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兰州市主城区大气颗粒物污染特征及其抑尘剂控制技术研究

李颖泉  
【摘要】:随着现代工业和经济的快速发展,城市大气污染问题日益严重,成为影响城市发展的主要制约因素之一。大气颗粒物是城市大气污染的主要因子之一。大气颗粒物不仅自身属于污染物,同时,由于其表面积大、吸附性强,还是其他有毒有害污染物的载体,在大气与地表、水体物质能量循环中具有重要环境指示作用。针对大气颗粒物的研究受到了国内外学者的广泛关注。兰州曾经是我国大气污染非常严重的城市之一。近几年来,甘肃省、兰州市积极采取多项有效措施治理兰州市大气污染,取得了良好的效果。但由于受特殊地理、气候条件的影响及西北荒漠地区恶劣生态环境的制约,加上兰州市能源结构、工业布局不尽合理,兰州市大气污染形势依然严峻,大气颗粒物依然是兰州市大气污染防治的重点。兰州市针大气颗粒物的治理措施主要依靠网格化管理+洒水降尘,存在诸多问题,急需更高效抑尘新技术的支持。因此,针对兰州市大气颗粒物的时空分布特征、化学组分、可能来源、潜在生态风险进行系统研究,可为兰州市大气颗粒物污染防控提供理论基础和数据支撑。在此基础上,研究系列抑尘剂控制大气颗粒物污染技术可为兰州市大气污染防控提供具体的技术支持。本文通过收集兰州市历年大气颗粒物及气象因子数据,研究其历年、不同季节、不同月份及一天内的时空分布规律;采集生物制品所(BPI)、铁路设计院(RDI)、职工医院(SWH)、兰苑宾馆(LYH)和兰州大学(LZU)五个主城区监测点不同季节的PM_(2.5)、PM_(10)样本,分析PM_(2.5)、PM_(10)中5种阴离子(F~-、Cl~-、NO_3~-、SO_3~(2-)、SO_4~(2-)),6种阳离子(Li~+、Na~+、NH_4~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)),10种重金属铜(Cu)、镉(Cd)、铅(Pb)、铁(Fe)、锰(Mn)、锑(Sb)、钒(V)、钴(Co)、砷(As)、汞(Hg)元素的成分组成与含量特征;评价了重金属元素的污染水平和潜在生态风险。通过该研究掌握兰州市环境空气中PM_(2.5)、PM_(10)的成分组成与含量特征,以期分析总结出兰州市大气颗粒物的主要来源,为兰州市大气污染的预防与治理提供科学依据。其次,本研究在兰州市大气颗粒物污染特征研究的基础上,有针对性的提出了采用系列抑尘剂控制无组织大气颗粒物污染源的具体措施。本论文主要研究结果如下:(1)兰州市大气颗粒物污染在春冬两季较为严重,PM_(2.5)污染在冬季更严重,PM_(10)污染在春季更严重。PM_(2.5)、PM_(10)浓度月分布特征表现为“U型”。PM_(2.5)和PM_(10)浓度日变化表现为“双峰型”。PM_(2.5)浓度空间分布总体为:SWHLYH≈BPIRDILZU;PM_(10)浓度空间分布总体为:BPILYHSWHRDILZU。兰州市冬季的PM_(2.5)与PM_(10)的平均浓度之比为0.75,说明冬季因集中供暖大量燃料燃烧对大气颗粒物的贡献率高;而春、夏、秋季均小于0.5说明颗粒物主要来自建筑施工、交通运输、散堆料场等扬尘。(2)以气象因子为自变量,PM_(2.5)和PM_(10)浓度为因变量进行了多元回归分析。研究发现,兰州市PM_(2.5)和PM_(10)浓度与风速和大气压呈负相关;与大气温度、大气湿度总体呈正相关。而兰州市冬季静风率高,逆温现象严重,不利于大气颗粒污染物扩散,是兰州市冬季空气污染严重的重要原因之一,也从一定程度上反映出来兰州市大气颗粒物主要受城市排放等内因影响较大。(3)兰州市大气颗粒物中水溶性无机离子主要在冬季污染较严重,浓度高值主要集中在城关区和西固区。水溶性无机阴离子浓度大小总体排序为:SO_4~(2-)﹥NO_3~-﹥Cl~-﹥SO_3~(2-)﹥F~-,水溶性无机阳离子浓度大小总体趋势为:Na~+﹥Ca~(2+)﹥K~+﹥NH_4~+﹥Mg~(2+)﹥Li~+。兰州市大气颗粒物中的水溶性离子主要来源于化石燃料和生物质燃烧形成的二次污染,土壤源次之。土壤源对PM_(10)的影响比PM_(2.5)更大。(4)兰州市大气颗粒物中重金属浓度冬春季高于夏秋季,Pb、Sb和Cd存在一定的生态风险,其它重金属均无风险。兰州市PM_(2.5)中重金属浓度大小排序为Pb﹥V﹥Fe﹥As﹥Cu﹥Mn﹥Hg﹥Co≈Cd﹥Sb;PM_(10)中重金属浓度大小排序为Pb﹥Fe﹥V﹥As﹥Cu﹥Mn﹥Cd﹥Hg﹥Co﹥Sb。PM_(2.5)中重金属的来源主要有扬尘和工业排放;PM_(10)中重金属主要来源于土壤扬尘、工业排放和交通运输排放。(5)系列抑尘剂是解决无组织源颗粒物污染的有效方法。复合粘结型抑尘剂适用于煤炭、矿粉等大宗散堆粉料储运抑尘,喷洒抑尘剂后煤粉的风蚀率均小于0.2%。复合吸水保湿型抑尘剂适用于城镇铺装道路抑尘,喷洒道路抑尘剂后3 d内,近路面PM_(10)和PM_(2.5)浓度比未喷洒对比路段分别降低约20%和13%。速溶型结膜抑尘剂简化了抑尘剂乳液制备流程,适用于各种规模的施工现场,在风速20 m/s、吹蚀时间5 min条件下,风蚀率为0.14%。复合型固沙剂适用于局部沙化土地治理,不影响植物生长。


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