（环境工程专业论文）保定市大气可吸入颗粒物pm10的理化特征及源解析研究.pdf

摘要 目前，可吸入颗粒物( p m l o ) 已成为我国城市大气污染的首要污染物。控制大 气颗粒物污染、改善大气环境质量的任务已迫在眉睫。本文通过调研国内外对大气 中可吸入颗粒物的研究进展，确定了保定市大气可吸入颗粒物理化特征及源解析的 实验和理论研究方法。分别在采暖期和非采暖期采用p m l o 采样器对大气中的可吸 入颗粒物进行采样，然后对各有效样品进行浓度值分析、扫描电镜及能谱分析、原 子吸收光谱分析及分形维数计算、源解析等。研究结果表明，保定市采暖期p m l o 的污染比较严重，尤其是北市区的污染程度较重，浓度值为o 2 0 5m g m 3 ，超过了 国家规定的p m l o 的二级质量浓度标准o 1 5 m 咖3 ；保定市采暖期间p m l o 主要由燃 煤飞灰、烟尘集合体和矿物颗粒组成，其中燃煤飞灰和烟尘集合体的含量较高，矿 物颗粒含量较少。对所有样品的扫描图片进行分形维数的计算及理论分析，结果显 示保定市采暖期间粒度分布分形维数在2 2 0 5 2 2 6 5 9 6 之间，非采暖期颗粒物的分 形维数在2 5 6 9 0 2 8 4 7 4 之间。运用原子吸收光谱分析测得的p m l o 中t i 、a l 、f e 、 c a 、s i 、m g 、k 、z n 在采暖期的平均浓度依次为o 2 1 5 烬| m 、7 1 0 3 0 嵋m 、 4 2 0 6 8 p 卧n j 、7 3 8 2 5 p g m 5 、8 9 2 6 8 p g m 、o 9 9 2 5 斗g ，m 、1 6 3 0 7 p g m 、o 4 4 1 3 p 咖， 在非采暖期的平均浓度依次为o 1 4 l p o 、2 7 0 5 9 p g m 3 、3 1 5 8 2 “g m 、4 3 5 1 0 p 咖5 、 5 8 3 2 5 u 酌n 3 、o 5 1 2 6 “咖3 、1 1 2 2 8 p g m 3 、0 3 4 9 5 嵋m 3 。主成分分析结果表明，保 定市p m l o 中元素的来源按贡献率大小依次为土壤尘和煤烟尘4 2 2 9 6 ，工业粉尘 3 2 0 8 4 和机动车尾气2 5 6 2 0 。 关键词：大气污染；p m l o ；理化特征；源解析 华北i 乜力人学硕j ：学位论文 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，p m l oi sb e c o m i n gt 1 1 ep r i m a d ，a i rp o l l u t 趾ti nc 1 1 i n a i ti si m m i n e n tt o c 0 蛐r 0 1 锄o s p h 耐cp a n i c l e sp 0 1 1 u t i o n 锄di m p r o v et 1 1 e 舳o s p h 丽ce 1 1 v i r 0 i l i l l e n tq u a l i t y h l 缸sp a p e r m er e s 髓r c hp r o g f e s s e so fp m l oi nt l l e 细o s p h e r ea th o m ea 1 1 da b r o a dw e r e i n v e s t i g a t e d ，a i l dt 1 1 m ee x p 丽m 朗t a l 觚dn l c o r 甜c a l 锄a l y s i sm e m o d so fp h y s i c a la i l d c h e i i l i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa i l d s o u r e s 印p o n i o i m l e n to fp m l oi nb a o d i n gc i t yw e r e a c c o r d i n 舀yd e t e n i l i n c d p m l os 锄叩l e sw e r cc o l l e c t e dd 谢n gh e a t i n gp 荫o da 1 1 d n o n - h e a t i i l gp 耐o di nb a o d i n gc i 吼t h e nc o n c e n t r a t i o