说明 空气动力学直径小于或等于l o o p m 的总悬浮颗粒物 空气动力学直径小于或等于l o g m 的颗粒物 空气动力学直径小于或等于2 5 9 r n 的颗粒物 温度 总碳 有机碳 电感耦合等离子体原子发射光谱仪 天 积分动态分析仪 凝结核计数器 激光气溶胶分光计 环境空气中颗粒物浓度 相关系数 x i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：湿堑垡 日期：丝望! ! ! 二 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅：本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：遑盏垡导师签名期兰! 歹! 兰矽 山东大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 1 1 1 大气颗粒物的分类 大气颗粒物是指空气中分散的固态或液态颗粒状物质，为大气中的不定组分 之一，其粒度在o 0 0 0 2 5 0 0 9 r n 之间。根据其粒径大小，又可分为总悬浮颗粒物 t s p ( 空气动力学直径小于或等于1 0 0 1 a m ) 和可吸入颗粒物p m l o ( 空气动力学 直径小于或等于1 0 t a m ) 。可吸入颗粒物又可分为细粒子p m 2 5 ( 空气动力学直径 小于或等于2 5 1 a m ) 和粗粒子p m l o - 2 5 ( 空气动力学直径介于2 5 1 0 t a m ) 。由于颗 粒物的形状和密度各不相同，相同直径或重量的粒子在空气中的动力学运动特征 是不同的，因此用到了空气动力学当量直径这一概念，它指在低雷诺数气流中与 单位密度球具有相同末沉降速度的颗粒直径。其粒径划分示意图见图1 1 。 图1 1 大气悬浮颗粒物粒径划分示意图 1 1 2 大气颗粒物对环境和人体健康的影响 大气颗粒物在空气中的停留时间，对环境的影响及分离的难易程度，都与颗 粒物的粒径大小密切相关。不同粒径的颗粒物在空气中停留的时间有很大差异， 如图1 2 所示。 i 麓 滩甑k 永l 搿9、l 鬻“斟 p一 、 m 。、。 、 拶i 图i2 不同粒径颗粒物在空气中的停留时间( 引自j u i d t hc h o w 等) 由图1 2 可知，3 0 岫的颗粒物在空气中停留时间为1 小时左右，l o i _ u n 的颗 粒物在空气中停留时间为1 0 0 小时左右，25 9 m 的颗粒物在空气中停留时间为 1 0 0 0 小时左右，1 u m 的颗粒物在空气中停留的时间为1 0 0 0 0 小时左右。这说明 大气颗粒物粒径越小，其在空气中的停留时间就越长，危害就越大。 不同粒径的颗粒物在空气中的传输距离也有很大差异，一般来说，在一定的 气象条件下，1 0 0 “m 的颗粒物在空气中传输的距离为l k m 左右，l o g m 的颗粒物 在空气中传输的距离为1 0 0 公里左右，25 0 m 的颗粒物在空气中传输的距离可以 达到上千公里。大气颗粒物粒径越小，其传输距离就越远。且不同粒径的颗粒物 在人体正常呼吸状态下的沉积情况不同，见图13 。 af ” 。 万， ， 一 弋i 够么、 图1 3 在正常呼吸状态下不同粒径的颗粒物在人体呼吸系统的沉积状况 由图1 3 可知，1 0 0 “m 以下大约3 0 岬左右的颗粒物沉积在人体口腔中的比 蓄#十in 例晟高，1 0 5 m l 左右的颗粒物沉积在人的鼻腔中的比例最高，l o f t r n 以下的颗粒 物一般停留在人的气管或支气管中，01 岬以下的颗粒物沉积在人的气管、支气 管和肺部的比例最高。