塔里木盆地TSP中碳質(zhì)氣溶膠和多環(huán)芳烴污染特征與來源分析及數(shù)值模擬.pdf

1、作為主要大氣污染物的可吸入和細(xì)顆粒物（PM10，PM2.5）、二次氣溶膠、近地面臭氧的生成與演變一直是各級(jí)地方政府和公眾關(guān)注的重點(diǎn)。由于沙塵影響，新疆沙漠戈壁地區(qū)的大氣顆粒物濃度位于我國前列，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆钆c健康影響顯著。本博士論文研究的主要目的是較系統(tǒng)地研究新疆塔里木盆地來自自然源的大氣顆粒物中碳質(zhì)氣溶膠和多環(huán)芳烴理化特征及其源匯關(guān)系，為有效應(yīng)對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境污染提供重要科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。通過對(duì)2010年1月至2010年12月塔里木盆

2、地喀什、塔中、民豐和鐵干里克四個(gè)采樣點(diǎn)的總懸浮顆粒物（TSP）中的水溶性離子、多環(huán)芳烴（PAHs）和碳質(zhì)氣溶膠的理化特征及其來源進(jìn)行分析和數(shù)值模擬，得到以下主要結(jié)論：
　?。?）觀測(cè)期間四個(gè)站點(diǎn)TSP年平均濃度為民豐＞塔中＞鐵干里克＞喀什，其變化特征與采樣點(diǎn)地理位置和氣流活動(dòng)關(guān)系密切。塔里木盆地TSP樣本的pH總體上來說呈堿性，四個(gè)采樣點(diǎn)陽離子分布比較相似，即Ca2+為五種陽離子中濃度最高的，然后依次分別是Na+，K+，NH4+和

3、Mg2+。高濃度的Na+和Ca2+可能源自塔克拉瑪干沙漠的沙塵物質(zhì)中所含Na2SO4、NaCl和CaSO4等無機(jī)鹽，并且受沙塵天氣影響。K+和NH4+的波動(dòng)則是受到季節(jié)性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響。
　?。?）塔里木盆地四個(gè)采樣點(diǎn)TSP中OC（有機(jī)碳）和EC（元素碳）的年平均質(zhì)量濃度分別為8.2μg/m3和2.5μg/m3。塔里木盆地OC質(zhì)量濃度低于中國大中型城市，這說明塔里木盆地城鎮(zhèn)碳?xì)馊苣z污染比較輕，而碳質(zhì)組分濃度相對(duì)較低，僅占TSP質(zhì)

4、量濃度的3％。四個(gè)采樣點(diǎn)的OC和EC濃度月變化存在一定的一致性，在采暖季節(jié)（10月至第二年4月）和沙塵季節(jié)（3-5月）相對(duì)其他季節(jié)較高，夏季OC和EC濃度變化幅度相對(duì)較小。觀測(cè)期間OC/EC比值變化范圍是1.58-6.57。四個(gè)采樣點(diǎn)的年平均OC/EC比率均大于2，這表明塔里木盆地有機(jī)碳成分在碳質(zhì)氣溶膠成分中占據(jù)主導(dǎo)地位，存在一定程度的二次污染。同時(shí)，本研究還表明城鎮(zhèn)地區(qū)比鄉(xiāng)村含碳?xì)馊苣z污染物來源更為復(fù)雜，而TSP中水溶性鉀離子與OC之

5、間較高的相關(guān)性說明生物質(zhì)燃燒也是塔里木盆地碳質(zhì)大氣污染物的一個(gè)重要來源。研究還發(fā)現(xiàn)塔里木盆地氣象條件變化對(duì)TSP中OC和EC濃度變化影響較小。除了喀什，其他三個(gè)采樣點(diǎn)OC和EC都存在顯著性相關(guān)，民豐、塔中、鐵干里克OC和EC的來源相似，喀什碳質(zhì)氣溶膠來源比較復(fù)雜，反映出人為排放源對(duì)喀什碳?xì)馊苣z污染有著重要影響?？κ?、民豐、塔中三個(gè)采樣點(diǎn)在秋、冬季的SOC濃度要高于其他季節(jié)，鐵干里克春、夏季SOC濃度高于秋季和冬季。夏季四個(gè)采樣點(diǎn)的溫度都

