城市道路灰塵PGEs累積特征及影響機(jī)制.pdf

1、長期以來,人們對(duì)鉑(platinum,即Pt)及鉑族元素(the platinum group metals,即PGEs)的毒性并非十分明確,一直認(rèn)為它們是無毒的,但近幾年的研究表明,PGEs及它們的化合物是一類高發(fā)生率的致敏物,部分PGEs化合物還具有致癌效應(yīng),能以很低的含量對(duì)微生物產(chǎn)生影響。為了治理汽車尾氣污染,Pt、Pd、Rh被作為催化劑廣泛用于汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器(VehicleExhaust Catalysts,即VECs)裝置

2、。雖然VECs在凈化空氣方面功不可沒,但在凈化尾氣的同時(shí),PGEs顆粒物隨尾氣排放出來,成為一種新的環(huán)境污染源。機(jī)動(dòng)車PGEs排放帶來的環(huán)境問題已成為近年來歐美發(fā)達(dá)國家十分關(guān)心的問題,而我國對(duì)此方面的研究還涉及較少。
　　為此,論文選擇上海市為主要研究區(qū),以PGEs為研究對(duì)象,分析和探討了上海市道路灰塵PGEs時(shí)空累積特征、建立了城市典型道路(城市快速干線、城市主干道、城市次干道、郊區(qū)高速、郊區(qū)公路)灰塵PGEs的分布模型,揭示P

3、GEs地表累積過程、遷移轉(zhuǎn)化過程及影響機(jī)制,對(duì)道路環(huán)境PGEs進(jìn)行人為污染程度評(píng)價(jià),提出PGEs污染的防治對(duì)策。論文取得的主要認(rèn)識(shí)與結(jié)論如下:
　　上海市內(nèi)環(huán)—中環(huán)區(qū)間的道路灰塵PGEs含量最高,從此區(qū)域分別往城區(qū)內(nèi)和城區(qū)外,PGEs含量逐漸降低,至郊區(qū)(外環(huán)-郊環(huán))道路,灰塵PGEs含量達(dá)到最低;除次干道Pt濃度高于主干道外,其他類型道路PGEs平均濃度水平均表現(xiàn)為:快速路(包括環(huán)線)＞主干道＞次干道＞高速公路＞郊區(qū)公路;車流量

4、、車速、車輛行駛特征及高污染車輛限行范圍對(duì)道路灰塵PGEs含量影響深刻。
　　上海市道路灰塵PGEs比例與Ely等的研究結(jié)論有不符現(xiàn)象,VECs不同發(fā)展階段中PGEs比例結(jié)構(gòu)發(fā)生改變是主要致因;PGEs間相關(guān)性很好,說明道路灰塵PGEs來源相同,且均來源于汽車VECs;同為交通污染排放的元素,Cr與PGEs的相關(guān)性很好,Cu與PGEs之間有一定相關(guān)性,Zn只與Pt有相關(guān)性,而Pb與PGEs都沒有相關(guān)性,Pb、Zn為汽車催化劑毒物是

5、主要原因。
　　灰塵和土壤PGEs含量表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化:PGEs含量在春夏季節(jié)低,秋冬季節(jié)高;降雨量對(duì)灰塵和土壤PGEs的季節(jié)變化起了重要的影響作用;土壤PGEs受季節(jié)風(fēng)向變化的影響很小,郊區(qū)道路灰塵PGEs受季節(jié)風(fēng)向變化影響明顯,而市區(qū)道路灰塵PGEs受季節(jié)風(fēng)向變化影響微弱,市區(qū)高大建筑物減弱了風(fēng)速是主要致因;2007年上海市道路灰塵PGEs高于2003年,Rh、Pd、Pt年均增長率為11％-19%,與上海市機(jī)動(dòng)車保有量的年

6、均增長狀況相吻合。
　　如以道路1.5-1.6 km長度為單位,主干道、次干道及快速路灰塵PGEs的分布呈波浪型;兩端為路口的郊區(qū)公路,灰塵PGEs的分布呈“(?)”半圓弧型;一端為收費(fèi)口的高速公路,灰塵PGEs分布呈“(?)”折線型;車輛行駛特征的差異是造成典型道路PGEs分布模式不同的主要原因;主干道、次干道及快速路路口PGEs含量不一定高于遠(yuǎn)離路口的位置,頻繁的怠速和加減速使得遠(yuǎn)離路口的地方也常出現(xiàn)怠速是主要原因;高速公路及

