作為最重要的揮發(fā)性有機物(VOCs)種類之一,非甲烷碳氫化合物(NMHCs)在大氣化學過程中扮演了極其重要的角色,對一些區(qū)域或全球性氣候環(huán)境問題有重要影響。非甲烷碳氫化合物是對流層臭氧和二次有機氣溶膠的重要前體物,影響城市或區(qū)域的空氣質(zhì)量和人體健康,對全球變化有間接影響。此外,一些非甲烷碳氫化合物,如苯,是毒害性空氣污染物,會對人體健康帶來不良影響。近幾十年來,我國經(jīng)歷了快速的城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟增長,能源消費量以及機動車保有量也在急劇上升,將越來越多的包括NMHCs在內(nèi)的多種污染物排放到大氣中,最終造成我國面臨嚴峻的光化學煙霧和灰霾等空氣污染問題,以及空氣毒害物健康風險問題。了解我國大氣中NMHCs及其關鍵組分的水平、組成和來源的時空分布格局,對當前和未來我國VOCs減排、大氣污染控制和人體健康保護尤為重要。本研究于2012年3月-2014年2月在我國不同區(qū)域的十二個采樣點(包括東部發(fā)達地區(qū)6個背景點、中西部地區(qū)5個城市點、青藏高原地區(qū)1個背景點)同步采集了大氣NMHCs樣品并進行了全組分分析,在此基礎上分析了我國NMHCs濃度及組成的空間分布和時間變化,探討了NMHCs對臭氧生成的貢獻,并對關鍵組分苯系物的時空分布、主要來源和健康風險進行了深入的研究。論文主要研究結論如下:1、十二個站點總NMHCs年均濃度的變化范圍為6795±845-29013±3185pptv,最低濃度出現(xiàn)在青藏高原背景站點拉薩站,最高濃度出現(xiàn)在中西部地區(qū)城市站點重慶站。東部地區(qū)背景站點總NMHCs濃度水平(13821-22631 pptv)與中西部地區(qū)城市站點總NMHCs水平(15569-29013 pptv)相當。各站點NMHCs組成以烷烴為主,貢獻了總NMHCs濃度的48.07%到65.94%;自然源BVOCs比例最低,占總NMHCs濃度的1.00-7.49%。乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、異丁烷、正丁烷和異戊烷均為各站點NMHCs貢獻TOP 10化合物,TOP 10化合物貢獻了各站點總NMHCs濃度的69.98-87.76%。2、北方站點(海倫站、沈陽站、禹城站、太原站)受冬季供暖和邊界層降低的影響,1月、2月和12月總NMHCs濃度水平遠高于3月-11月總NMHCs濃度水平。而受氣象條件、排放強度和大氣反應等的影響,其他站點NMHCs濃度表現(xiàn)出不同的時間變化。人為源排放的NMHCs組成(烷烴、烯烴、炔烴和芳香烴)的時間變化與總NMHCs時間變化一致。而自然源排放的BVOCs組成的時間變化則不同:受氣溫、光照等條件影響各站點6月-8月觀測到較高的BVOCs濃度和比例。3、十二個站點中總臭氧生成潛勢(OFPs)的年均值在21.16±2.62(拉薩站)-104.18±11.00 ppbv(重慶站)范圍內(nèi)。與NMHCs濃度組成不同,總OFPs值貢獻最多的組成是烯烴和芳香烴,兩者一起貢獻了各站點總OFPs值的58.98-80.30%,雖然兩者一起僅貢獻了總NMHCs濃度的22.54-38.21%。BVOCs對總OFPs值的貢獻(3.59-27.90%)也要大于其對總NMHCs濃度的貢獻。乙烯、丙烯、1-丁烯、甲苯和間/對-二甲苯均為各站點OFPs值貢獻TOP 10化合物,TOP10化合物貢獻了各站點總OFPs值的63.09-74.73%。4、中國東部發(fā)達地區(qū)背景站點中,苯貢獻了東北地區(qū)背景站點和華北地區(qū)背景站點總BTEX水平的50%以上,而甲苯、乙苯和二甲苯一起貢獻了長三角地區(qū)背景點和珠三角地區(qū)背景點總BTEX濃度的77%以上。北方站點BTEX與燃燒源示蹤物一氧化碳(CO)顯著性相關(p0.01)但與機動車排放指示物甲基叔丁基醚相關性弱,說明煤和生物質(zhì)/生物質(zhì)燃料燃燒是BTEX的主要來源,且冬季供暖期苯的水平會明顯提高。相反,在南方站點BTEX主要來自機動車排放和(或)工業(yè)排放,因為BTEX與CO相關性弱但與甲基叔丁基醚或四氯乙烯(工業(yè)排放示蹤物)相關性顯著(p0.01)。觀測數(shù)據(jù)計算的苯/CO初始比值與前期排放清單中排放比值較一致,差異在兩倍以內(nèi),但是東北地區(qū)站點甲苯/CO比值以及華北地區(qū)站點鄰-二甲苯/CO比值僅是排放清單相應比值的29%和38%,而長三角地區(qū)站點乙苯/CO和二甲苯/CO比值是排放清單相應比值的3.2-3.5倍。5、中西部城市站點中,BTEX總濃度的變化范圍為2.42±0.35(昆明站)-3.65±0.51 ppbv(重慶站),低于前期中國發(fā)達城市地區(qū)的觀測值。然而苯的觀測值,0.72±0.12(昆明站)-1.88±0.46 ppbv(太原站)與前期中國發(fā)達城市地區(qū)觀測值相當,甚至高于美國或歐洲城市的報道濃度。在所有中西部城市站點中,苯(或甲苯)與CO或甲基叔丁基醚具有較好的相關性,且甲苯/苯比值在煤燃燒/生物質(zhì)燃燒和(或)機動車排放比值范圍內(nèi),說明中西部城市BTEX主要來自于燃燒源。這些站點可能也偶爾受到工業(yè)和溶劑排放的影響,因為少量樣品中觀測到較高的甲苯/CO、甲苯/苯、C8-芳香烴/CO和C8-芳香烴/苯比值。6、苯系物的健康風險評估結果表明,中國不同地區(qū)十二個站點苯的致癌風險值(1.02E-05-7.31E-05)要比美國環(huán)保署規(guī)定的成年人可接受的長期致癌風險水平1.0E-06高一個數(shù)量級,說明我國大氣中苯的暴露形勢非常嚴峻,對人體健康存在潛在致癌風險。十二個站點BTEX的非致癌風險(5.56E-02-3.34E-01)均小于美國環(huán)保署規(guī)定的潛在非致癌風險限值(1),說明我國大氣BTEX暴露所引起的非致癌風險并不明顯。