na n a l y s i s ，s c 砌n ge l e c 仃o n m i c r o s c 0 p ea 1 1 da s s o c i a t e de n g ) ，s p e c 咖a l l a l y s i s ，a t o m i ca b s o 叩t i o ns p e c t r o m e t r y 锄a 1 ) ，s i s ，丘a c t a l d i m e n s i o nc a l c u d a t i o na i l ds o u r c e sa p p o r t i o m n e n to ft 1 1 ee 彘c t i v e s 锄p l e sw e r ep e r f o 吼e d 1 1 1 er e s u l t si n d i c a t e dm a tp m l op o l l u t i o nw a ss e r i o u sd u r i n g h e a t i n gp 甜o di l lb a o d i i l gc i 坝e s p e c i a l l yi nm en o r c l ld i s t r i c to ft l l ec i 啦t h e c o n c e n 位l t i o no fp m i oi nn l i sa r e a d u r i n gh e a t i n gp 砸o dw 私0 2 0 5m g m 3 ，w | h i c h e x c e e d e dm en a t i o n a ls e c o n d c l a s ss t a n d a r d0 15 m g m 3 c o a ln ya s h ，s 0 0 ta g 可e g a t e s a 1 1 dm i n e r a lp a n i c l e sw e r et l l em a i nc 0 m p o n e n to fp m l oc 0 1 l e e dd u r i n gh e a t i n gp e r i o d i nb a o d i l l gc 咄1 1 1 ec o n t e n to f c o a lf l ya s ha l l ds o o ta g g r e g a t e sw a s1 1 i 曲i np m l o ，b u t t 1 1 ec o n t e n to f 商n e r a lp a r t i c l 骼w a sl o wi np m l oc 0 1 1 e c t e d ( h l r i n gh e a t i l l gp e d o di i l b a o d i n gc i 姒s i z ed i s 仃i b 嘶0 n so fp m l ow e r e 锄a l y z e db a s e do ni m a g ea n a l y s i so fs i n 西e p a n i c l ea i l dn l e 觎c t a ld i m e n s i o n so fs i z ed i s t r i b u t i o nv a l u e so fp m l ow e r ec a l c u l a t e d t h er e s u l t si n d i c a t e d 1 a t 廿1 e 如c t a ld i m e n s i o n so fs i z ed i s t r i b u t i o nv a l u e so fp m l o c o l l e c t e di nh e a t i n gp 甜o dv 撕e d 舶m2 2 0 5 2t o2 6 5 9 6 ，t h e 觎c t a ld i m e n s i o n so fs i z e d i s t r i b u t i o nv a l u 骼o f p m l oc 0 l l e c t e di i ln o n - h e a t i n gp e r i o dv 撕e df - r o m2 5 6 9 0t o2 8 4 7 4 t h r o u 曲u s i n ga t o i i l i ca b s o 印t i o ns p e c t r o m e t r ya 1 1 a l y s i s ，t 1 1 ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n s m e a u s u r e do f t i ，a l ，f e ，c a ，s i ，m g ，ka n dz ni np m l oc o l l e c t e di nh e a t i l l gp e r i o dw e r e o 2 1 5 p g ，i n j ，7 1 0 3 0 p g ，m j ，4 2 0 6 8 p g ，n l j ，7 3 8 2 5 p g i 一， 8 9 2 6 8 p g ，m 3 ，o 9 9 2 5 “g ，m 3 ， 1 6 3 0 7 鹏m a 1 1 d0 4 4 1 3 肛g m ，n l ea v e m g ec 0 n c e n t r a t i o n sm e a s u r c do ft i ，a l ，f e ，c a ，s i ， m g ，ka i l dz ni np m l oc 0 l l e c t e di nn o n h e a t i n gp e r i o dw e r eo 。1 4 1 “咖3 ，2 7 0 5 9 l g m 3 ， 3 1 5 8 2 p g m ，4 3 5 1 0 “g m 3 ，5 8 3 2 5 p g m 3 ，0 5 1 2 6 p g m 3 ，1 1 2 2 8 p g m 3a n do 3 4 9 5 “g m 3 t h ep r i n c i p a lc o m p o n e n ta 1 1 a l y s i sr e v e a l e dm a tt h em a i ns o u r c e so fe l e m e n t so fp m l o f o u i l di nb a o ( 1 i n gw e r es o i ld u s t 锄dc o a lc 0 m b u s t i o n ( 4 2 2 9 6 ) ，i n d u s t r i a ld u s t ( 3 2 0 8 4 ) a i l dm o t o rv d l i c l ee i i l i s s i o n ( 2 5 6 2 0 ) k e y w o r d s ： a i r p o l l u t i o n ；p m l o ；p h y s i c a l a 1 1 dc h e m i c a l c h a r a e r i s t i c s ； s o u r c e s a p p o r t i o 锄e n t i i 1 1 研究背景及其意义 第1 章绪论 p m l o ( s u s p 伽【d e dp a r t i c u l a t em a t t e rw i t l la e r o i i y n 锄i cd i a m e t e r1 e s sm a i l1o p m ) 是 指空气动：力学直径小于1 0 岬，并且能够在空气中长时间悬浮不易沉降的颗粒状物 质，也可称其为可吸入颗粒物。目前p m l o 已经成为我国大多数城市和地区大气中的 首要污染物。由于可吸入颗粒物粒径比较小但是它的比表面积相对比较大，所以它 的吸附能：匀比较强，很容易成为大气中各种有毒有害物质的载体，由于以上原因大 气中可吸入颗粒物对多环芳烃和重金属及微量元素等对人类有毒有害的物质的吸 附能力很强，这使得它致癌、致畸、致突变的发病率明显升高。大气中的p m l o 能够 直接被吸入到人体的肺部，并且由于可吸入颗粒物具有较大的比表面积，容易吸附 重金属和多环芳烃等对人类健康有毒有害的物质，导致它具有非常大的毒性，因此 其带来的危害比单一的污染物要高。研究表明，大气中p m l o 与患有呼吸道疾病的人 群病情加重之间具有密切的关联性，粒径在1 0 u m 以下的颗粒物可进入鼻腔，7 肛m 以 下的颗粒物可进人咽喉，2 5 岬以下的颗粒物可深达肺泡并沉积，进而进入血液循 环，导致心和肺的功能障碍及相关疾病【1 3 】。目前经研究已经得知的p m l o 对人类健 康的危害包括：能够使严重疾病患者以及慢性病患者的死亡率提高，能够使呼吸系 统疾病以及心血管疾病的病情加重，并能够导致这些疾病的患病率增加，能够使肺 功能及其结构改变和破坏，并且能够使患癌率升高等，而且大气中的可吸入颗粒物 的浓度水平和呼吸系统疾病及心血管疾病的发病率与死亡率关联密切。