不同天气和地域大气中半挥发性有机物的污染研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) | 被引量 : 4次 | 上传用户:cayyr
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雾霾是我国当前面临的最为突出的环境问题之一。虽然最近几年我国政府在大气污染控制方面做了许多工作,但是对于雾霾污染,尤其是在我国北方地区,依然是一个重要的环境问题。半挥发性有机污染物(SOCs)是大气污染物中的重要组成部分,很多SOCs都具有持久性有机污染物(POPs)的特点而受到国内外研究的关注。虽然,国内外对雾霾的起源、形成和演化等已经进行了相当多的探讨,对大气中SOCs的的污染、来源以及长距离传输等也开展了不少的研究。但在不同的雾、霾天气状况下或者不同的地域中,区域气候和气象因素的改变导致的一些大气物理化学过程可能会对SOCs的迁移、积累和转变等有着不同的影响,而在这方面的研究还很缺乏。本研究于2014年冬季在北京郊区采集了PM2.5样品,用以分析不同天气条件(非雾霾天、霾天和雾天)下的SOCs,包括多环芳烃(PAHs)、溴系阻燃剂(BFRs)和有机磷系阻燃剂(OPFRs),探究其污染差异、组成特征以及环境行为,并且对采样点这些SOCs的潜在来源区域进行了探究。北京和广州是我国北方津京冀和南方珠三角城市群的重要城市,本研究还分别采集了这两个地区2014年冬季和2015年夏季的大气(气相+颗粒相)样品,对两个不同区域大气中的PAHs进行了对比分析,了解其污染特征、气粒分配和潜在来源,并评估了两地居民的人群健康风险。北京郊区冬季PM2.5中PAHs、OPFRs和BFRs的浓度范围分别为1.30-167ng/m3、257-8358 pg/m3和32.8-766 pg/m3,中值分别为45.1 ng/m3、1347 pg/m3和82.2 pg/m3。PAHs的浓度在供暖期明显高于非供暖期,说明PAHs主要受该地区燃煤采暖的影响;低溴代的BFRs变化波动较大,而高溴代的BFRs变化相似,这可能与其来源有关,但均与冬季居民的采暖活动无关;大部分OPFRs的时间变化趋势不同,这与该类阻燃剂的用途以及化学性质差异有关。对比不同天气情况(雾、霾以及非雾霾)发现,在霾、雾条件下的SOCs的浓度是其在非雾霾天的2-10倍,说明了污染物在雾霾天的积累。大部分SOCs在雾天均高于霾天,这是由于较高的相对湿度使污染物易于在颗粒上积累,但相对湿度对PAHs影响较小,污染物的大量排放是造成其在霾天浓度升高的主要原因。研究还发现,易在气-粒两相进行分配的SOCs(低溴代BFRs和OPFRs)在PM2.5中的浓度受到质量占比的影响更大。运用雾、霾与非雾霾天气下的浓度比值来反应SOCs的积累程度,结果表明,具有较低辛醇-气分配系数的BFRs,在霾天和雾天更易于富集在PM2.5表面(或者在非雾霾天更易于从颗粒物上脱离),这与BFRs在不同天气条件下的气-粒分配过程有关。对于PAHs和OPFRs,污染物在环境中的持久性(POV)和在大气中的半衰期分别是影响它们在雾霾天和非雾霾天浓度差异的主要因素,说明越难降解的污染物更易于在霾天和雾天累积。不同天气条件PAHs和BFRs的组成变化不大,而OPFRs污染物组成分布的变化大致在取暖期前后存在明显的差别,这与冬季采暖造成室内温度升高,部分OPFRs(EHDPP和TBEP)从室内产品中排放增加以及在室外低温条件下气粒分配增强所致。通过主成分分析,对该地区冬季PM2.5中的SOCs来源进行了识别,结果表明SOCs的污染与扩散性污染来源、工业来源和室内取暖有关。潜在来源区贡献(PSCF)模型结果显示,三种SOCs主要来源于位于北京南部和东部的城市地区,但是,西北地区对采样点的EHDPP和TBEP贡献相对其它SOCs较大。北京大气(气相+颗粒相)中PAHs的浓度(8.34-524 ng/m3)远高于广州(11.8-64.0 ng/m3),北京PAHs的浓度和组成存在更明显的冬夏季节差异,这与其排放来源和污染物气-粒分配的变化有关;而广州的差异很小,说明其来源的相似性。用基于冷蒸气压(PL0)的Junge-Pankow吸附模型和基于辛醇-气分配系数(KOA)的吸收模型对两地大气中PAHs的气粒分配进行了对比,北京冬季增加的排放来源使大气中PAHs的气粒分配更接近于平衡状态。两地冬季TSPs中PAHs与OC、EC良好的相关性说明其具有同源性(一次排放),其中北京冬季大气TSPs中的OC、EC对3-4环PAHs的作用较为显著,他们分别是秸秆和居民燃煤的产物。利用比值法也得出北京大气中PAHs受生物质和煤燃烧的影响更大,而广州更多来源于液体燃料燃烧。另外对两地居民的人体暴露风险进行了评估,发现两地PAHs的致癌等效浓度均高于我国标准对BaP的规定浓度限值,且在北京地区普通居民通过呼吸造成的预期寿命损失是广州地区的4倍。
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