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大气颗粒物污染是空气污染的重要形式,也是目前我国许多城市所面临的主要环境问题之一。大气颗粒物结构复杂、比表面积大,极易富集空气中的重金属。大气颗粒物中重金属的长期存在不仅对生态环境构成潜在威胁,吸附在细颗粒物PM2.5上的重金属还可通过呼吸作用进入人体,危害人体健康。由于我国城市地理位置、气候条件、产业结构及规划管理措施等方面的差异,使得不同城市大气颗粒物重金属存在不同的污染特征。尽可能全面地了解城市大气重金属污染的特征、来源及其风险,是深入研究我国大气污染现状及其危害的重要内容,也是开展防控工作和制定相应政策的基础。本论文以长三角典型城市——南京市为研究对象,采集春、夏、秋三季典型气候条件及冬季灰霾天气下南京大学仙林校区和鼓楼校区的PM2.5样品。分析PM2.5的化学成分和微观形貌,并判断其主要来源。采用修正的BCR(the European Community Bureau of Reference)分级连续提取方法提取并分析PM2.5中重金属(As,Cd,Cr,Cu,Fe,Mn,Ni,Pb和Zn)的不同形态。从宏观角度分析PM2.5中重金属的季节、空间分布特征,再从微观角度了解重金属的形态分布特征,评价其环境风险和健康风险。分析PM2.5中重金属与气象因素(风速、风向、温度、湿度和气压)和其他大气污染物(SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5)之间的相关性,并使用人工神经网络和支持向量机方法对PM2.5中重金属浓度进行快速预测。本论文主要结果如下:(1)两个采样点PM2.5浓度冬季最高、春季次之、夏季最低,冬季和春季绝大部分样品的PM2.5浓度超过国家空气质量标准限值;交通污染是影响PM2.5浓度不可忽视的因素;重金属占PM2.5总质量的1.17%-3.34%。(2)两个采样点四个季节PM2.5中金属元素浓度平均值大小依次为:Ca>Na>K>Fe>Al>Mg>Zn>Pb>Mn>Ti>Cu>Cr>Ba>Ni>As>Sr>V>Cd>Mo>Co;类似于PM2.5的季节分布,绝大部分金属元素的浓度在冬季最高,春季次之,夏季或者秋季最低;与其他城市相比,南京PM2.5中重金属污染处于中等水平,但是在南京冬季灰霾发生时,大气重金属超过相关环境空气质量标准,说明其污染程度较高;来源解析的结果说明,工业排放、交通活动、居民日常生活及道路扬尘是PM2.5中重金属的主要来源。(3)重金属的形态结果显示,大部分人为来源的重金属可交换态浓度的比例较高,而地壳元素Fe则以较稳定的有机质、氧化物与硫化物结合态以及残渣态为主,环境可迁移性较低;不同重金属的生物有效性系数大小依次为:Zn>As>Pb>Cd>Mn>Cu>Cr>Ni>Fe;大部分重金属四种形态的浓度与温度之间存在负相关关系,与气压和湿度呈正相关关系,风对不同重金属形态分布的影响不同;相对于仙林地区,鼓楼的交通或居民生活污染等可能会增加某些重金属的环境活性。(4)重金属的健康风险评价结果显示,在仙林和鼓楼两个地区大气重金属通过呼吸作用对成人和儿童构成的致癌风险均超过可接受水平(10-6),非致癌风险未超过安全水平1;对儿童的风险高于成人;鼓楼地区的健康风险高于仙林。(5)从重金属的富集程度上来看,Cd,Mo,Pb,Zn,Cu,As需要特别关注;从环境风险上看,Zn,As,Pb和Cd需要特别关注;从健康风险上看,As,Mn和Cr需要特别关注。(6)PM2.5中重金属与大气压、S02、NO2、CO、PM10和PM2.5间存在显著正相关关系,与风速、温度和03浓度之间具有显著负相关性;将气象因子和大气污染物作为输入,采用主成分-神经网络及主成分-支持向量机工具对PM2.5中重金属As,Cd,Cr,Cu,Fe,Mn,Ni,Pb和Zn进行了快速预测,并得到较理想的预测效果。