城市道路灰尘PGEs累积特征及影响机制.doc

城市道路灰尘PGEs累积特征及影响机制【摘要】：长期以来,人们对铂(platinum,即Pt)及铂族元素(theplatinumgroupmetals,即PGEs)的毒性并非十分明确,一直认为它们是无毒的,但近几年的研究表明,PGEs及它们的化合物是一类高发生率的致敏物,部分PGEs化合物还具有致癌效应,能以很低的含量对微生物产生影响。为了治理汽车尾气污染,Pt、Pd、Rh被作为催化剂广泛用于汽车尾气催化转化器(VehicleExhaustCatalysts,即VECs)装置。虽然VECs在净化空气方面功不可没,但在净化尾气的同时,PGEs颗粒物随尾气排放出来,成为一种新的环境污染源。机动车PGEs排放带来的环境问题已成为近年来欧美发达国家十分关心的问题,而我国对此方面的研究还涉及较少。为此,论文选择上海市为主要研究区,以PGEs为研究对象,分析和探讨了上海市道路灰尘PGEs时空累积特征、建立了城市典型道路(城市快速干线、城市主干道、城市次干道、郊区高速、郊区公路)灰尘PGEs的分布模型,揭示PGEs地表累积过程、迁移转化过程及影响机制,对道路环境PGEs进行人为污染程度评价,提出PGEs污染的防治对策。论文取得的主要认识与结论如下:上海市内环中环区间的道路灰尘PGEs含量最高,从此区域分别往城区内和城区外,PGEs含量逐渐降低,至郊区(外环-郊环)道路,灰尘PGEs含量达到最低;除次干道Pt浓度高于主干道外,其他类型道路PGEs平均浓度水平均表现为:快速路(包括环线)主干道次干道高速公路郊区公路;车流量、车速、车辆行驶特征及高污染车辆限行范围对道路灰尘PGEs含量影响深刻。上海市道路灰尘PGEs比例与Ely等的研究结论有不符现象,VECs不同发展阶段中PGEs比例结构发生改变是主要致因;PGEs间相关性很好,说明道路灰尘PGEs来源相同,且均来源于汽车VECs;同为交通污染排放的元素,Cr与PGEs的相关性很好,Cu与PGEs之间有一定相关性,Zn只与Pt有相关性,而Pb与PGEs都没有相关性,Pb、Zn为汽车催化剂毒物是主要原因。灰尘和土壤PGEs含量表现出明显的季节变化:PGEs含量在春夏季节低,秋冬季节高;降雨量对灰尘和土壤PGEs的季节变化起了重要的影响作用;土壤PGEs受季节风向变化的影响很小,郊区道路灰尘PGEs受季节风向变化影响明显,而市区道路灰尘PGEs受季节风向变化影响微弱,市区高大建筑物减弱了风速是主要致因;2007年上海市道路灰尘PGEs高于2003年,Rh、Pd、Pt年均增长率为11%-19%,与上海市机动车保有量的年均增长状况相吻合。如以道路1.5-1.6km长度为单位,主干道、次干道及快速路灰尘PGEs的分布呈波浪型;两端为路口的郊区公路,灰尘PGEs的分布呈“(?)”半圆弧型;一端为收费口的高速公路,灰尘PGEs分布呈“(?)”折线型;车辆行驶特征的差异是造成典型道路PGEs分布模式不同的主要原因;主干道、次干道及快速路路口PGEs含量不一定高于远离路口的位置,频繁的怠速和加减速使得远离路口的地方也常出现怠速是主要原因;高速公路及郊区公路路口(或收费口)PGEs含量往往高于远离路口处;高速公路及郊区公路车流量都较大,但灰尘PGEs含量并不高,车流中许多车辆未安装VECs,PGEs总排放量小是主要原因。大风和降雨对PGEs的增长具有明显的抑制作用;连续降雨后,PGEs浓度与负荷达到下限值,继续降雨,PGEs浓度及负荷不再降低;连续干燥无大风天气会使PGEs浓度与负荷达到上限值,若天气继续保持无雨无大风,两值不会再上升,变化趋于和缓;PGEs累积过程符合Sigmoidal曲线,与重金属等其他污染物的累积过程相似。道路灰尘PGEs在125-63m的粒径部分含量最高;其次是63m的粒径部分,1000-500m粒径部分占总量的比值最低;Rh、Pd、Pt粒径效应很明显,且完全相同,其中,Pd和Pt的粒径效应要更明显于Rh;国外很多研究都假定PGEs含量在63m的粒径部分含量最高,由此选用63m的粒径部分含量进行PGEs富集率及其他研究,因此,这些研究很可能都低估了环境中PGEs的含量水平。在灰尘-雨水口-受纳水体的迁移路径中,PGEs含量表现为:道路灰尘雨水口沉积物河流沉积物,Cd、Cu、Pb与PGEs表现出相同的迁移特征;Pd的可溶性强于Rh和Pt,导致雨水口Pd含量降低,Pt/Pd升高;河流沉积物中Pt/Pd降低,河流接纳了含Pd量较大的污水厂污水可能是主要原因。