3.7 土壤中 PAHs 濃度與逸散分佈
表 3-12 為採樣期間臨海汙染源地區與內陸少汙染源地區的三個 批次土壤中之 29 種 PAHs 平均濃度,可發現臨海汙染源地區除 ANTHN 之外,其他 PAHs 皆有分析得到濃度值,而內陸少汙染源地 區約分析得到 20 種 PAHs 化合物,顯示兩地區間土壤存在差異性,
而採樣期間臨海汙染源地區與內陸少汙染源地區的三個批次土壤中 之總 PAHs 平均濃度如圖 3-26,可觀察到兩地區間土壤中 PAHs 濃度 差異極大,除第二批次臨海地區約為內陸地區的 12 倍之外,其他二 批次皆差距 20 倍以上,顯示空品不佳的情況會導致土壤中 PAHs 總 濃度降低,相關原因值得後續探討深入研究。
圖 3-26 採樣期間兩地區三個批次土壤中之總 PAHs 平均濃度
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
濃度
(ng/ g)
採樣地點
- 66 -
- 67 -
本計畫嘗試利用逸散比值來探討土壤與氣態 PAHs 濃度在氣/固 相間之分佈,藉以判別其於氣相或固相中所佔比例之高低,當 fSoil/fAir
比值>1 時為 PAHs 大多存在於土壤中且容易揮發至大氣中;比值<1 為其多存在於大氣中且會沉降、吸附至土壤中;而比值等於 1 則為 PAHs 在土壤與大氣間分佈達平衡。經過計算後將三個批次的逸散分 佈作圖,如圖 3-27 所示,可觀察出三個批次 PAHs 的 logfS/logfA比值 皆為臨海地區較內陸地區為高,說明在 PAHs 濃度在氣/固相間之分 佈,以臨海地區較接近平衡,然兩個地區的比值皆<1,顯示臨海汙 染源地區以及內陸少汙染地區,目前大氣環境中的 PAHs 在土壤與大 氣間分佈未達平衡,多存在於大氣中沉降、吸附至土壤中之狀態。
- 68 -
- 69 -
第四章 總 结
各地區之風速值皆為日間高於夜間之趨勢;在風向的部分,
採樣期間顯示各地區日夜間風向皆以西南西與南南東為主,內陸城市 地區夜間多為靜風狀態。林內地區可能氣流風向受到鄰近山勢以及地 形的影響,日間夜間仍呈現明顯之海陸風。整體而言,日間的 PM2.5
平均質量濃度最高值為內陸城市地區於第三批次採樣分析值(44.95 μg/m3),夜間最高值為臨海工業汙染地區於第二批次採樣分析值 (66.04 μg/m3),當空品較差時,其 PM2.5卻在夜間時出現高濃度的結 果,其成因有待往後更多監測與分析結果進行確認以及後續持續監測 分析為佳。日間的 TSP 平均質量濃度最高值為臨海工業汙染地區於 第二批次採樣分析值(206.8 μg/m3),夜間最高值為內陸城市地區於第 二批次採樣分析值(153.4 μg/m3),當空品較差時,其 TSP 濃度值均會 提高,可能較第一批次颱風多雨季節分析濃度值的 3 至 5 倍以上,TSP 平均濃度無隨著採樣區域愈靠近內陸有愈高的趨勢,有可能是因為總 懸浮微粒為 100 μm 以下之微粒總和,其微粒重量較重因素,無法隨 著風速而隨之移動,故 TSP 日間與夜間平均濃度皆為臨海工業汙染 地區高於內陸城市地區。
採樣期間兩地區 PM2.5中 PAHs 之各批次日間與夜間平均濃度發
- 70 -
現各批次於日間或夜間的 PAHs 濃度幾乎為臨海工業汙染地區高於內 陸城市地區,可能因鄰近眾多排放源之因素而導致, PM2.5微粒中幾 乎 29 種 PAHs 化合物都有分析出,顯示臨海工業汙染地區有著大量 汙染來源,必須加以重視為佳,I-PAHs 夜間平均濃度皆為內陸城市 地區高於臨海工業汙染地區,可能因為白天海風吹拂傳輸,以及夜間 因溫度較低,導致 PAHs 化合物自氣相轉換至固相所致。兩地區 TSP 中 PAHs 之各批次於日間或夜間的 PAHs 濃度多為臨海工業汙染地區 高於內陸城市地區,也發現日間 PAHs 平均濃度均高於夜間之結果,
各批次的 I-PAHs 夜間平均濃度,除第三批次外,皆為夜間高於日間 的情形。氣態 PAHs 主要組成以 NAP 與 Me-NAP 為主,佔 95%以上,
分子量較大的 PAHs 化合物較不易被分析得到,說明氣態 PAHs 組成 以低分子量的 PAHs 化合物為大宗,高分子量的 PAHs 不易形成氣態 存在大氣中,且氣態 PAHs 日間平均濃度皆高於夜間平均濃度,顯示 日間較易受到人為活動因素影響。三個批次土壤中之總 PAHs 平均濃 度顯示兩地區間土壤中 PAHs 濃度差異極大,除第二批次臨海地區約 為內陸地區的 12 倍之外,其他二批次皆差距 20 倍以上,顯示空品不 佳的情況會導致土壤中 PAHs 總濃度降低。
