打印、吸烟的PM2.5源排放、组分谱、二次生成及对室内PM2.5的贡献与影响

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当前PM2.5已成为我国大气首要污染物之一,现代社会,人的80%时间在室内度过,随着大气PM2.5污染研究深入,室内典型源(打印和香烟燃烧)排放对室内环境污染的影响引起了国内外的广泛关注,为了研究室内典型源打印以及香烟燃烧排放PM2.5化学特征及对室内PM2.5贡献,使用MinVol小流量大气颗粒采样器采集室外(环境楼顶)、室内(研究生宿舍、环境楼2楼打印店)和洁净密闭箱体内打印机打印过程及香烟燃烧过程的PM2.5,测定碳质组分和水溶性无机离子,分析讨论室内外PM2.5污染特征,来源解析及初步判断典型源排放对室内PM2.5的影响,通过洁净箱体内典型排放源排放PM2.5的化学特征研究,得到打印以及香烟燃烧的化学组分谱、二次生成;主要结论体现在以下三方面:(1)室内外PM2.5质量浓度水平和化学组分分布特征室外环境中PM2.5的污染比较严重,室外PM2.5质量浓度日均值均超过《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中PM2.5日均值二级标准,处于中高污染水平。室内PM2.5的污染也很严重,昼间高于夜间,与宿舍昼间有吸烟、打印店昼间有打印工作污染源有关。室外环境PM2.5夜间高于昼间,与夜间颗粒物排放量大以及气象条件不利于污染物扩散有关。碳质组分和水溶性无机离子是室内外PM2.5的主要组分;室内典型源排放对室内PM2.5的碳组分贡献巨大;室内水溶性无机离子主要来自室外渗透,室内污染源贡献较小;室外环境夜间有机碳(OC)和元素碳(EC)浓度比昼间高,与冬季夜间颗粒物排放量大以及气象条件不利扩散有关。(2)室内外PM2.5的二次组分分布特征及PM2.5来源解析室内外和昼夜间均有二次有机碳(SOC)生成,打印店内昼间的OC/EC值和水溶性有机碳(WSOC)/OC值比室外高,典型室内排放源对室内的二次污染有贡献;宿舍内OC/EC值比室外高得多,WSOC/OC值却比室外低,说明吸烟对室内主要是一次污染,二次污染不强。室外昼间OC/EC值和WSOC/OC值略高于夜间,与昼间温度高、光辐射强度有利于光化学反应进行有关;室内昼间OC/EC和WSOC/OC的值比夜间高,说明了打印、吸烟源对室内的二次污染有贡献;室内外PM2.5中阴离子亏损,PM2.5整体可能呈碱性;室内外环境[NH4+]/[SO42-]均>2,为富氨区域,室外昼夜间二次离子结合方式主要有(NH42SO4、NH4NO3和NH4Cl,打印店昼间与宿舍昼夜间的二次离子结合方式为(NH4)2SO4、NH4NO3、NH4Cl,打印店夜间的二次离子结合方式为(NH42SO4和NH4NO3。通过碳组分含量分布特征判断,室外环境PM2.5来源主要是燃煤和机动车尾气排放,碳质组分中OC2、OC3、OC4和EC1的浓度最高,宿舍和打印店内的来源主要是生物质燃烧源,碳质组分中OC1和OPC浓度均比室外高,这与宿舍和打印店昼间有吸烟活动对应。(3)典型室内排放源打印和香烟燃烧排放特征分析打印及香烟燃烧过程对室内PM2.5的贡献值比较高,这与宿舍PM2.5昼间浓度比室外高以及打印店昼间浓度较高的情况相符,香烟燃烧对室内的源贡献值比打印过程大,与实测昼间宿舍PM2.5质量浓度比打印店高的情况相符。打印源的特征碳组分为OC1、OC2、OC3、EC2,特征水溶性无机离子为Cl-、NO3-、Na+、NH4+;不同型号打印机的OC/EC特征值相差较大,可能与碳粉不同有关,但不同型号打印机打印过程排放一次污染不强,打印结束后的二次反应的强度比较高的规律相同,与实测打印店的结论相符;NH4+、NO3-在打印结束后第10-20h内有二次生成,可能是结束后的第10-20h为夜间,温度较低,利于NO3-和NH4+的生成;SO42-主要是二次生成,打印过程中没有SO42-,打印结束后的第0-9h和第10-20h出现且比重不断上升。香烟燃烧源特征碳组分为OC1、OC2、OC3,特征水溶性无机离子为NH4+、Cl-、NO3-、SO42-、K+;香烟燃烧一次排放PM2.5中碳质组分比重很高,这和实测的有吸烟排放源的昼间宿舍碳质组分占比明显比室外高情况相符;香烟燃烧源OC/EC特征值高,香烟燃烧排放的一次污染明显,二次反应强度不高,与实测的有吸烟的宿舍内的情况相符;香烟燃烧排放的PM2.5中在结束后第10-20h内NH4+、NO3-有二次生成,可能与结束后的第10-20h为夜间温度较低,利于NO3-和NH4+的生成有关。在对PM2.5二次组分WSOC碳质组分组成分析过程中发现,不论是室内外、昼夜间实测、还是单一典型源排放的PM2.5中WSOC的碳质组分只有OC3
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