大气颗粒物来源解析
第一章绪论
作为发展中的中国，就目前形势来说大气污染程度越来越严重，由于我国在环境治理中，对看得见、摸得着的水污染与固体废弃治理和市场化关注度较高，而对大气污染治理，一直以来，比水和固废的治理度就低。因而这部分市场的推动也是相对薄弱的。
近今年伴随着中北地区日久集聚终于爆发出的雾霾天气问题，却引发了社会对大气污染的关注度提升到新的层面。实际上我国的大气污染防治工作在前几年已经开始逐步开展，2002年开始，我国出台了一系列的措施，对节能减排的提倡有了一定的成果，同年8月发布了《节能减排“十二五规划》，从各项政策中对大气污染防治都起到一定的积极作用。根据前瞻产业研究院最新数据表明，我国2000-2011年，工业废气排放量年均增速19.06%，11年间增长了2.39倍。
1.1PM的概况
PM2.5指的是大气中空气动力学当量直径小于2.5mm的颗粒物[1]。公众较为熟悉的获知空气污染指数是在当下城市空气质量预报、指数中的可吸入颗粒物和总悬浮颗粒物。其中，可以通过人体的组织器官与外界进行气体交换吸入的直径比2.5μm大、等于或小于10μm的颗粒物通常是指可吸入颗粒物，通常用PM10来表示；而直径小于或等于100微米的颗粒物被定义为总悬浮颗粒物，也称为PM100随着研究的深入以及监测水平的提高，科学家逐渐采用PM2.5来指示大气环境质量，空气污染的指数越严重，这个值就越高，称为PM2.5。随着研究的深入以及监测水平的提高，科学家逐渐采用PM2.5来指示大气环境质量，这个值越高，就代表空气污染越严重。在空气中每立方米的可吸入颗粒物的值越高，代表空气污染越严重。
颗粒物的直径小于或等于2.5微米，是细颗粒物与粗颗粒物的评判标准也是主要的区别，体积要比PM10小的多，比人类的头发还有要细上许多，是头发的十分之一的大小。大气中颗粒物的粒径要小于 2.5微米和粗颗粒物对比，别看PM2.5粒径小却危害巨大，它的表层含有许多有毒、有害的物质，不仅如此它还有在大气中的停留时间长、输送距离远等特点，对公众的身体健康和空气质量有很大的影响.所以政府在2012年2月增加了PM2.5监测指标。
1.1.1为什么使用PM
代替PM10
2.5
悬浮的颗粒物在空气中分布的比较广且粒径分布围。是大气颗粒物中粒径比较小的一部分，2.5微米还涉及到人体健康的重要环节——PM2.5俗称“可入肺颗粒物”。颗粒物小于10个微米，就可以通过人体的鼻腔的过滤系统从而进入人的呼吸道，主要是上呼吸道，而当小于2.5微米的时候就可以轻松进入支气管，粒径再小一点，就可以达到人体的支气管末端。想穿透肺泡再进入人体的血液循环只要小于0.1微米便可。人体大量呼吸进粒径越小的颗粒物对身体产生的危害就越大。所以由此可知，相对于PM10来说，从健康危害以及环境危害可知PM2.5的危害更加的大。所以要用PM2.5代替PM10。
1.1.2PM
的来源
2.5
PM2.5的主要来源是：1）热电厂发电使用的燃烧材料在燃烧过程中产生的；2）轻重工业在生产制造过程中产生的；3）各类型汽车由于化石燃料经过燃烧而排放的残留物如尾气等。绝大多数颗粒物中表层含有重金属等有毒有害物质。挥发性有机物等通常主要产生2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）。
PM2.5的主要来源主要有自然源和人为源两种，但是后者的危害性比前者大。
自然源的种类包括自然界土壤飞尘、由于海水泡珠飞溅而形成的海盐、植物花粉、孢子、细菌等。往往在自然界中的灾害事件也是形成可吸入颗粒物的来源如：火山爆发喷发的大量的火山灰，森林大火或裸露的煤炭大火及沙尘暴事件都将会将大量细颗粒物输送到大气层中。
其中有三种源：固定燃烧源、工业过程源和流动源，这三类统称为人为源。固定源主要来源是燃料的燃烧源，例如各种工业加工过程中的供热如（工业发电、冶金制造、石油开发利用、化学品、纺织印染等）以及餐厨烹饪过程中使用的燃煤、燃气或燃油排放的烟尘。流动源包括了各类交通工具在运行工程中使用燃料时向大气中排放的尾气。
