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近年来,随着城市化、工业化的快速发展,城市大气环境问题已引起社会的广泛关注。冬季高污染时期,大气颗粒物对生态环境和人体健康有极大的影响和危害,如降低大气能见度和诱发人体呼吸道疾病(哮喘、急性支气管炎)等。大气颗粒物的危害程度与其化学组成、粒径大小和所吸附的有害物质的物理化学性质密切相关,为了更好的了解大气颗粒物的地球化学特征及来源,本研究通过研究水溶性无机组分和稳定同位素组成,探讨无机组分的存在形式和主要成分的来源及形成机制,旨在阐明研究区大气颗粒物的地球化学特征,进而为控制和治理大气颗粒物污染提供理论依据。因此,本文选取成都市、贵阳市作为研究区,采集大气颗粒物样品,进行室内分析,通过分析研究获得的结论如下: 1、成都市不同粒径大气颗粒物地球化学特征 成都市不同粒径颗粒物中无机组分主要有硫酸盐和硝酸盐。在不同季节,水溶性无机离子质量浓度的变化趋势不同。SO42-、NO3-的质量浓度变化趋势相似,即冬季>春季>夏季>秋季顺序递减,呈冬春高夏秋低的特点。根据不同粒径颗粒物[NO3-]/[SO42-]比值(<1)可知,成都市大气颗粒物以固定污染源贡献为主,移动污染源为辅。 2、成都市、贵阳市TSP、PM2.5的地球化学特征 成都市、贵阳市大气颗粒物污染均以PM2.5(细颗粒物)污染为主。贵阳市冬季TSP、PM2.5的质量浓度比成都市低约2倍和4倍,说明成都市大气颗粒物污染比贵阳市严重。成都市、贵阳市大气颗粒物中水溶性无机离子主要以SO42-、NO3-、NH4+为主,说明两地大气颗粒物均以二次污染为主。在不同天气条件下,成都市冬季因雾霾天气频发,主要的水溶性无机离子(SO42-、NO3-、NH4+)的质量浓度按雾霾>多云>晴天>雨天顺序递减,雾霾天比非雾霾天质量浓度增加约2~5倍,而成都市夏季与贵阳冬、夏季均按多云>晴天>雨天顺序降低。根据TSP、PM2.5中[NO3-]/[SO42-]比值(<1)可知,成都市、贵阳市TSP、PM2.5中硫酸盐和硝酸盐的来源主要以固定污染源为主,以移动污染源为辅,成都市移动污染源对大气环境影响比贵阳市更加显著。 3、大气颗粒物中硫酸盐、硝酸盐的来源 成都市、贵阳市TSP中硫酸盐的δ34S值呈冬季高、夏季低特点,成都市TSP的δ34S值明显比贵阳市偏正,与中国北方燃煤δ34S值偏正,南方燃煤δ34S值偏负相吻合,即大气颗粒物中硫酸盐的硫同位素组成存在南北差异。同时,两地TSP中硝酸盐δ15N值也呈现冬季高、夏季低的特点。 通过对成都市、贵阳市大气颗粒物中[NO3-]/[SO42-]比值、硫酸盐硫同位素组成、硝酸盐氮同位素组成和大气中不同来源硫、氮同位素组成的综合分析。初步确定成都市冬季大气颗粒物中硫酸盐、硝酸盐来源主要有燃煤、机动车尾气,硫酸盐还有垃圾焚烧释放的贡献。成都市夏季大气颗粒物中硫酸盐的来源主要有燃煤、机动车尾气,交通扬尘和生物成因硫亦有贡献,硝酸盐以机动车尾气、农业土壤释放为主。贵阳市大气颗粒物中硫酸盐以燃煤释放贡献为主,土壤扬尘、化石燃料燃烧释放和生物成因硫亦有贡献;硝酸盐以燃煤、机动车尾气贡献为主。 4、大气颗粒物中硫酸盐、硝酸盐的形成机制 成都市、贵阳市TSP中硝酸盐δ18O值均呈现冬季高、夏季低特点。大气颗粒物中硫酸盐的形成途径,成都市冬季白天以均相反应为主,夜间以非均相反应为主,夏季以均相反应为主;贵阳市冬季以非均相反应为主,夏季以均相反应为主。成都市冬季TSP中硝酸盐主要由NOx经O3氧化形成,成都市夏季、贵阳市冬夏季NOx经O3氧化形成的硝酸盐不是主要途径,主要经OH氧化形成硝酸盐或N2O5水解生成硝酸盐。