可吸入颗粒 物除了能够对人类的生存和健康产生有害影响以外，还会对气候、能见度、降水、 酸沉降、：赶气辐射平衡、对流层和平流层中发生的化学反应等产生不良影响。 由于可吸入颗粒物能够对人类的健康和生存环境造成巨大的危害和影响，所以 研究大气中可吸入颗粒物的理化特征及其来源解析的任务已迫在眉睫，而且我国也 越来越重视对大气中细颗粒物的污染特征、来源解析以及对人类健康和生存环境影 响等的研究。由于大气中的p m l o 对气候、能见度、酸沉降和人类健康等都有不良影 响和危害，而这些不良影响与大气中p m l o 的浓度特征、化学组成、粒度分布等理化 特征密切相关，因此加强对大气中p m l o 理化特征及源解析的研究显得十分必要。 北京地区空气质量的污染状况不仅与该市区的污染源排放有关，而且还与天 津、河北省、山西省等周围地区污染源排放的外来污染物有关，外来污染物通过大 华北电力大学硕：l 学位论文 气能够输运到北京地区从而影响到北京市的空气质量。保定市位于河北省中部，地 处京、津、石三角腹地，市中心距两个直辖市及河北省会只有百公里之遥，地理位 置非常特殊。漂浮在大气中的可吸入颗粒物在大气输运的作用下，无疑会对此几个 地区的空气质量产生一定的影响。因此，研究保定市大气中p m l o 的理化特征对其源 解析以及p m l o 的污染控制都具有重要的意义。 1 2 国内外研究动态 大气中的可吸入颗粒物的来源非常复杂，不仅有人为污染源的排放，而且还有 自然源的贡献。通过了解大气可吸入颗粒物的物理化学特征，不但可以定性识别和 判断各类污染排放来源，而且可以定量解析各污染来源贡献的大小，可以为有效进 行颗粒物污染治理提供科学依据【4 】。 不同粒径大小的大气可吸入颗粒物的来源和化学组成也各不相同。过去几年 里，已经有很多关于北京市大气中可吸入颗粒物的研究，谢骅等【5 】研究了北京市冬 季和夏季两个季节的不同粒径的气溶胶颗粒物的质量浓度等化学特征以及其中所 包含的化学元素的质量浓度随高度的变化；张仁健等【6 7 】和王庚辰等【8 ，9 】研究了北京 市冬季和春季两个季节气溶胶颗粒物的来源和其所包含的化学元素组成的变化；时 宗波等【1 u 】研究了北京市西北城区冬季采暖期间大气中p m l o 的物理化学特征。在p m l o 的研究中为了能够达到对其来源解析的目的，大气可吸入颗粒物的化学组成成分、 微观形貌、粒度分布、分形特征等物理化学特征也被大量的研究，并且将这些理化 特征视为判断大气可吸入颗粒物来源的依据。钟宇红等【l l 】运用扫描电子显微镜法对 吉林市采暖期间和非采暖期间的大气可吸入颗粒物样品以及其来源样品进行了定 性和定量的研究和分析，将研究分析结果与c m b 8 2 化学质量平衡受体模型来源解 析的分析结果进行了比较和分析研究，并得出两种分析方法具有一致性的结论。刘 田等【l z j 运用扫描电子显微镜及其配带的x 射线能谱仪对枣庄市大气可吸入颗粒物进 行了定性分析和研究并对当地大气可吸入颗粒物的来源进行了解析。p i n a 等【1 3 】使用 s e m e d x 研究了墨西哥s a i ll u i sp o t o s i 大气中的含铅颗粒物的微观形貌和化学成分 组成等物理化学特征。近年来，国内外在大气可吸入颗粒物分形维数的研究领域中， 对象已经转向粒径为数百纳米的大气颗粒物。m w 醣t a z e l 等【1 4 1 利用扫描电子显微镜图 像应用两种算法进行计算得出了柴油机煤烟聚集体的分形维数为1 7 0 o 1 3 。杨书申 等【i5 】经过对上海市可吸入颗粒物的分形特征的分析和研究表明，其粒度分布的分形维 数在0 6 5 0 6 2 9 2 5 4 之间。 大气可吸入颗粒物来源识别与来源解析研究一直被视为大气环境科学与工程 华北电力大学硕士学位论文 研究领域的重点。受体模型就是通过测量分析污染源及大气环境样品的物理化学特 征，定性的判断和得出对受体有贡献的污染源并定量的得出各污染源的贡献率。国 内外对大气可吸入颗粒物来源解析的研究中，应用的受体模型多种多样，其中有化 学质量平衡( c ) 模型、因子分析法、富集因子法、特征向量分析法、粗集理论等。 在上述方法中运用c 模型和因子分析法来研究大气可吸收颗粒物的来源取得了 非常广泛的应用。