所以大气可吸入颗粒物因其细小而不受人的鼻腔阻挡，可 以直接进入人的肺部并存留在肺的深处，不易排出体外，是大气颗粒物中对人体 健康威胁最大的一类。 可吸入颗粒物p m t o 是目前我国城市大气环境的首要污染物，尤其是空气动力 学直径小于25 岬的颗粒物( p ，) 在我国许多大中城市大气巾超标十分严重，并 且具有上升趋势。我国空气质量超标的城市中，6 8 存在着可吸入颗粒物污染问 题。 1 1 a 细颗粒物p m l o 和p m i 5 的来源 我国城市环境空气污染已从煤烟型污染转变为复合型污染，这种复合型污染 为燃煤排放、机动车排放和颗粒物污染的复合，这种复舍型大气污染示意图见图 l4 。 图l4 中国复合型大气污染示意图( 唐孝炎，张远航等) 由图14 可知大气颗粒物的主要来源有天然污絷源和人为污染源，具体分 类见图15 。 山东大学硕士学位论文 大气颗粒物 来源 腐盐粒子 l 土壤尘 厂天然源1 风沙尘 l 。植物花粉 一次 黄河沙 扬尘 土壤尘 道路尘 拆迁废料 建筑尘 钢铁尘 汽车尾 气； c a ：拆迁废料 建筑尘 土壤尘 道路尘 钢铁尘 扬尘 黄河沙 煤烟尘 汽车尾 气： f e ：钢铁尘 黄m 沙 扬尘 道路尘 土壤尘 煤烟尘 拆迁废料 建筑坐 汽车尾 气： s l ：土壤尘 黄河沙 煤烟尘 扬尘 道路尘 建筑尘 拆迁废料 钢铁尘 汽车尾 气。 离子分析 本文采用美国戴安公司生产的d x - 8 0 型离子色谱仪测定不同污染源中的水溶性离子 c i 、n 0 3 和s 0 4 2 - 的含量。分离柱为a s 4 as c ，琳洗液用0 0 1 8 m m o n a 2 c 0 3 + 00 1 7 r e t o o l n a h c 0 3 的混合溶液。 将污染源样品t s p 的离子成分作为粗颗粒成分，将p m 2 ，的离子成分作为细颗粒物成 分，各污染源样品阴离子成分的测定结果见表21 i 。对于机动车尾气尘，本文仅测定p m 2 j 中阴离了含量。 表21 1各污染源共p m l 5 中阴离子组分的质量百分音量( 续表21 1 各污染源类p m 2s 中阴离子组分的质量百丹含量( ) 3 次测定的相对标准偏差 根据表21l 作图，各污染源类粗细颗粒阴离子组分的百分含量情况见图23 7 23 8 。 图2b 7 各污染源类租颗粒阴离子含量 图23 8 各污染源类p h 乜5 阴离子含量 从图2 3 7 - 圉2 3 8 可以看出，备污染源粗细颗粒中s 0 ，的含量都较高，其它阴离子 黑蒜 0 o 0 ol ；篇 0 0 0 0卯为他! 耋弱 卯! 耋叫器黧 1 2 o 博北趴并川吣吼黑裟 o 0 o器篙 o o o 0 p p ” 2 刚1 2 附 d 山东大学硕士学位论文 含量较小；而p m 2 5 中建筑尘所含的s 0 4 2 - 阴离子成分含量较高；各种污染源细颗粒中所 含的阴离子成分比粗颗粒要高，原因是这些阴离子大多是二次离子，经过物理化学变化 转化而成的，颗粒越细，颗粒越易团聚，吸附的物质就越多。对于p m z 5 来说，各污染 源阴离子含量为： c l 。：钢铁尘 机动车尾气 道路尘 黄河沙 土壤尘 建筑尘 煤烟尘 扬尘 拆 迁废料： n 0 3 。：机动车尾气 黄河沙 道路尘 土壤尘 建筑尘 扬尘 钢铁尘 拆迁废料 煤烟尘； s 0 4 2 ：建筑尘 扬尘 黄河沙 机动车尾气 拆迁废料 道路尘 钢铁尘 土壤尘 煤烟尘。 碳成分分析 测定方法采用元素分析仪( v e r i oe l 德国e l e m e n t a r ) 。