6、比較高，太陽輻射強(qiáng)，但由于可用于轉(zhuǎn)換為SOC揮發(fā)性有機(jī)污染物的排放相對(duì)較低，因此SOC含量處于較低水平。
　?。?）研究表明塔里木盆地最大城市喀什TSP中的16種多環(huán)芳烴年平均濃度（Σ16PAHs）和鐵干里克相當(dāng)，然后依次是民豐和塔中，這四個(gè)采樣點(diǎn)的濃度分別為390.5ng/m3、388.65ng/m3、84.54ng/m3、74.07ng/m3。塔里木盆地TSP中的多環(huán)芳烴以4-5環(huán)為主，其中苯并[a]芘（BaP）是四個(gè)采樣點(diǎn)所

7、有樣品中濃度最高的。而2-3環(huán)小分子量的多環(huán)芳烴所占比重非常小。喀什、鐵干里克、民豐、塔中年平均苯并[a]芘的等效濃度BaPeq分別為：38.40ng/m3、34.07ng/m3、10.42ng/m3、7.22ng/m3，70年生命周期內(nèi)PAH吸入罹患癌癥風(fēng)險(xiǎn)(ICR)值分別為：3.21×10-3（6.1×10-6-22.5×10-3）、2.85×10-3（2.60×10-5-13.9×10-3）、8.7×10-4（1.84×10-6-

8、13.5×10-3）、6.3×10-4（1.47×10-6-3.9×10-3）。冬季和春季風(fēng)險(xiǎn)值較高，當(dāng)?shù)鼐用裨谶@兩個(gè)季節(jié)更容易發(fā)病。這四個(gè)采樣點(diǎn)的人群對(duì)TSP的暴露已經(jīng)超出最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平。基于比值法分析發(fā)現(xiàn)，塔里木盆地TSP顆粒物中多環(huán)芳烴污染物主要是由高溫裂解過程產(chǎn)生。基于主成分分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，塔里木盆地PAHs主要來源為機(jī)動(dòng)車尾氣排放、燃煤煉焦和生物質(zhì)燃燒排放?？κ捕喹h(huán)芳烴主要來源為：機(jī)動(dòng)車尾氣和燃煤排放、秸稈和木柴等生物質(zhì)燃

9、料及煤化工業(yè)和煉焦排放有關(guān)；鐵干里克多環(huán)芳烴主要來源為：燃煤和生物質(zhì)燃燒排放、汽車尾氣排放及煉焦排放；民豐多環(huán)芳烴主要來源認(rèn)為是煤炭燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣排放和煉焦等綜合作用的結(jié)果；塔中多環(huán)芳烴主要來源為：機(jī)動(dòng)車燃燒和煉焦排放及焦油/煤燃燒排放。與東部地區(qū)PAHs排放源不同，塔里木盆地的PAHs排放源日變化幅度不大，只在取暖季節(jié)存在一定波動(dòng)，主要與PAHs排放源和排放物質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定有關(guān)。多環(huán)芳烴大氣濃度后向軌跡分析和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)塔里木盆地大氣中

10、PAHs濃度分布和擴(kuò)散受來自中亞的大氣氣流影響，盆地西南地區(qū)（包括巴基斯坦和印度北部）的氣流對(duì)塔里木盆地PAHs擴(kuò)散和遷移的影響也不容忽略。前向軌跡分析發(fā)現(xiàn)新疆東部、甘肅西北部受來自塔里木盆地氣流影響最大，并有可能到達(dá)中國東部地區(qū)，可以推斷出塔里木盆地東部和東南部是多環(huán)芳烴的一個(gè)主要匯區(qū)。
　　（4）利用CanMETOP模型模擬的塔里木盆地PHE和BaP主要分布在西北部地區(qū)，與監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，該研究證明了CanMETOP模型對(duì)塔里木

11、盆地PAHs模擬的可行性，并具有很大的研究潛力。但是，監(jiān)測(cè)的16種PAHs濃度都是冬季和春季大于夏季和秋季，而模型模擬的PHE和BaP濃度的季節(jié)變化為PHE在夏季的濃度最大，然后是春季和秋季，冬季濃度最低，與監(jiān)測(cè)相反，BaP模擬結(jié)果是秋、冬季大于春、夏季，與監(jiān)測(cè)結(jié)果也不太相同，這主要是模擬實(shí)驗(yàn)僅輸入了PAH年排放。這也說明，以后的模型模擬中應(yīng)發(fā)展使用PAH的季節(jié)排放清單，更全面的綜合考慮各環(huán)境要素對(duì)大氣中多環(huán)芳烴濃度的影響，同時(shí)還應(yīng)該增