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汞作为一种全球性环境污染物,大气环境中汞污染已日趋成为研究热点。本研究对上海市西南部的华东理工大学(ECUST)采样点进行气态总汞(TGM)和颗粒物中汞(PHg)采样,用金汞齐化-热解法和湿法消解法联合原子荧光分光光度法分别测定气态总汞与颗粒物中汞。对上海地区2006年、2008年和2011年三年降雪湿沉降中总汞和主要离子浓度特征进行测定及源解析,分析了油品中汞含量及柴油尾气中汞排放特征,研究了煤气化合成气与生物质燃烧烟气中汞排放特征。 结果表明本采样点气态总汞与颗粒物中汞都表现出明显的季节性规律,气态总汞浓度大小依次为冬季(14.52±8.25ng·m-3)>秋季(12.53±6.86ng·m-3)>春季(11.71±9.79ng·m-3)>夏季(6.64±4.95ng·m-3),颗粒物中汞浓度大小依次为秋季(0.38±0.09ng·m-3)>冬季(0.27±0.06ng·m-3)>春季(0.14±0.02ng·m-3)>夏季(0.11±0.02ng·m-3)。大气总汞与颗粒物中汞体积浓度的比值(TPM/TGM)比值也呈现出一定的季节变化:秋季(16.2±6.8%)>冬季(10.6±2.4%)>春季(3.1±1.4%)>夏季(2.8±0.5%)。多年的数据表明,气态总汞年平均浓度与能源消费总量(煤炭、原油、汽油、煤油、柴油、电力)、工业废气排放总量、燃料燃烧废气排放量呈现显著正相关性,说明大气总汞浓度与上述能源的消耗联系紧密。对典型霾污染情况下汞的污染特征及源解析进行研究,发现生物质燃烧和局地污染源引起的灰霾污染伴随着大气总汞浓度骤高的现象。 论文率先测定了2006年至2011年上海市降雪中总汞的空间分布特征以及与主要离子等成分的关系。研究表明,上海2006年、2008年和2010年三次降雪平均总汞浓度(平均值±相对偏差,中位数)呈现显著不同,大小依次为2006年(52.3±56.7ngL-1,50.9ngL-1)<2011年(165.6±173.0ngL-1,275.0ngL-1)<2008年(276.8±184.1ngL-1,114ngL-1)(F(2,115)=10.410,p值<0.0005))。酸性雪水样品(pH<7)的总汞浓度大约为碱性样品的2倍,说明酸性条件有利于雪对汞的捕集。结果还发现交通区和工业区雪样中总汞含量分别约为当地居民区的2倍和4倍。主成分分析和轨迹反演结果显示,影响上海雪水中汞沉降的不仅包括燃煤源,还包括生物质燃烧、交通、二次气溶胶等综合的贡献。 上海主要油品中汞含量大小依次为航空煤油(2.269±0.763ngmL-1)>柴油机油(1.952±0.451ngmL-1)>船用燃料(1.529±0.295ngmL-1)>汽油(0.410±0.048ngmL-1)>柴油(0.308±0.010ngmL-1)>润滑油(0.297±0.244ngmL-1)。在置信区间为95%时,三个加油站的同种型号汽油不存在显著差别,同一加油站不同标号汽油间也不存在显著差别。生物柴油中汞含量竟分别为汽油和柴油的3到4.3倍,不容忽视。实验测得的柴油燃烧烟气和生物柴油气化合成气中总汞的平均浓度分别为1459ngm-3和657ngm-3,都以Hg0为主。2011年期间,汽油、柴油、煤油和燃料油在交通运输行业消耗百分比分别为46%、61%、91%和37%。这些油品在交通运输行业的释汞总量为3398.2kg,占各个行业释汞总量的55%。其中,柴油释汞量所占比例最高,约为46%,其次为汽油(27%)、煤油(13%)和燃料油(11%)。生物柴油有着广泛应用前景,占交通运输燃料的比例日益上升,也应引起重视。 煤气化合成气中零价汞和二价汞平均浓度分别为980±206ngm-3和173±35ngm-3,分别占85%和15%。与煤燃烧时的氧化气氛不同,煤气化处于还原气氛,因此在煤气化过程中,汞的氧化作用相对受到抑制,因此煤气化合成气中Hg0所占比例(85%)要高于传统煤燃烧烟气的比例(31-66%)。 为研究不同种类生物质燃烧中汞的释放特征,本研究按照燃烧环境和燃料的不同,将生物质燃烧分为干燥圆木的堆烧(Pileburns)、以绿色枝叶和枯叶为主的林火(Underburns)、干燥圆木和枝叶混合的林火(Mixedpile/underburnburns)、干燥圆木的实验室木炉燃烧(Wooden-Logsinstoveburns)、枝叶在木炉的燃烧(Leaves&Duffinstoveburns)和居民取暖季节(2010年冬季和2011年冬季)进行的木材燃烧。实验证明,可利用PHg/TC和K+/TC比值这一组混合示踪物区别部分种类生物质燃烧的贡献:居民取暖燃烧产生的PM2.5中PHg/TC比值最高,绿色叶子的木炉燃烧PHg/TC比值最低,Underburns中的K+/TC比值最低。