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多环芳烃(PAHs)是一类持久性有机污染物(POPs),主要来源于化石燃料和生物质的不完全燃烧。由于大多数PAHs具有“三致”效应,因而备受人们关注。PAHs具有半挥发性,在大气中以颗粒相和气相形式存在。上海是中国最大的经济城市,近年来,汽车保有量和能源消耗量迅速攀升,大气中PAHs的污染水平和分布特征如何,引起了我们的关注。因此,本文的研究目的是要全面了解PAHs在大气颗粒物和气相中的含量、组成分布、来源以及时空变化规律等,为上海市大气PAHs的污染控制提供理论依据。
从2005年秋季到2006年夏季,采集了上海市两个采样点(上海大学延长校区和嘉定监测站)128个总悬浮颗粒物(TSP)和气相样品(PUF)以及64个大气细粒子(PM2.5)样品,并对样品中多环芳烃进行了分析、定量。
文章首先讨论了上海市城区和郊区大气颗粒物(TSP和PM2.5)的污染状况和时空变化特征。监测结果表明:上海市城区和郊区TSP年平均浓度分别为204.3μg/m3和204.4μg/m3,略微超过国家二级标准(200μg/m3);PM2.5年平均浓度分别为90.62μg/m3和95.31μg/m3,是USEPA推荐的年均限值(15μg/m3)的6倍和6.35倍。TSP和PM2.5季节变化规律明显,春季浓度最高,秋冬季次之,夏季最低。城区和郊区的对应颗粒物(TSPvsTSP;PM2.5vsPM2.5)表现出良好的相关性(R2TSP=0.99;R2PM2.5=0.92),表明大气颗粒物的来源及演化规律基本一致。
其次,文章讨论了上海市大气中颗粒物(TSP,PM2.5)和气相中PAHs的含量、组成分布、季节变化特征等。结果如下:
(1)城区和郊区18种PAHs(颗粒相+气相)年均浓度分别为172.2ng/m3和217.7ng/m3,远高于韩国首尔等国外城市,略低于广州市。城区TSP中PAHs年均浓度为49.92ng/m3,郊区则为59.23ng/m3,大大低于相应气相化合物的平均浓度(城区123.1ng/m3,郊区154.1ng/m3),气相化合物占主导优势,比重均超过70%。总量PAHs中以菲含量最高,其次为荧葸,芘和芴等。在气/粒分配上,所有样品的LogKp与LogPL0存在较好的相关性(R2=0.60~0.92),斜率为-0.61~-1.43。
(2)城区和郊区PM2.5中主要16种PAHs的平均浓度分别为51.75ng/m3和63.83ng/m3。城区冬季浓度最高(63.83ng/m3),而郊区秋季浓度最高(84.46ng/m3),两地夏季浓度最低,分别为1 8.22ng/m3和23.90ng/m3。整体而言,郊区污染略重于城区。PAHs组成中以五环化合物含量最高,其次为六环和四环化合物。上海市PM2.5中的PAHs浓度远高于香港以及休斯顿等国外城市。
文章最后运用特征化合物比值法和主成份分析/多元逐步线性回归法对大气中PAHs的来源进行了定性和定量初步探讨,得出以下结果:
(1)通过化合物特征比值法,判断机动车尾气和燃煤是上海大气中PAHs的主要来源。
(2)通过主成份分析对PAHs的来源进行了识别;然后通过多元逐步回归分析计算出各类排放源对大气PAHs的贡献率。解析结果表明,上海市城区TSP/PUF样品中PAHs的来源及贡献率分别为机动车尾气38%,地面挥发32%,燃煤27%,木材等生物质燃烧为3%;郊区TSP/PUF中PAHs的来源及贡献率分别为机动车尾气62%,地面挥发23%,燃煤9%,木材等生物质燃烧6%。上海地区PM2.5中PAHs的主要来源于汽车尾气(69%)和燃煤(31%)。解析结果与其他研究结果相似。