以p m z 5 膜样品作为细 颗粒，将细颗粒物中的碳成分列于表2 1 2 。 表2 1 2 污染源细颗粒p h l 2s 碳元素分析表 土壤尘道路尘建筑尘黄河沙 机动车尾气 竺兰兰兰竺鲎竺兰：鲎竺兰：鲎竺兰：篮竺兰：篮竺兰： t c 5 6 5 1 3o 2 1 6 01 2 8 7 2 6o 7 6 0 0 7 2 4 7 50 0 8 5 54 8 2 2 7o 0 0 0 0 5 2 1 3 8 9 8 8 6 0 7 o c4 2 9 0 0 0 2 4 5 01 0 4 7 5 20 0 8 0 02 1 7 9 5o 0 4 0 03 7 4 0 0o 2 8 5 0 3 6 8 6 2 75 2 4 0 6 t c o c 1 3 1 7 31 2 2 8 93 3 2 5 4 1 2 8 9 5 1 4 1 4 4 续表2 1 2 污染源细颗粒p m zs 碳元素分析表 拆迁废料钢铁尘煤烟尘扬尘 烹调尘 竺竺三竺筮竺兰：篮竺兰：篮竺兰：鲎竺兰：篮竺兰： t c6 2 9 5 00 0 4 7 0 4 1 7 9 40 6 5 0 01 0 3 5 0 00 0 8 5 55 3 8 3 00 0 3 6 04 4 2 9 4 6 0 1 0 3 0 o c1 2 8 0 90 0 2 1 03 7 3 0 00 1 1 0 09 9 1 0 00 7 7 5 0 4 0 9 7 00 1 7 4 03 1 0 0 0 00 2 3 1 0 t c o c 4 9 1 4 41 1 2 0 51 0 4 4 4 1 3 1 3 9 1 4 2 8 9 木：3 次测定的相对标准偏差 图2 3 9 为各污染源p m 2 5 中碳元素含量比较图。 山东大学硕士学位论文 图2 3 9 各污染源p m 2 5 碳元素含量 由图2 3 9 可知，各污染源p m 2 5 中总碳t c 和有机碳o c 在汽车尾气中含量最高， 总碳t c 含量可达5 0 以上，其次为烹调尘，除建筑尘和拆迁废料的t c o c 在3 4 之间 外，其余污染源的t c o c 在1 0 左右，说明其它污染源中碳元素主要以有机碳的形式存 在其中。 p m 2 5 中t c o c 的次序为：拆迁废料 建筑尘 烹调尘 机动车尾气 土壤尘 扬 尘 黄河沙 道路尘 钢铁尘 煤烟尘。 污染源化学成分谱的特征分析 各污染源细颗粒p m 2 5 的化学组分含量统计见表2 1 3 。 4 0 山东大学硕士学位论文 表2 1 3 各污染源细颗粒物p m 2 5 的化学成分 污染源 1 0 土壤尘 道路尘 建筑尘 黄河沙 拆迁废料 扬尘 煤烟尘 钢铁尘 汽车尾气尘 n a ，c r ，c u ，m n ， n i ，p b ，s c ，v ，z n ，k ，t i ，n 0 3 a s ，c l a l ，f e ，m g ，s 0 4 2 。， si，caoct c， 鬯弩，0 ，k 黑盯， 趟f e ，m g ，s 0 4 厶 s i ，c a , t c ，o c p b ，s c ，v ，触n 0 3 一”6 ， c r , c u ，m n ，n i ， p b ，s c ，v ，z n , a s ，n a , t i ，n 0 3 c 1 - a l ，f 与：k ，m g ，s i ，c a s 0 4 。，t c ，0 c 。 n a , c r , 、璺c u , k , n i ， f e ，m 舀。s c o ? 。，t c ， a1,si,caivin,ti c in 0 3 p b ，。