在灰尘-土壤-植物的迁移路径中,PGEs含量表现为:灰尘土壤植物;路边植物对道路灰尘PGEs吸附能力表现为PtPdRh,其中,对Pt、Pd吸附作用非常明显,而对Rh几乎不存在吸附作用;路边植物对土壤PGEs的吸收能力为PdRhPt,Pd的生物有效性最大;土壤剖面中,Rh与Pd分布规律很相似,都表现为随深度增加,含量逐渐降低的特征,而Pt最高值并没有出现在最表层,而是出现在距地面2-5cm的位置。河流因有其他来源PGEs汇入,导致河流沉积物PGEs比例不同于其它环境介质。除此之外,在整个城市环境的迁移循环过程中,PGEs比例比较稳定,所有介质PGEs比例范围都很接近或出现重合现象。上海市各种介质中(除河流沉积物外)Pt/Pd和Pt/Rh均低于国外同类研究,但却与20002002年VEC中PGEs比例很接近甚至重合,VECs类型变化及使用历史是决定因素。上海市道路灰尘Rh、Pd、Pt平均含量分别为27.68ng/g、107.16ng/g、34.59ng/g,分别是是参照点的18.28(Rh)、11.06(Pd)、65.54(Pt)倍,超过地壳丰度值两个数量级以上和其他国家的城市相比,Pd含量处于较高水平,而Pt与Rh含量处于较低水平;Rh、Pd、Pt平均CER值分别为17、40、40水平,为显著人为影响、非常强烈人为影响、非常强烈人为影响。路边土壤Rh、Pd、Pt平均含量分别为8.84ng/g、29.92ng/g、12.82ng/g,是参照点的5.61(Rh)、9.62(Pd)、20.55(Pt)倍,超过地壳丰度值两个数量级以上;和其他国家的城市相比,Pd含量处于较高水平,Rh含量水平居中,而Pt处于较低水平;Rh、Pd、Pt平均CER值分别为6、9、20,为显著人为影响、显著人为影响及非常强烈人为影响。路边植物Rh、Pd、Pt平均含量分别为2.82ng/g、6.32ng/g、0.65ng/g,均高于参照点植物;与同类研究比较,Rh和Pd的含量较高,而Pt含量几乎达到了最低水平。道路环境PGEs主要防治对策有:通过用Pd代替Rh和Pt、采用非贵金属催化剂等手段调整TWCs的组成,从源头防治PGEs污染;通过限速、限制最长怠速时间、限制私家车、扩大公共运输、积极发展轨道交通、引导自行车交通的出行、大力推行智能交通系统等手段倡导绿色交通,实施有效的交通控制与管理,降低PGEs污染。【关键词】：道路灰尘PGEs累积特征影响机制【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2009【分类号】：X513【目录】：目录6-8中文摘要8-10Abstract10-13第一章绪论13-351.1问题的提出与研究意义13-141.2国内外研究进展14-35第二章研究区域环境特征与研究方法35-422.1研究区环境特征35-372.2技术路线与研究内容37-402.3主要成果和创新点40-42第三章上海市道路灰尘PGEs的空间分布特征及影响机制42-673.1引言423.2样品采集与实验方法42-483.3空间分布特征48-553.4空间分布影响机制55-623.5PGEs来源分析62-663.6小结66-67第四章上海市道路灰尘PGEs时间变化特征及影响机制67-874.1引言674.2样品采集与实验方法67-704.3季节变化70-824.4年际变化82-854.5小结85-87第五章典型道路灰尘PGEs富集特征87-995.1引言875.2上海城市道路功能分级87-895.3样品采集与实验方法89-915.4典型道路灰尘PGEs富集特征91-975.5小结97-99第六章道路灰尘PGEs地表累积过程及影响机制99-1116.1引言996.2样品采集与实验方法996.3灰尘累积过程99-1016.4天气特征对PGEs累积的影响101-1036.5源汇演变机制103-1056.6PGEs累积过程105-1106.7小结110-111第七章道路灰尘PGEs粒径效应111-1177.1引言1117.2样品采集与实验方法1117.3PGEs粒径效应111-1127.4同类研究比较112-1147.5与重金属粒径效应比较114-1157.6小结115-117第八章PGEs的迁移转化及其生物有效性117-1388.1引言1178.2样品采集与实验方法117-1188.3PGEs在道路灰尘-雨水口-受纳水体间的迁移循环118-1218.4PGEs在道路灰尘-土壤-植物间的迁移转化121-1278.5PGEs迁移循环系统框架图的建立127-1328.6迁移转化过程中PGEs比例的变化132-1368.7小结136-138第九章PGEs人为污染程度评价及防治措施138-