L县大气颗粒物(PM2.5、PM10)化学组成特征及来源解析研究

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大气颗粒物严重影响城市空气质量,厘清其污染特征,并揭示其来源,具有重要的现实意义和科学价值。本文以L县为研究区域,采集环境样品(PM2.5和PM10)和排放源样品,分析并研究其无机元素组分、水溶性离子组分和碳质组分,明确L县大气颗粒物(PM2.5和PM10)的化学组成特征,利用健康风险评价模型评价重金属的非致癌风险和致癌风险,并利用CMB模型解析大气颗粒物的来源。主要结论如下:L县PM2.5、PM10中无机元素以Al、Ca、Fe、K、Mg、Na、Si等7种常量元素为主,占总无机元素质量浓度的比例分别为90.54%、95.33%;Mn元素和Fe、Na、K、Al、Si、Mg、Ca等7种常量元素质量浓度PM2.5/PM10夏季、冬季的平均比值分别为0.48、0.45、0.45、0.41、0.37、0.34、0.32、0.31,这些元素更多地富集在PM10上;Pb、V、Ti、Cu、Ni、Cr、As、Zn、Cd等9种微量元素质量浓度PM2.5/PM10夏季、冬季的平均比值分别为0.90、0.87、0.78、0.75、0.74、0.70、0.69、0.67、0.55,这些元素更多地富集在粒径较小的PM2.5上;PM2.5、PM10中17种无机元素质量浓度季节变化规律基本为冬季质量浓度(0.01μg/m34.12μg/m3,0.02μg/m312.62μg/m3)大于夏季(0.01μg/m33.93μg/m3,0.02μg/m310.84μg/m3),与颗粒物的季节变化规律一致;富集因子法显示,PM2.5和PM10中Ni、Cu、As、Pb、Cd以及PM2.5中V、Cr富集程度为极强富集,EF值范围为48.811908.40,说明这些元素主要来自人为源。PM2.5中SO42-、NO3-、NH4+、Cl-为主要水溶性离子,分别占PM2.5总水溶性离子质量浓度的39.02%、19.23%、17.56%、10.57%;PM10中Ca2+、SO42-、NO3-、NH4+为主要水溶性离子,分别占PM10总水溶性离子质量浓度的27.77%、27.66%、13.28%、13.05%;Cl-、NO3-、SO42-、NH4+、K+等5种离子质量浓度PM2.5/PM10夏季、冬季的平均比值分别为0.94、0.79、0.77、0.73、0.66,这些离子更多地富集在PM2.5上;Na+、Mg2+、Ca2+3种离子质量浓度PM2.5/PM10夏季、冬季的平均比值分别为0.38、0.19、0.11,这3种离子更多地富集在粒径较大的PM10上;PM2.5、PM10中9种水溶性离子质量浓度季节变化规律均为冬季质量浓度(0.36μg/m326.13μg/m3,0.68μg/m332.35μg/m3)大于夏季(0.22μg/m312.72μg/m3,0.,48μg/m318.30μg/m3);L县PM2.5、PM10中N/S的比值分别为0.49、0.48,均小于1,说明L县空气颗粒物污染以固定源为主,即燃煤污染占主导。PM2.5中OC、EC质量浓度分别为32.41μg/m3、8.57μg/m3,PM10中OC和EC质量浓度分别为44.47μg/m3、11.62μg/m3,PM2.5、PM10中OC、EC质量浓度均表现出OC质量浓度明显大于EC质量浓度;OC、EC质量浓度的PM2.5/PM10比值均大于0.50,冬季、夏季的平均比值分别为0.73、0.74,表明OC、EC更多地富集在PM2.5上;PM2.5和PM10中OC、EC质量浓度季节变化均为冬季质量浓度(39.54μg/m3、10.04μg/m3,55.50μg/m3、13.79μg/m3)大于夏季(25.27μg/m3、7.11μg/m3,33.44μg/m3、9.45μg/m3);PM2.5、PM10的OC/EC比值变化范围为3.553.94、3.544.03,比值均大于2,表明L县SOC对OC有一定的贡献。颗粒物中重金属非致癌日平均暴露量儿童大于成人,且经手-口摄入途径>皮肤接触途径>呼吸吸入途径,PM2.5中重金属各途径的暴露量大于PM10中重金属各途径的暴露量,就暴露量而言,PM2.5中重金属对儿童的健康影响更大;PM2.5、PM10中所有重金属对儿童和成人造成的总非致癌风险值HI的变化范围为10.27187.69,均大于1,说明L县颗粒物中重金属对儿童和成人均存在一定的非致癌健康风险;PM2.5和PM10中Cr、Ni、Cd、As 4种重金属总致癌风险值RiskT分别为7.97E-05、4.35E-05,超过重金属致癌风险阈值10-6,说明L县重金属经吸入途径对人体存在致癌风险。PM2.5一重源解析结果为煤烟尘23.00%>硫酸盐22.00%>土壤风沙尘17.00%>机动车尾气尘13.00%>硝酸盐9.00%>建筑水泥尘9.00%>生物质尘7.00%;PM10一重源解析结果为煤烟尘24.00%>土壤风沙尘21.00%>硫酸盐17.00%>建筑水泥尘13.00%>机动车尾气尘11.00%>生物质尘8.00%>硝酸盐6.00%。机动车尾气尘、硫酸盐、硝酸盐对PM2.5的分担率高于PM10,即对PM2.5的影响更大;煤烟尘、土壤风沙尘、建筑水泥尘、生物质尘对PM10的分担率高于PM2.5,即对PM10的影响更大。PM2.5二重源解析结果为硫酸盐22.00%>城市扬尘20.00%>煤烟尘19.00%>机动车尾气尘12.00%>硝酸盐9.00%>生物质尘7.00%>土壤风沙尘6.00%>建筑水泥尘4.00%;PM10二重源解析结果为城市扬尘23.00%>煤烟尘19.00%>硫酸盐18.00%>机动车尾气尘10.00%>土壤风沙尘8.00%,生物质尘8.00%>硝酸盐7.00%>建筑水泥尘4.00%。机动车尾气尘、硫酸盐、硝酸盐对PM2.5的分担率高于PM10,即对PM2.5的影响更大;城市扬尘、土壤风沙尘、生物质尘对PM10的分担率高于PM2.5,即对PM10的影响更大;煤烟尘、建筑水泥尘对PM2.5的分担率等于PM10,即对PM2.5和PM10的影响相当。
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