在国内大气可吸收颗粒物的来源解析当中，北京、上海、青岛、 杭州、天津、南京、抚顺、香港等地区已经运用c m b 模型对大气可吸收颗粒物进行 了污染来源的判断识别和解析：在国外大气可吸收颗粒物的来源解析当中， b 1 i 筋“1 6 】利用因子分析方法对美国三十多个城市和地区的气溶胶颗粒物进行了来 源识别和解析，经过研究分析得出排放的汽车尾气、燃料的燃烧和工业污染源等7 个污染源，并对其中的4 个污染源进行了非常详细的解释和分析。在这之后， h o p k e 【17 1 ，g r a l l d e 【1 8 】，s a l v a d o r l l 9 】等人运用因子分析方法分别对波士顿和西班牙等 地的城市和地区的气溶胶颗粒物污染源进行了识别和解析。目前在大气可吸收颗粒 物的来源识别和解析研究分析当中没有哪一种方法是接近完美的，研究结果显示， 如果该地区污染来源的数目比较少，利用因子分析方法对大气可吸收颗粒物的来源 识别和解析比较成功；如果该地区污染来源数目比较多，那么利用化学质量平衡法 ( c m b ) 对二弋气可吸收颗粒物的来源识别和解析更合理一些。 1 3 研究内容 本课题以采暖期和非采暖期在保定市不同采样地点采集的大气中的p m l o 样品 为研究对象，利用扫描电镜( s e m ) 、x 射线能谱仪及原子吸收光谱法( a a s ) 并 结合扫描图像分析的大气可吸入颗粒物的图像分析技术，研究保定市大气中的p m l o 的微观形貌、分形维数和化学组成等理化特征，并利用富集因子法和主成分分析方 法对其进行源解析。主要的研究内容如下： ( 1 ) 通过对保定市采暖期p m l o 的有效样品进行处理，计算采暖期p m l o 的浓度 值并与国家二级标准进行比较，分析保定市采暖期p m l o 的浓度特征； ( 2 ) 采用扫描电镜( s e m ) 对保定市采暖期p m l o 的微观形貌进行研究和分析， 采用与扫描电镜匹配的x 射线能谱仪对选定的可吸入颗粒物进行x 射线能谱分析； ( 3 ) 对保定市采暖期和非采暖期间的p m l o 的粒度分布的分形维数进行计算； ( 4 ) 采用原子吸收光谱法测定保定市采暖期和非采暖期p m i o 中的k 、f e 、c a 、 m g 、z n 、a l 、s i 和t i 等元素的含量； ( 5 ) 根据实验数据采用富集因子法、主成分分析方法对保定市大气中的p m l o 华北i b 力人学硕j j 学位论文 的来源进行解析。 4 第2 章大气中可吸入颗粒物的采样 2 1 采样系统的基本介绍 1 p m l o 中流量采样器：采气流量( 工作点流量) 一般为1 0 0 。 2 滤膜：超细玻璃纤维滤膜或聚氯乙烯等有机滤膜，直径9 c i i l 。滤膜性能： 滤膜对0 ：；哪标准粒子的截留效率不低于9 9 ，在气流速度为0 4 5 州s 时，单张滤 膜阻力不：大于3 5 1 ( p a ，在同样气流速度下，抽取经高效过滤器净化的空气5 h ，每平 方厘米滤膜失重不大于o 0 1 2 m g 。 3 滤膜袋：用于存放采样后对折的采尘滤膜。袋面印有编号、采样日期、采 样地点、采样人等项栏目。 4 滤膜保存盒：用于保存滤膜，保证滤膜在采样前处于平展不受折状态。 5 镊子：用于夹取滤膜。 6 x 光看片机：用于检查滤膜有无缺损和破坏。 7 打号机：用于在滤膜及滤膜袋上打号。 8 恒温恒湿箱( 室) ：箱( 室) 内空气温度要求在1 5 3 0 范围内连续可调， 控温精度：上1 ：箱( 室) 内空气相对湿度应控制在4 5 5 5 范围内。恒温恒湿 箱( 室) 可连续工作。 9 分析天平：感量0 1 m g 。 1 0 中流量孔口流量计：量程7 5 1 2 5 i n ；准确度不超过2 。附有与孔 口流量计配套的u 型管压差计( 或智能流量校准器) ，最小分度值1 0 p a 。 2 2 采样条件的选择 1 天气条件：尽量避免雾天采样，或者把握采样时间，因为雾天空气都比较混浊， 大气可吸收颗粒物污染较为严重，空气质量较差，应尽量选择在天 气状况较稳定的时期采样； 2 离地面高度：不低于l 米； 3 采样时间：化学特征分析需要采样8 小时，物理特征分析根据天气条件及采样 地点而定，一般也需要采样8 个小时。 5 华北i 【i 力人学硕j ：学位论文 2 3 采样步骤介绍 2 3 1p m l o 中流量采样器流量校准( 用中流量孑l 口流量计校准) 新购置或维修后的采样器在启用前，需进行流量校准；正常使用的采样器每月 需进行一次流量校准。