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天津市公交车站微环境PM10暴露研究及健康风险评估

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摘要

第一章 引言

第一节 研究背景

1.1.1 我国城市道路交通环境大气污染

1.1.2 机动车尾气中可吸入颗粒物的危害

第二节 国内外研究进展

1.2.1 道路交通徽环境空气污染的研究现状

1.2.2 道路交通微环境数值模拟研究

1.2.3 机动车尾气污染物的健康风险评估

第三节 研究意义和内容

1.3.1 研究意义

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

第二章 暴露采样与样品分析

第一节 微环境采样

2.1.1 实验材料

2.1.2 采样点位与采样时间

2.1.3 实验方案

第二节 样品分析

2.2.1 质量浓度分析

2.2.2 元素分析

2.2.3 水溶性无机离子分析

2.2.4 碳组分分析

2.2.5 有机组分分析

第三章 公交车站微环境PM10暴露研究

第一节 暴露浓度研究

第二节 暴露时间研究

第三节 PM10样品成分分析结果

3.3.1 元素分析结果

3.2.2 水溶性离子分析结果

3.2.3 碳分析结果

3.2.4 有机分析结果

第四章 公交站微环境PM10数值模拟

第一节 CFD数值模拟技术

4.1.1 CFD概述

4.1.2 FLUENT软件概述

第二节模拟描述与模型假设

4.2.1 模拟描述

4.2.2 模型假设

第三节 几何模型与网格划分

4.3.1 几何模型描述

4.3.2 网格划分

第四节 数学模型

4.4.1 气相流场的求解

4.4.2 颗粒运动的求解

4.4.3 相间耦合

第五节 数值模拟过程

4.5.1 气相流体数值模拟过程

4.5.2 颗粒相数值模拟过程

第六节 数值模拟结果及分析

4.6.1 速度对颗粒轨迹的影响的数值模拟结果

4.6.2 速度方向对颗粒轨迹的影响的数值模拟结果

4.6.3 高度对颗粒轨迹的影响的数值模拟结果

第五章 公交车站微环境颗粒物暴露健康风险分析

第一节 苯并[a]芘等效致癌浓度的计算

第二节 PAHs的苯并[a]芘等效致癌风险

第六章 总结与展望

第一节 主要研究结论

第二节 研究不足与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

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摘要

城市交通体系中公共交通有着非常重要的地位。公共汽车以柴油为燃料,比一般机动车使用的时间长,因此排放的尾气中颗粒物浓度也较高。尤其在上下班时段,各道路上人群密度较大,在公交车站候车的人群在候车过程中,吸入大量的机动车尾气污染物。机动车排放的尾气是城市空气污染的主要来源之一。可吸入颗粒物(PM10),作为机动车尾气的重要组成物质之一,含有多环芳烃等多种有毒有害成分,对人体的健康造成不良影响。
  本研究于2012年9月在天津市城市交通密集区(八里台、海光寺公交车站)采集可吸入颗粒物(PM10)样品,并对采集的样品进行质量分析和各种组分分析。应用流体力学软件,针对八里台公交车站微环境建立几何模型,使用离散相模型模拟该微环境内颗粒物的运动轨迹。在此基础上,针对公交车站候车的成年人群,应用美国EPA开发的电子数据库IRIS(Integrated Risk Information System),对可吸入颗粒物中检测到的有机组分多环芳烃(PAHs)进行健康风险评估。
  结果表明,两车站的PM10暴露浓度均值分别为(279±63.7)μg/m3和(335±60.0)μg/m3,均显著高于我国规定的日平均二级浓度限值150μg/m3。Si、Ca、Al、Fe、Mg、K、Na、Ti是两站平均质量浓度大于1μtg/m3的元素。水溶性离子分析结果显示Ca2+、SO42-的平均质量分数较高。八里台站的PM10暴露中OC、EC质量浓度范围分别为29.9-63.9μg/m3、4.92-18.6μg/m3,海光寺站PM10暴露中OC、EC质量浓度范围分别为30.8-68.5μg/m3、8.40-27.5μg/m3。两站的总多环芳烃质量浓度分别为(219±98.5)ng/m3、(171±52.7)ng/m3。
  应用流体力学软件FLUENT对八里台公交车站微环境颗粒物运动进行数值模拟。模拟结果显示,候车人群附近较其他部位相比,颗粒迹线较密,说明颗粒物浓度较高。
  多环芳烃致癌健康风险评估结果显示,两站的致癌风险分别为2.47×10-7、1.75×10-7,低于美国EPA所认可的可接受风险范围(10-6~10-4)。

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