【學位單位】：中國科學院研究生院(廣州地球化學研究所)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：X51
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    第一節(jié) 非甲烷碳氫化合物概述
        一、揮發(fā)性有機物與非甲烷碳氫化合物的定義與分類
        二、非甲烷碳氫化合物的來源
        三、非甲烷碳氫化合物的分析方法
    第二節(jié) 非甲烷碳氫化合物的環(huán)境健康效應
        一、非甲烷碳氫化合物與近地面臭氧污染
        二、非甲烷碳氫化合物與二次有機氣溶膠生成
        三、非甲烷碳氫化合物對人體健康影響
    第三節(jié) 國外大氣非甲烷碳氫化合物觀測研究
        一、美國環(huán)保署PAMS觀測網(wǎng)
        二、其他觀測研究
    第四節(jié) 中國大氣非甲烷碳氫化合物觀測研究
        一、多點同步觀測研究
        二、華北地區(qū)（京津冀地區(qū)）NMHCs研究
        三、長三角地區(qū)NMHCs研究
        四、珠三角地區(qū)NMHCs研究
        五、其他東部發(fā)達地區(qū)NMHCs研究
        六、中西部地區(qū)NMHCs研究
    第五節(jié) 本研究選題目的、意義和研究內(nèi)容
第二章 研究方法與技術手段
    第一節(jié) 野外樣品采集
        一、采樣站點介紹
        二、環(huán)境VOCs樣品采集
        三、樣品數(shù)量的空間和時間分布
    第二節(jié) 實驗室全組分分析方法
        一、VOCs分析方法
        二、一氧化碳分析方法
    第三節(jié) 質(zhì)量控制及質(zhì)量保證（QA/QC）
        一、采樣罐的清洗與空白實驗
        二、采樣過程的QA/QC
        三、實驗室分析過程的QA/QC
    第四節(jié) 后向軌跡模型介紹
第三章 中國NMHCs時空分布
    第一節(jié) NMHCs水平的空間分布
        一、總NMHCs濃度的空間分布
        二、烷烴濃度的空間分布
        三、烯烴濃度的空間分布
        四、炔烴濃度的空間分布
        五、芳香烴濃度的空間分布
        六、BVOCs濃度的空間分布
    第二節(jié) NMHCs組成的空間分布
        一、NMHCs組成的空間分布
        二、芳香烴組成的空間分布
        三、BVOCs組成的空間分布
        四、NMHCs組成中主要化合物
    第三節(jié) NMHCs水平及組成的時間變化
        一、總NMHCs濃度的時間變化
        二、芳香烴濃度的時間變化
        三、BVOCs濃度的時間變化
        四、NMHCs組成的時間變化
    第四節(jié) 臭氧生成潛勢的時空變化
        一、臭氧生成潛勢的空間分布
        二、臭氧生成潛勢組成的空間分布
        三、貢獻臭氧生成潛勢的主要化合物
        四、臭氧生成潛勢的時間變化
        五、臭氧生成潛勢組成的時間變化
    第五節(jié) 本章小結
第四章 中國苯系物的時空分布及來源
    第一節(jié) 中國發(fā)達沿海地區(qū)苯的暴露水平、來源及健康風險
        一、研究背景
        二、苯的本底水平
        三、苯的主要來源
        四、苯的暴露和健康風險評價
    第二節(jié) 中國發(fā)達沿海地區(qū)苯系物的時空分布及來源
        一、研究背景
        二、BTEX的濃度水平
        三、組成的空間差異
        四、氣團傳輸軌跡對BTEX水平和組成的影響
        五、BTEX水平的時間變化
        六、BTEX來源識別
        七、人為源排放清單的評估
    第三節(jié) 中國中西部地區(qū)城市點苯系物的污染特征及來源
        一、研究背景
        二、BTEX污染水平及組成
        三、與國內(nèi)外其他城市站點研究的對比
        四、BTEX濃度與組成的季節(jié)變化
        五、BTEX來源識別
    第四節(jié) 苯系物健康風險評價
        一、健康風險評價方法介紹
        二、苯的致癌風險
        三、BTEX的非致癌風險
    第五節(jié) 本章小結
第五章 結論
    第一節(jié) 主要結論
    第二節(jié) 特色和創(chuàng)新
    第三節(jié) 不足之處和后續(xù)工作展望
參考文獻
作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果


本文編號：2862097