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由于其在环境中的累积效应和对人体健康的影响,半挥发性有机物已经成为重大的环境污染物。多环芳烃(PAHs)做为半挥发性有机物的成员,由于其来源和物理化学性质,普遍存在于各种环境介质中。多环芳烃从污染源排放至大气后,能在气相和颗粒相之间进行分配,并通过干、湿沉降等方式沉降到我们的生态系统,对我们的生存环境产生重大影响,因此对大气中多环芳烃的干、湿沉降进行研究,了解各地大气中多环芳烃的浓度、以及其干、湿沉降通量,并识别其可能来源,对于生态环境的保护具有极其重要的意义。
珠江三角洲位于中国南部,包含香港、广州、深圳等大城市,是中国经济最为发达的地区之一。近来,由于人口的增多,能源消耗增加,交通和工业迅猛发展,珠江三角洲的环境空气质量已经遭到严重破坏。针对珠江三角洲大气中PAHs的污染问题,已有学者进行了研究,并取得了一定的成果。然而,这些研究主要集中在珠江三角洲的某个城市或某个点位(例如广州),不能真正反映珠江三角洲环境空气中PAHs的污染水平。为此,本论文以珠江三角洲为研究区域,对广州和香港城市大气中PAHs的污染特征,季节变化,污染来源;以及对珠江三角洲区域内大气沉降中PAHs的浓度,沉降通量,时空变化,影响因素,污染来源进行了研究,研究结果对于环境管理部门了解珠江三角洲环境空气中PAHs的污染水平和来源,制定PAHs污染防治策略具有重要的意义。
第一章阐述了环境空气中PAHs的物理化学性质、可能来源及影响因素,对环境空气中PAHs来源解析常用方法、采样与分析方法进行了简单介绍,并在此基础上归纳了环境空气中PAHs的研究热点和值得进一步深入研究的课题。
第二章以珠江三角洲广州、香港两城市为研究区域,对其大气中PAHs的浓度、气/粒相的分配和可能来源进行了研究。研究结果表明,广州市市区大气中的∑PAHs年平均浓度为165.14 ng/m3,远远高于香港市区的21.3 ng/m3;广州市郊区大气中∑PAHs年均浓度为75.07 ng/m3也远高于香港郊区测点的10.16ng/m3。在两个城市中,∑PAHs市区浓度均高于郊区浓度。大气中的多环芳烃以低分子量的多环芳烃为主。气/粒分配结果表明,多环芳烃的各个组分在四个点上的气、粒相分配均大致相似,即低分子量(2-3环)的多环芳烃基本上分布于气相,高分子量(5-6环)的多环芳烃基本上分布于颗粒相,4环PAHs在气、粒相的分布比较均匀,但颗粒相含量远大于气相含量。特征分子诊断比和因子分析结果均表明珠江三角洲大气中PAHs的主要来源是机动车尾气和煤炭和化石燃料的不完全燃烧所致,未燃烧汽油的挥发和垃圾等废物的焚烧所产生的PAHs也对大气中PAHs有所贡献。
第三章在珠江三角洲区域布设了15个采样点,对珠江三角洲雨水中PAHs的浓度(气态湿沉降)、时空分布和可能来源进行了研究。研究结果表明,珠江三角洲雨水中∑PAHs浓度的变化范围为4.35-324.5 ng l-1,平均值为56.24 ng l-1。其中,(化合物中文)BaP、BahA、BghiP和IP等四种组分在所有雨水样品中均未检出。浓度最高的化合物是菲(Phe),其浓度变化范围为1.16-127.82 ng l-1,平均浓度为24.49 ng l-1。时间变化分析表明,雨水中PAHs浓度变化具有明显的时间变化特征,干季时PAHs浓度高,湿季时PAHs浓度低。空间变化分析表明,其浓度变化具有明显的空间分布特征,市区点位明显高于郊区点位和海滨点位。同分异构体特征比、相关分析和主成分分析的结果均表明,珠江三角洲气态湿沉降中PAHs的主要来源是机动车尾气和煤炭等化石燃料的不完全燃烧所致,未燃烧汽油的挥发和垃圾等废物的焚烧也是其可能来源。
第四章以珠江三角洲中心城市广州为例,对广州市市区和郊区雨水中离子的化学特征和来源进行了分析,并在此基础上探讨了雨水中离子与PAHs的相关性。研究结果表明,SO42-和NO3-是雨水中的主要阴离子,而Ca2+和NH4+则是降水中的主要阳离子,这个结论与中国其他地区的研究相似。富集因子分析法、离子相关分析和主成分分析均表明降水中的SO42-、NO3-、F-和NH4+来源于人为活动的影响,K+、Ca2+、Mg2+来源于陆相输入(主要为岩石/土壤风化),Na+和Cl-则主要来自于海洋源,而Mg2+部分来自于海相,部分来自于陆相输入。雨水中离子和多环芳烃的相关分析表明:NO3-与Acy、Phe、BbF和BkF等机动车排放特征化合物相关性较好,它们可能具有相同的来源--机动车排放;F-和SO42-与Flu、Ant、BaA和Chr等煤炭燃烧特征化合物相关性较好,它们可能来自于煤炭燃烧这一共同源。
第五章在珠江三角洲区域布设了15个采样点,对珠江三角洲颗粒态沉降通量、时空分布和可能来源进行了研究。研究结果表明珠江三角洲颗粒态∑PAHs沉降通量的变化范围为21.68-1753.55 ng m-2 day-1,平均值为357.33 ngm-2 day-1。其中,沉降通量最大的化合物是菲(Phe),通量最低的组分是Acy。各多环芳烃组分的沉降通量具有明显的分布特征,即低分子量的组分Phe、Flua、Pry和Chr在∑PAHs的沉降中占的比重最大,高分子量组分平均贡献小。时间变化分析表明,干季时沉降通量高,湿季时PAHs沉降通量低:空间变化分析表明,广州、顺德和南海等珠江三角洲中心城市明显高于沿海城市香港、深圳等监测点位,且低分子量PAHs、高分子量PAHs与∑PAHs的空间分布形态相似。PAHs特征比分析和因子分析结果均表明,机动车尾气排放、垃圾等废物焚烧和煤炭等化石燃料的燃烧是珠江三角洲颗粒态沉降中PAHs的主要来源。