成都市温江区大气PM2.5、PM10的化学组成和来源识别

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本文针对成都市温江区大气颗粒物PM2.5和PM10展开研究,期望通过对PM2.5和PM10中水溶性离子和元素含量的测定,探讨大气颗粒物中不同组成的来源,并为该地区大气污染防治提供科学依据和数据支持。论文选用中流量大气采样器在四川农业大学成都校区于2017年7月~2018年5月进行大气样品采集。采用称重法测定颗粒物的质量浓度。同时,采用离子色谱仪测定样品中水溶性离子浓度;采用混酸消解法处理样品后,利用电感耦合等离子体发射光谱、电感耦合等离子体质谱对样本中无机元素浓度进行测定。从而,对大气颗粒物中水溶性离子及无机元素的污染特征及分布情况进行研究。具体研究结论如下:1)采样期间,成都市温江区大气颗粒物PM2.5和PM10质量浓度均值分别为64.65μg/m3和106.83μg/m3,均超过我国二级空气质量标准(GB3095-2012)。采样地PM2.5和PM10质量浓度有明显的季节变化特征,冬季最高、春季和秋季次之,夏季最低;大气颗粒物质量浓度与风速、相对湿度和温度呈负相关。2)在PM2.5中,主要水溶性离子为NO3-、SO42-、NH4+和Cl-;在PM10中,主要水溶性离子为NO3-、SO42-、NH4+和Ca2+。两种颗粒物均是NO3-浓度最高,其次是SO42-和NH4+。三种二次离子在PM2.5和PM10中离子总浓度中所占比例分别达到87.31%和83.75%。研究区域不同粒径颗粒物中水溶性离子浓度的季节变化与颗粒物质量浓度的季节变化特征一致,均为冬季最高和夏季最低。NO3-/SO42-反映出采样地大气颗粒物污染以移动源,即汽车尾气污染为主。3)在PM2.5和PM10中,无机元素以Ca、Mg、Fe、Cr、Zn和Ti 6种元素为主。除Cr外,本研究大气颗粒物中有毒重金属元素的含量均在标准限值(GB3095-2012)以下。研究区域四季PM2.5和PM10中不同元素占元素总和的比例有一定差别。Mg、Fe、Cr、Zn、Ti、Cu、Pb、Mn、Ba、Ni、V、Se、Sn、Co、Mo、Cd和Be在各个季节均表现为更易在细颗粒物上富集,Ca、As、Sb和Tl在PM2.5和PM10中的分布具有一定的季节差异。4)相关性分析表明,在PM2.5中,除SO42-和Mg2+、F-外,其他水溶性离子间均属极显著正相关;在PM10中,9种水溶性离子间均是极显著正相关。在PM2.5中,除了Fe、As、Sn、Sb和Be之外,各无机元素之间相关性良好;在PM10中,除了As、Sn、Sb和Be之外,各无机元素之间相关性良好。5)主成分分析表明,在PM2.5中,水溶性离子2个主要来源是化石燃料燃烧和地表扬尘,对方差的贡献率分别为53.28%和15.79%。在PM10中,水溶性离子2个主要来源是化石燃料或生物质燃烧和地表扬尘,对方差的贡献率分别为64.98%和18.26%。成都市温江区大气颗粒物中水溶性离子主要来源是燃料燃烧,其次是地表扬尘。在PM2.5中,无机元素5个主要来源是交通源、煤燃烧、金属冶炼、工业尘和地表扬尘,对方差的贡献率分别为:50.77%、13.10%、11.12%、5.87%和5.21%。在PM10中,无机元素5个主要来源是交通源、煤燃烧、金属冶炼、钢铁冶炼和工业尘,对方差的贡献率分别为43.53%、14.83%、10.29%、7.40%和5.55%。成都市温江区大气颗粒物中金属元素的主要来源大多是人类活动所带来的污染,包括交通源、煤燃烧、金属冶炼、钢铁冶炼、工业尘和地表扬尘。
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