校准p m l o 中流量采样器流量时，需摘掉采样头中的切割器， 中流量采样器流量校准示意图见图2 1 。中流量校准方法如下： 1 从气压计、温度计分别读取环境大气压和大气环境温度。 图2 1中流量采样器流量校准示意图 l 一取压口；2 一孔口；3 u 型管压差计( 或智能流量校准器) ； 4 一采样滤膜夹：5 一中流量采样器；6 一乳胶管 2 将采样器采气流量换算成标准状态下的流量。计算公式如下： q = q 茜 ( 2 1 ) 式中：q 一标准状态下的采样器流量，“嘣i n ； 9 一采样器采气流量，u i i l i n ； 竹流量校准时环境大气压力，l ( p a ； 砰一标准状态的绝对温度，2 7 3 k ； 砰一流量校准时环境温度，k ； 凡一标准状态下的大气压力，1 0 1 3 2 5 k p a 。 3 将计算的标准状态下的流量g 代入下式，求出修正项少。 6 少26 。q 。+ 口 ( 2 2 ) 式中斜率6 和截距口由孔口流量计的标定部门给出。 4 计算孔口流量计压差值彳日口a ) 。 埘= z ：墨：互 ，、 丘疋 ( 2 3 ) 5 打开采样头的采样盖，按正常采样位置，放一张干净的采样滤膜，将中流量 孔口流量计的孔口与采样头密封连接。孔口的取压口接好u 型管压差计( 或 智能流量校准器) 。 6 接通电源，开启采样器，待工作正常后，调节采样器流量，使孔口流量计压 差值达到计算的4 值。 2 3 2 空白滤膜准备 1 每张滤膜均需用x 光看片机进行检查，不得有针孔或任何缺陷。在选中的 滤膜光滑表面的两个对角上打印编号。滤膜袋上打印同样编号备用。 2 将滤膜在1 5 0 干燥箱中烘干2 h 。然后将烘干好的滤膜放在恒温恒湿箱( 室) 中平衡2 4 h 。平衡条件：温度取1 5 3 0 中任一点，相对湿度控制在4 5 一5 5 范 围内。 3 在上述平衡条件下称量滤膜，滤膜称量精确到o 1 m g ，记录滤膜重量w o ( g ) 。 4 称量好的滤膜平展地放在滤膜保存盒中，采样前不得将滤膜弯曲或折叠。 2 3 3 采样 使用：青岛崂山应用技术研究所生产的p m l o 厂r s p 采样器( 切割粒径 l o 岬) 于 2 0 1 0 年1 2 月至2 0 1 1 年4 月分别在位于保定市区北部的华北电力大学教五楼四层平 台( 距地面约1 5 米) 、南部的河北农业大学图书馆楼顶平台( 距地面约1 5 米) 和 位于新市区的向阳北大街( 距地面约5 米) 采集样品。每次选择天气状况较稳定的 时期，对各个采样点采样8 h 。采样时将流量设定为1 0 0l m 酊1 ，采用玻璃纤维滤 膜对可吸入颗粒物进行捕集。为了不影响分析的精度，采样前后分别将滤膜放入烘 箱烘干2 b 然后将烘干好的滤膜放在恒温恒湿箱( 室) 中平衡2 4 h 最后称量w l ( g ) ， 根据称量结果及采样流量计算其浓度。 采样结束后，打开采样头，用镊子轻轻取下滤膜，采样面向里，将滤膜对折， 7 放入号码相同的滤膜袋中。 p m l o 现场采样记录见表2 1 。 表2 - lp m l o 现场采样记录表 1 2 1 8 是 河北农大 c 0 1 8 小时 2 7 3 1 0 1 1 5o 1 9 3 1 2 2 0 是 华电一校 c 0 2 8 小时2 7 51 0 1 1 20 2 1 l 1 2 2 4 是新市区c 0 3 8 小时 2 7 41 0 1 0 9 o 1 9 8 1 2 2 8 是 河北农大 c 0 4 8 小时 2 7 5 1 0 1 1 5o 2 0 5 1 0 5 是华电一校 c 0 5 8 小时2 7 61 0 1 1 3 0 2 2 3 1 0 8 是新市区c 0 6 8 小时2 7 81 0 1 1 0 2 2 7 是河北农大 c 0 7 8 小时2 8 01 0 1 0 8 2 2 8 是 华电一校 c 0 8 8 小时 3 o l 是新市区 c 0 9 8 小时 3 0 2 是 河北农大 c 1 0 8 小时 3 1 4 是 华电一校 c l l 8 小时 3 1 5 是新市区c 1 2 8 小时 3 2 l 否 河北农大 f 0 1 8 小时 3 2 4 否华电一校f 0 2 8 小时 3 2 5否 新市区 f 0 3 8 小时 3 2 7 否河北农大f 0 48 小时 3 2 8 否华电一校 4 0 3 4 0 5 否 新市区 否 河北农大 4 0 6 否华电一校 4 0 9 否新市区 4 1 1 4 1 5 否 河北农大 否 华电一校 