其中固定源中工业供热占了其中一部分比例，固定燃烧源燃烧例如工业锅炉、热电厂，利用燃料燃烧时产生的热量，为发电、工业生产和生活提供热能和动力的燃烧设备。固定燃烧源的第一部分主要包括热能、电力、工业和民用四个部门；第二部分主要包括生物质、煤炭、各种气体和液体燃料；第三部分下则涵盖了各种具体的燃烧设备。
工业过程源主要是指工业制造过程中，对工业原料进行物理和化学转化为目的的工业设备。各类型的建筑材料、工业有色冶金、钢铁生产和化工加工这四种行业类型为工业过程源的第一级分类；对上述行业的各种产品为第二级分类；产品制造的主要工艺技术和设备工业过程源的一次为第三级分类。PM2.5的排放主要有两个部分：1、有组织排放，有组织排放四级分类主要包括五种污染控制技术以及无除尘设施的情况，如袋式除尘、普通电除尘、高效电除尘、湿式除尘、机械式除尘等。2、另一种则为无组织排放，无组织排放的第四级分类包括无控制、一般控制和高效控制三种。
流动源为能够移动、运载各种客货交通设施和机械设备。流动源共分为五种污染控制水平，道路流动源和非道路流动源两个部分为第一级分类；燃料类如汽、柴油、燃料油、天然气、液化石油气等类型为第二级分类；各种类别的机动车、非道路交通工具和机械等为第三级分类。道路流动源的第四级分类包括无控、国Ⅰ、国Ⅱ、国Ⅲ和国Ⅳ共五种污染控制水平；非道路流动源均按无控情况处理。
根据对工业区域的PM2.5形成的研究，污染来源主要来源为：第一、工业生产和加工过程中由原料经过加工工业设备形成的有组织或者无组织排放。第二、生产加工过程中使用的燃料燃烧。第三、大型柴油载货车辆、黄标车高污染排放尾气。第四、其他形式排放污染物。
1.1.3PM
化学组成结构形式
2.5
PM2.5的化学组成结构形式十分复杂，其中包括时间和空间的不同，化学成分包括无机成分、有机成分、微量金属元素、元素碳(EC)、生物物质(细菌、病菌、霉菌等)等。因为颗粒物的来源不同以及化学组成不同，因此颗粒物的化学组成可用来进行颗粒物的来源分析。
有机碳(OC)和元素碳(EC)是大气中含碳粒子主要的组成的部分，有机碳是细颗粒物中组分含量最高的部分，而元素碳的化学结构形态就好像不纯的石墨。
1.1.4PM
的危害
2.5
从PM2.5的体积来讲，对于公众的一般观念来讲感觉危险物越大，危险系数就大一分，其实不然从颗粒物的体积来讲越是微小其实对人体以及对环境造成的
危害越大，颗粒物粒径在2.5-10微米之间，可以被鼻腔部绒毛阻挡且痰液可将颗粒物排出体外，所以相对而言对人体健康危害相对较小;而颗粒物粒径在 2.5微米以下的细颗粒物，因为过于细小，鼻腔部绒毛以及人体的自然过滤系统都无法阻挡过滤，导致其深入到人体呼吸道细支气管的末端和进入肺泡，干扰肺部正常的运作有碍气体交换，容易引发包括肺部的哮喘、各类快慢支气管炎，严重的诱发心血管病等各方面的疾病。大气颗粒物的危害不言而喻即可严重危害人类身体健康同时也造成全球气候城市能见度的降低。
近几年由于PM2.5所引发的环境事件屡有发生，特别是在工业较为发达的区域或大中型城市，它危害也为大家所熟知，广大群众和有关部门对环境的重视及治理力度日渐加大，日常重视PM2.5浓度的情况，深入开展关于PM2.5的监测和研究工作势在必行。
1.2国外研究现状
现如今，PM2.5是各个发达以及发展中不可避免的问题，欧洲以及美国等早在几十年前就开展了对PM2.5的污染特征、排放清单、排放特征谱、源解析以及细颗粒物对空气的能见度和人体健康影响等方面进行了大规模的研究。其中Sawant等[2]在美国加州地区南部空气污染最严重Mira Loma等地区对PM2.5污染物化学组成进行研究，研究表明该地区PM2.5的浓度远远高于其他美国地区。在某一地区，PM2.5及其二次粒子的前体物的浓度被这个地区的地区源以及地区的区域性源的排放与气象条件所影响；一座中等城市的主城区与周边的郊区、农村地区对比，主城区一次颗粒物(EC，OC)的浓度要远远比周围郊区以及农村地区高，而二次颗粒物在地区性的空间分布上相对均匀；PM2.5的浓度随着春夏秋冬的不同但却有规律的变化。通常不同地区的PM2.5与PM10的质量浓度比有所不