， 1 6 n r 、 1 。 sc。vz11as。 c r , c u ，m n ，n i ， p b ，s c ，v ，z n , a s ， n a , k ，t i c 1 。，n 0 3 c 、r , c u , ：甓潦，t i ，n a ，k ，m u , z n v ，c l 。，缸，n 0 3 一 一 础，f e ，搀，曼s 0 4 2 ， c a t c o c 。” f e t m r 、g , s 0 4 2 。 s i ，a i ，c a o ct c “ n a ，c r , c u ，k ， m n ，n i ，p b ，s c ，v ，t i ，z n ，s 0 4 2 m g ，f e ，o c ，c as i ，t c 刈 a s ，c 1 一，n 0 3 c r , c u ，n i ，p b ，s c ， v ，a s ，n 0 3 n a ，k ，t i ， z n , c i m g a l , s i ，! c ，o c ， fe，casod 十 。 ” c r , n i , p b , s c ，a ：8 ，s i ，v ，n a ，全1 ，c u ，z n ，s o k tc，ocm g ，c a , m n , t i f e ，k ，c i ，n 0 3 如果将百分含量值大于l 的化学组份称为主量成分，将含量值小于1 的化学组份 称次量成分，由表2 1 3 可知，黄河沙的主量成分为f e ，m g ，s 0 4 2 - ，t c ，o c ，a 1 ，s i ， c a ：土壤尘的主量成分为砧，f e ，m g ，s 0 4 2 。，o c ，t c ，s i ，c a ：道路尘的主量成分为 ，f ，m g ，s 0 4 2 。，s i ，c a ，t c ，o c ：建筑尘的主量成分为主要是，f e ，k ，m g ， s i ，s 0 4 2 ，t c ，o c ，c a ；拆迁废料的主量成分为主要是f e ，m g ，s i ，s o ? ，t c ，o c ， 4 1 山东大学硕士学位论文 c a ；扬尘的主量成分为主要是f e ，m g ，s 0 4 2 。，t c ，o c ，s i ，a i ，c a ：钢铁尘的主量成 分为主要是m g ，s i ，t c ，o c ，s 0 4 2 ，f e ，c a ：煤烟尘的主量成分为主要是m g ， f e ，o c ，c a ，s i ，t c ，a i ：汽车尾气的主量成分为主要是z n ，s 0 4 二，t c ，o c 。 4 2 山东大学硕士学位论文 第三章环境大气颗粒物基本特性分析 3 1 环境采样点位的布设与样品采集 3 1 1 环境样品的采集 ( 1 ) 采样仪器的选择 本研究同步采集两种空气颗粒物即p m l o 和p m 2 5 样品。采样仪器为美国a n d e r s o n 公司的r a a s - 4 0 0 四通道p m 2 5 膜采样器，4 个采样通道的采样流量均为1 6 7l m i n 。可 以同时采集p m 2 5 四张膜，分别用于无机元素、阴离子、碳分析等化学成分的分析；p m l o 滤膜的采集采用单通道a n d e r s o n 采样器，采样流量为l o o l m i n ，用于p m l 0 与p m 2 5 的 污染特征比较。 本文还采用美国m s p 公司生产的宽范围颗粒物粒子分析仪来测量颗粒物空气动力 学直径l o n m 到l o 岬之间的颗粒物个数浓度，同时可以用于计算颗粒物的表面积浓度 和体积浓度，用以分析环境样品的颗粒物谱分布特征。 ( 2 ) 采样时间的选择 根据济南市空气污染的特征，选择采暖季( 1 1 月次年3 月) 和非采暖季( 4 月6 月) 作为采样季节。每个采样季节的具体采样时间一般取决于采集的样品量最低能满足测量 元素的检出限要求。不同的分析方法，元素的检出限不一样。因此采样时间应该根据所 用的元素分析方法的检出限和仪器的采样效率来确定，但是此法复杂，根据经验，一般 城市累积采样时间1 8 2 4 h 左右，即可满足成分分析的要求。由于烹调尘和汽车尾气的 采集与工况有关，所以每次采样时间为l 小时左右。每个采样周期连续采样5 天左右， 采集的膜样品全部用于化学成分分析。 3 1 2 环境点位的布设 选择济南市化工厂、市监测站、开发区和科干所四个大气常规监测的国控点位，作 为受体样品采集点位，所得到的大气颗粒物源解析结果也能够代表济南市空气中颗粒物 的来源。采样点位的参数见表3 1 。 山东大学硕士学位论文 采样高度考虑了济南市大多数人群活动的区间范围，在近地面5 一1 5 米以内，符合 国家采样规范。采样点位分布见图3 1 。 m 末大学磺学位论文 站蝴蛊掣噬軎i崇矿长忙控斑h匝 山东大学硕士学位论文 3 。1 3 环境受体样品采集过程中的质量控制 ( 1 ) 每次采样前，对采样泵的流量按国标的方法进行标定，对不同采样仪 器的采样体积进行校验。 ( 2 ) 滤膜采样时，有专人负责巡检采样泵的流量计读数，课题负责人按一 定频率进行抽检采样泵的流量计读数，并做好记录，防止因采样流量误差而影响 浓度的准确性。 ( 3 ) 应有同一人在不同时间同一地点和同一仪器上采集同一类样品，制成 重复样，雨雪天气不进行采样。 ( 4 ) 滤膜样品在各个传输环节没有尘样丢失。 3 。1 4 环境样品称量过程中的质控 ( 1 ) 裁剪空白滤膜时把参差不齐的边缘清理干净，防止滤膜丢失，影响称 重。受体样品称重时应放入玻璃培养皿中，盖好盖，避免滤膜静电场干扰称重的 精度。 ( 2 ) 采样前，空白有机滤膜在烘箱6 0 条件下烘2 h ，空白石英膜在4 5 0 c 条件下烘2 h ，去除滤膜中挥发份对称重的影响。 ( 3 ) 有机和无机滤膜在烘烤后放入干燥器中应进行充分的干燥平衡。采样 后还要放入干燥器中进行相同时间的干燥平衡，消除水分对称重的影响。 3 2 环境大气颗粒物几何特性分析 3 2 1p 。谱分布特征 在济南市环境保护监测站的楼顶上使用颗粒物粒子分析仪( 美国m s p 公司生 产的宽范围颗粒物分光计) 采样，采样时间为2 0 0 6 年5 月1e - 5 日，共5 天。 测量的粒径范围是1 0 4 1 9 4 8 6 8 3 t m ，分7 2 个通道，该采样仪器除测量颗粒物 空气动力学直径1 0 h m 到l o m r n 之间的颗粒物个数浓度外，还同时测量颗粒物的 质量浓度。该台仪器是目前国内首台可以将测量的粒径范围涵盖了埃根核模态、 积聚模态和粗粒子模态的粒径分布测量仪器。该仪器包括积分动态分析仪( d m a ) 、 凝结核计数器( c p c ) 和激光气溶胶分光计( l p s ) 。其中d m a 的进样流量为 0 3 l m i n ，l p s 的进样流量为0 7 l m i n 。观测中使用的时间分辨率为8 分钟，即 在8 分钟内仪器扫瞄1 0 - 1 0 0 0 0 n m 粒径范围并测量出颗粒物个数和浓度。将5 天 山东大学硕士学位论文 内同一时间段的相应粒径的颗粒物个数和浓度求平均值，即得到环境受体颗粒物 所有观测日的平均数浓度谱分布，结果见图3 2 和图3 3 。 