f 0 5 f 0 6 f 0 7 f 0 8 f 0 9 f 1 0 8 小时 8 小时 8 小时 8 小时 8 小时 8 小时 2 8 3 2 8 3 2 8 4 2 8 7 2 8 7 2 8 6 2 8 9 2 8 5 2 8 7 2 8 9 2 8 7 2 8 5 2 8 6 2 8 5 2 8 8 1 0 1 1 5 1 0 1 0 8 1 0 1 1 2 1 0 1 1 0 1 0 1 1 5 1 0 1 1 3 1 0 1 1 0 1 0 1 1 5 1 0 1 0 9 1 0 1 1 2 1 0 1 1 5 1 0 1 1 3 1 0 1 1 1 1 0 1 0 9 1 0 1 1 5 0 1 8 7 o 1 9 8 o 2 0 8 0 1 8 4 o 1 3 6 o 1 4 5 o 1 3 9 0 1 3 8 o 1 3 9 o 1 2 7 0 1 4 3 o 1 2 9 0 1 3 4 0 1 4 7 o 1 3 9 0 1 2 1 0 1 3 6 f 1 l 8 小时2 8 91 0 1 1 00 1 2 8 4 2 0否 新市区 f 1 2 8 小时2 9 11 0 1 0 9 o 1 3 3 注：华电一校和河北农大分别属于北市区和南市区。 p m l o 浓度经下式计算得到： 8 p m l o ( r n 神：坠孚竺 式中：一尘膜重量，g ； 盼空白滤膜重量，g ； 卜一标准状态下的累积采样体积，m 3 。 2 3 4 尘膜的平衡及存放 ( 2 - 4 ) 1 尘膜放在恒温恒湿箱( 室) 中，用同空白滤膜平衡条件相同的温度、湿度， 平衡2 4 h 。 2 在上述平衡条件下称量尘膜，然后在滤膜袋中存放采样后对折的采尘滤膜。 袋面印有编号、采样地点、采样日期、采样人等项栏目。 2 4 本章小结 本章：个绍了大气可吸收颗粒物的采样系统、采样的条件选择以及采样步骤。并 使用青岛崂山应用技术研究所生产的p m l o 厂r s p 采样器( ( 切割粒径 x ) 表示该环境 系统中大气可吸收颗粒物粒径大于x 的可吸收颗粒物的数量，d 表示粒度分布的分 形维数，c 表示常数。如果知道不同的粒径x 和它所对应的大气可吸收颗粒物的数 量，就能够从n ( x ) x 的双对数坐标系内画出散点图，将这些散点图进行线性拟合， 经过线性拟合以后能够得到一条直线，该直线斜率的负值就是该大气可吸收颗粒物 的粒度分布的分形维数d 。张季如等在用粒径的数量分布表征的土壤分形特征研究 中得出【2 引，颗粒物的分形维数的数值反映了其粒径的大小和分布的均匀程度，如果 颗粒物的粒度越小，细颗粒物的含量就越高，那么颗粒物的分形维数就越大，颗粒 物的分形维数能够表征其粒度的大小和数量；如果颗粒物的粒径大小差距相对大， 也就是颗粒物粒径分布的连续性相对比较差，那么它们的分形维数也会很大；如果 颗粒物的不同粒级分布的连续性相对好，也就是质地相对的比较均匀，那么它们的 分形维数也相对比较小。n d r a t e n k o 等【2 9 】利用扫描电镜( s e m ) 获得的电子图象 进行研究和分析得出的分形维数将颗粒物分成飞灰和土壤灰尘两类，并且得出由飞 灰组成的球状颗粒物不具有分形特征的结论。所以本实验只对烟尘和矿物等非球状 颗粒物进行分形特征的研究。 用由图像分析得出的大气可吸收颗粒物的粒径分布的数据计算可吸收颗粒物 的分形维数，将大气可吸收颗粒物在不同粒径范围内的数量进行统计，然后将粒径 a ( 岫) 和累积百分比b ( ) 分别取对数，根据所得到的数据在双对数坐标系内 画出所对应的散点图，然后把这些散点图线性拟合得到一条直线，这条直线的斜率 的负值就是所求的大气可吸收颗粒物的分形维数，表3 1 所示为保定市北市区采暖 期p m l o 的粒度分布和累积百分比，图3 6 为以上数据的线性拟合。 表3 1 北市区采暖期p m l o 粒度分布分形维数和累积百分比 2 1 5 1 水 吝0 5 凹 o o 5 1 一o 80 60 40 200 2o 40 6 1 9 a ( 粒径u m ) 图3 6 北市区采暖期p m l o 粒度分布分形维数 通过以上方法便可以得出该市北市区、南市区和新市区采暖期和非采暖期的 p m l o 的分形维数如表3 2 所示，r 2 表示数据点直线拟合时的线性相关度，r 2 越接 近于1 表示拟合效果越好。 