同，一般而言在二分之一与五分之四之间；从季节性上讲，这一比率夏季要略低于秋季的。在PM2.5排放清单研究方面，CARB委员会对排放源清单研究的更加的深入，1982年统计的一次排放源清单达70余种之多，为了更加细分排放源清单，所以在之前的基础上又于1987年进一步分出了455种。CARB因为排放特征的不同将城市TSP，PM10，PM2.5的一次排放源划分为4大类：第一类是移动源排放；第二类是固定源的燃烧过程排放，第三类是固定源的工业过程排放，第四类是无组织排放。在一座城市的城区区围，对PM2.5的浓度有重要的贡献的主要为气溶胶类物质(SO x，NO x，NH3，VOC s，CO)的排放，甚至比一次源的贡献还要大。大体上一致的主要是气态污染物的排放源与一次粒子的排放源（最显著的区别是道路源和建筑活动源基本不排放气态污染物），但是在某些情况下还是存在显著的差异比如其排放特征和排放水平。欧洲以及美国的科研人员对地壳物质、固定以及移动排放源等在PM2.5源排放特征谱的研究方面，研究较为全面的是对污染源的排放特征，并建立了用于源解析研究和建立解析源研究排放特征的谱库。
在中国对于PM2.5颗粒物的研究起步相对较晚，前期的工作主要是分析PM2.5浓度与气象的关系。中国的API却没有把PM2.5纳入监测之列。直到近些年，工业生产相对比较集中的华北地区因PM2.5占到了整个空气悬浮颗粒物重量的大半。直到2013年雾霾天气的爆发，直接影响了京津冀地区，才引起人们的警觉，国PM2.5的研究工作才越来越受到重视。PM2.5对光的散射作用比较强，在不利的气象条件下更容易导致灰霾形成。在09年年初伊始，我国的环保部门从1月至12月对国大中小各类型城市包括（天津、、、、）进行了灰霾天的试点监测，结果显示，各试点城市均不同程度的产生了灰霾天气；其中天津灰霾天占全年天
气的15%，为30%天，35%天，33%天，37%天。而我国细颗粒物污染与全球围的各大主要城市的大气污染物现状对比情况依然严峻，加拿大科学家在2010年利用太空的卫星测量数据技术通过电脑计算机绘制的信息制作的地图展示了2001年至2006年全球平均PM2.5分布情况，地图显示，越是城市的经济十分发达，人口较为集中的区域，随之产生的细颗粒物的浓度就越高。近几年随着空气污染问题的日益严重，国对于PM2.5的研究越来越重视，也取得了一定的成果，但是大部分研究都是集中在、、珠三角和天津地区，市对于PM2.5的研究还比较少，而且目前国针对PM2.5的研究大多局限于宏观区域上，缺乏对于具体问题和具体区域对象的深入研究，由于在近代中国在工业化进程中与欧美相比，无论是基础工业设备或者法律制度都存在不小的差距，我们必须认清中国许多的乡镇企业经营者学识较浅，环境保护意识薄弱，所建厂房大多建设在原有自用土地上布局比较分散，规模呈现作坊式较多且未经合理规划，未经“环保三同时”制度实施。设备技术落后，设备旧问题较突出，多涉及造纸、印染、建材、化工及金属冶炼等粗加工行业多为重污染由于欧美在发展过程中淘汰转移进入中国。企业决策者往往多注重眼前的经济效益，选址盲目，乱占耕地，滥垦乱伐，致使山林、耕地遭到毁坏，资源利用率低下，忽视长远的环境和社会效益。
1.3本文研究的容及意义
1.3.1本文研究的容及技术路线
第一章：绪论主要针对PM2.5的概念进行分析阐述本文的研究背景、研究意义及国外研究情况。
第二章：对大气污染来源进行解析，对市工业区PM2.5、SO2、NO2、CO、O3进行了连续的数据收集，为后面的章节做铺垫。
第三章：联合多重分型理论，根据对PM2.5采集数据的分析，主要分析了样品中有机碳OC、元素碳EC、水溶性离子及无机元素等微量元素。分析了市PM2.5化学组成特性，对市工业区各类机动车尾气和工业生产燃煤的PM2.5年排放量进行了估算，分析了各类型柴油车和汽油车对PM2.5的影响。基于对数据采集的分析，提出形成PM2.5的主要原因问题及如何降低PM2.5的对策分析。
第四章：总结全文，以及对以后工作的展望。
图1-1技术路线