7、郊區(qū)公路路口(或收費(fèi)口)PGEs含量往往高于遠(yuǎn)離路口處;高速公路及郊區(qū)公路車流量都較大,但灰塵PGEs含量并不高,車流中許多車輛未安裝VECs,PGEs總排放量小是主要原因。
　　大風(fēng)和降雨對(duì)PGEs的增長具有明顯的抑制作用;連續(xù)降雨后,PGEs濃度與負(fù)荷達(dá)到下限值,繼續(xù)降雨,PGEs濃度及負(fù)荷不再降低;連續(xù)干燥無大風(fēng)天氣會(huì)使PGEs濃度與負(fù)荷達(dá)到上限值,若天氣繼續(xù)保持無雨無大風(fēng),兩值不會(huì)再上升,變化趨于和緩;PGEs累積過程符合

8、Sigmoidal曲線,與重金屬等其他污染物的累積過程相似。
　　道路灰塵PGEs在125-63μm的粒徑部分含量最高;其次是＜63μm的粒徑部分,1000-500μm粒徑部分占總量的比值最低;Rh、Pd、Pt粒徑效應(yīng)很明顯,且完全相同,其中,Pd和Pt的粒徑效應(yīng)要更明顯于Rh;國外很多研究都假定PGEs含量在＜63μm的粒徑部分含量最高,由此選用＜63μm的粒徑部分含量進(jìn)行PGEs富集率及其他研究,因此,這些研究很可能都低估了環(huán)

9、境中PGEs的含量水平。在灰塵-雨水口-受納水體的遷移路徑中,PGEs含量表現(xiàn)為:道路灰塵＞雨水口沉積物＞河流沉積物,Cd、Cu、Pb與PGEs表現(xiàn)出相同的遷移特征;Pd的可溶性強(qiáng)于Rh和Pt,導(dǎo)致雨水口Pd含量降低,Pt/Pd升高;河流沉積物中Pt/Pd降低,河流接納了含Pd量較大的污水廠污水可能是主要原因。在灰塵-土壤-植物的遷移路徑中,PGEs含量表現(xiàn)為:灰塵＞土壤＞植物;路邊植物對(duì)道路灰塵PGEs吸附能力表現(xiàn)為Pt＞Pd＞Rh,

10、其中,對(duì)Pt、Pd吸附作用非常明顯,而對(duì)Rh幾乎不存在吸附作用;路邊植物對(duì)土壤PGEs的吸收能力為Pd＞Rh＞Pt,Pd的生物有效性最大;土壤剖面中,Rh與Pd分布規(guī)律很相似,都表現(xiàn)為隨深度增加,含量逐漸降低的特征,而Pt最高值并沒有出現(xiàn)在最表層,而是出現(xiàn)在距地面2-5 cm的位置。河流因有其他來源PGEs匯入,導(dǎo)致河流沉積物PGEs比例不同于其它環(huán)境介質(zhì)。除此之外,在整個(gè)城市環(huán)境的遷移循環(huán)過程中,PGEs比例比較穩(wěn)定,所有介質(zhì)PGEs

11、比例范圍都很接近或出現(xiàn)重合現(xiàn)象。上海市各種介質(zhì)中(除河流沉積物外)Pt/Pd和Pt/Rh均低于國外同類研究,但卻與2000—2002年VEC中PGEs比例很接近甚至重合,VECs類型變化及使用歷史是決定因素。上海市道路灰塵Rh、Pd、Pt平均含量分別為27.68 ng/g、107.1 6 ng/g、34.59 ng/g,分別是是參照點(diǎn)的18.28(Rh)、11.06(Pd)、65.54(Pt)倍,超過地殼豐度值兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上和其他國家的

12、城市相比,Pd含量處于較高水平,而Pt與Rh含量處于較低水平;Rh、Pd、Pt平均CER值分別為17、＞40、＞40水平,為顯著人為影響、非常強(qiáng)烈人為影響、非常強(qiáng)烈人為影響。路邊土壤Rh、Pd、Pt平均含量分別為8.84 ng/g、29.92 ng/g、12.82 ng/g,是參照點(diǎn)的5.61(Rh)、9.62(Pd)、20.55(Pt)倍,超過地殼豐度值兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上;和其他國家的城市相比,Pd含量處于較高水平,Rh含量水平居中,而P

13、t處于較低水平;Rh、Pd、Pt平均CER值分別為6、9、20,為顯著人為影響、顯著人為影響及非常強(qiáng)烈人為影響。路邊植物Rh、Pd、Pt平均含量分別為2.82 ng/g、6.32 ng/g、0.65 ng/g,均高于參照點(diǎn)植物;與同類研究比較,Rh和Pd的含量較高,而Pt含量幾乎達(dá)到了最低水平。道路環(huán)境PGEs主要防治對(duì)策有:通過用Pd代替Rh和Pt、采用非貴金屬催化劑等手段調(diào)整TWCs的組成,從源頭防治PGEs污染;通過限速、限制最長