表3 2 保定市颗粒物粒径分布的分形维数 采样点丽矿带塑幽鬻广r 1 9 华北电力人学硕j ：学位论文 由表3 2 可知，保定市采暖期大气可吸收颗粒物的粒度分布分形维数在 2 2 0 5 2 2 6 5 9 6 之间，非采暖期可吸收颗粒物的分形维数在2 5 6 9 0 2 8 4 7 4 之间， 总体颗粒物的分形维数在2 2 0 5 2 2 8 4 7 4 之间。由图3 7 可知，采暖期间大气可吸 收颗粒物的分形维数大小关系为新市区 南市区 北市区，结合粒径分布可知新市区 采暖期大气可吸收颗粒物最细，其次是南市区，北市区采暖期大气可吸收颗粒物最 粗；非采暖期间大气可吸收颗粒物的分形维数大小关系为南市区 北市区 新市区， 可知南市区非采暖期间大气可吸收颗粒物最细，其次是北市区，新市区非采暖期大 气可吸收颗粒物最粗。北市区采暖期与非采暖期颗粒物的分形维数的大小关系为非 采暖期 采暖期，南市区采暖期与非采暖期颗粒物的分形维数的大小关系为非采暖 期 采暖期，可知北市区和南市区非采暖期间的大气可吸收颗粒物比采暖期间的要 细，新市区采暖期与非采暖期颗粒物的分形维数的大小关系为采暖期 非采暖期， 可知新市区非采暖期间的大气可吸收颗粒物比采暖期间的要粗。 囫采暖期 3 2 5 趔2 籁 媒1 5 翟厶 求 l o 5 0 北市区 南市区新市区 采样地点 图3 7 三个采样点颗粒物粒径分布分形维数变化图 通过研究分析可知，保定市采暖期大气可吸收颗粒物的粒度分布分形维数在 2 2 0 5 2 2 6 5 9 6 之间，非采暖期颗粒物的分形维数在2 5 6 9 0 2 8 4 7 4 之间，总体颗 粒物的分形维数在2 2 0 5 2 2 8 4 7 4 之间。保定市北市区和南市区可吸收颗粒物的分 形维数为非采暖期 采暖期，新市区为采暖期 非采暖期，北市区和南市区非采暖期 的大气可吸收颗粒物比采暖期的要细，新市区采暖期的大气可吸收颗粒物比非采暖 期的要细。采暖期间大气可吸收颗粒物的分形维数大小关系为新市区 南市区 北市 区；非采暖期间为南市区 北市区 新市区，采暖期间新市区的大气可吸收颗粒物最 细，其次是南市区，北市区的最粗，非采暖期间南市区的大气可吸收颗粒物最细， 其次是北市区，新市区的最粗。 2 0 3 6 本章小结 保定市燃煤飞灰的微观形貌特征主要呈现圆球或椭圆球状；烟尘集合体的形貌 特征主要为蓬松状和链状；而矿物颗粒的形貌特征主要呈不规则状。保定市采暖期 燃煤污染十分严重，其中在北市区采集的p m l o 样品中燃煤飞灰最多，南市区最少， 在新市区采集的p m l o 样品中的燃煤飞灰的含量位于二者之间。北市区p m l o 中的烟 尘集合体的含量最高，新市区p m l o 中的烟尘集合体的含量次之，南市区p m l o 中的 烟尘集合体的含量最低。北市区、南市区、新市区中的p m l o 中的矿物颗粒含量都 比较少。保定市采暖期大气可吸收颗粒物的粒度分布分形维数在2 2 0 5 2 2 6 5 9 6 之 间，非采暖期颗粒物的分形维数在2 5 6 9 0 2 8 4 7 4 之间，总体颗粒物的分形维数在 2 2 0 5 2 2 8 4 7 4 之间。保定市北市区和南市区可吸收颗粒物的分形维数为非采暖期 采暖期，新市区为采暖期 非采暖期，北市区和南市区非采暖期的大气可吸收颗粒 物比采暖期的要细，新市区采暖期的大气可吸收颗粒物比非采暖期的要细。采暖期 间大气可吸收颗粒物的分形维数大小关系为新市区 南市区 北市区；非采暖期间为 南市区 北市区 新市区，采暖期间新市区的大气可吸收颗粒物最细，其次是南市区， 北市区的最粗，非采暖期间南市区的大气可吸收颗粒物最细，其次是北市区，新市 区的最粗， 2 l 第4 章大气中可吸入颗粒物的化学特征的分析 4 1 化学特征分析仪器基本介绍 原子吸收光谱法( 从s ) 是上个世纪5 0 年代中期出现并在以后逐渐发展起来的 一种新型的化学仪器分析方法，它在地质研究、冶金工业与矿业、农业、食品科学 与技术、机械化工、轻工业、生物医药、环境科学与工程、材料科学等领域得到了 广泛的应用。该法主要适用所测分析样品中微量及痕量组分分析。目前，它已成为 原子光谱研究和物质成分分析的重要的测试方法之一。近年来，计算机、微机电子、 自动化、人工智能技术和化学计量等技术的发展，各种新质地的材料与新元器件的 大量出现，大大改善了仪器性能，使原子吸收分光光度计的精度和准确度及自动化 程度有了相当大的提高，使原子吸收光谱法成为微量元素和痕量元素分析的既灵敏 又有效的方法之一，广泛地应用于各个领域。 原子吸收光谱分析能在短