图3 2 济南市环境空气颗粒物个数分布图图3 3 济南市环境空气颗粒物浓度分布图 由图3 2 和图3 3 可知，济南市环境受体颗粒物粒径分布呈单峰型。气溶胶 粒子主要集中在积聚模态( 0 1 - 2 9 i n ) ，在粒径约0 4 - 0 6 岬附近达到一个极大 值。在粒径0 4 1 岬之间，随着粒径的增大，粒子数量明显降低，到粒径大于 3 o p m 后，粒子数浓度随粒径增加下降缓慢，且该部分粒径范围内粒子数浓度在 济南市环境受体细颗粒物中仅占有极微小的比例。观测期间粒子浓度平均值为 2 9 2 8 8 2 7 个d ，其中细粒子( 0 0 1 - 2 o l d , n ) 为2 9 0 8 6 5 9 个d ，粒子直径大于2 o p m 的个数仅为2 0 1 6 8 个d ，占0 6 9 ，远远小于细粒子( 直径小于2 0 岬) 。由此 可以看出，济南市大气颗粒物在空气中主要以细粒子p m 2 5 的形式存在，由于细 粒子可进入人体的支气管和肺泡，甚至进入人体血液当中，引发各种疾病，这更 需要引起人们的足够重视。 3 2 。2 微观形貌分析 剪下环境受体p m 2 5 和p m l o 滤膜的t l o 左右，用导电胶将其粘贴在金属桩 上，随后，将样品镀金并使用带能谱的扫描电镜进行分析。扫描电镜型号同污染 源样品形貌观察。环境受体各监测点位p m l o 和p m 2 。5 的扫描电镜结果见图3 4 图3 1 1 。 4 7 图31 0 采暖季省种子站p m 。电镜图31 1 果暖季开发区p m 25 电镜( t 岬) 鞫一 山东大学硕士学位论文 济南市环境受体各监测点位大气颗粒物的形貌主要包括烟尘集合体( 图3 4 、 图3 7 和图3 9 ) 、燃煤飞灰( 图3 5 和图3 11 ) 、矿物颗粒( 图3 6 和图3 8 ) 、生物颗 粒物( 图3 1 0 ) 等。烟尘集合体包括链状和簇状，主要是燃烧源排放，包括燃煤、 汽车尾气以及生物质的燃烧等，结合x 射线能谱( e d x ) 分析表明，其主要成分是碳， 并常含少量s 、a l 、s i 等元素。燃煤飞灰一般呈球形，结合e d x 结果分析表明，其 主要成分为s i 和a l ，并含有少量k 、c a 等元素，有时其成分全部为碳。矿物颗粒有 的形状规则，有的不规则，其来源主要包括土壤风沙尘和道路扬尘，结合e d x 结 果分析表明，其主要类型为硅铝酸盐、石英、白云石、方解石、石膏等二次大气 化学反应生成的矿物颗粒，最常见的是石膏，由长距离输送至济南的外来沙尘颗 粒形成，其成分复杂，一般情况下由多种矿物组合而成。生物质颗粒物具有特殊 的形态特征，e d x 结果分析表明其成分主要为碳，并含少量s 、k 等元素。 比较图3 4 和图3 5 可知，济南市区p m l o 中多见不规则形状的矿物颗粒，而 p m 2 5 中，多见细粒子的烟尘集合体，形状为规则的球形颗粒，多是由于燃烧等 人为活动排放的。 3 3 环境大气颗粒物化学特性分析 本课题共采集了四个站点、两个季节的受体样品，时间是采暖季( 2 0 0 6 年1 2 月1 1 日一1 2 月1 5 日) 和非采暖季( 2 0 0 7 年5 月1 9 - 2 3 日) ，每个季节连续采样各5 天，每天连续采样时间为1 8 h 。在进行化学特性分析时，将四个站点、不同季节 的测试结果进行平均，得到济南市全市不同季节的化学成分谱。 3 3 1 采暖季环境受体p 幌。的化学特性分析 济南市采暖季p m 2 5 的化学成分质量浓度及标准偏差见表3 2 。 表3 2 济南市采暖季环境受体p m 25 成分谱( i _