兩個地區懸浮微粒中 PAHs 污染來源之特徵比值分佈方面,內陸 城市地區在 TSP 微粒中日間與夜間 PAHs 特徵比值比較上,可發現日
- 71 -
間分佈傾向工業排放與汽柴油混合燃燒之結果,夜間分佈則多為汽柴 油混合燃燒之結果;臨海汙染源地區於 PM2.5 與 TSP 特徵比值則多 分佈於工業排放與汽柴油混合燃燒之結果。藉由場發射掃描式電子顯 微鏡觀察推論空氣中能被風承載傳輸的顆粒粒徑大小為 50 μm 粒徑 以下;臨海汙染源地區與內陸少汙染地區經採樣的 PM2.5 濾紙顆粒=
經 EDS 元素分析發現於低濃度時元素多為相近,然臨海地區在高濃 度時分析出的元素為 C、O、Si、S、Fe、Na、Mg 與 S,和內陸地區 分析出的元素(C、O、Si、Al 與 Ca)不盡相同;此外臨海地區採集 的低濃度 TSP 濾紙顆粒經 EDS 元素分析有 C、O、Si、Na、K、Mg、
Al、Fe 與 Cl,而內陸地區採集的低濃度 TSP 濾紙顆粒為 C、O、Si、
Na、K、Mg、Al、S、Br 與 Cl;高濃度的 TSP 採樣濾紙經分析後,
臨海地區有 C、O、Si、Na、K、Mg、Al、S、Ca 與 Cl,而內陸地區 為 C、O、Si、Na、K、Mg、Al、S、Ca 與 Fe 等元素。
臨海汙染源地區各個批次的日間與夜間 logKp–logPLo分佈圖顯示 第三批次的斜率最高,日間與夜間的斜率分別為-0.744 與-0.763,內 陸少汙染地區其斜率分別為-0.659 與-0.667,較為接近平衡狀態。在 logKp–logKoa 分佈方面,臨海汙染源地區第三批次的斜率為各個批次 中最大值,日間與夜間的斜率分別為 0.729 與 0.785,顯示夜間時段 的高分子量 PAHs 較多,低分子量的 PAHs 較少,較為接近平衡狀態,
- 72 -
第二批次可能受到風速較大的因素而導致 PAHs 平衡狀況降低。內陸 少汙染地區第三批次的斜率仍為各個批次中最大值,日間與夜間的斜 率分別為 0.756 與 0.715,顯示日間時段其高分子量的 PAHs 較多,低 分子量的 PAHs 較少,較為接近平衡狀態,第二批次可能受到風速較 大的因素而導致高分子量 PAHs 降低,低分子量的 PAHs 增加,使得 PAHs 平衡狀況降低。由將三個批次的逸散分佈圖可觀察出三個批次 PAHs 的 logfS/logfA比值皆為臨海地區較內陸地區為高,說明在 PAHs 濃度在氣/固相間之分佈,以臨海地區較接近平衡,然兩個地區的比 值皆<1,顯示臨海汙染源地區以及內陸少汙染地區,目前大氣環境 中的 PAHs 在土壤與大氣間分佈未達平衡,多存在於大氣中沉降、吸 附至土壤中之狀態。
- 73 -
參 考 文 獻
1. Li,B., Feng,C., Li,X., Chen,Y., Niu,J., Shen, Z., 2012. Spatial distribution and source apportionment of PAHs in surfcial sediments of the Yangtze Estuary, China. Marine Pollution Bulletin 64:636-643.
2. Yang, H.H. and Chen,C.M.,2004. Emission inventory and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons in the atmosphere at a suburban area in Taiwan. Chemosphere 56:879-887.
3. Zandere, M., 1985. Physical and Chemical Properties of Polycyclic
Aromatic Hydrocarbons. Marcel Dekker Inc.
4. Keller, C.D., Bidleman, T.F., 1984. Collection of airborne polycyclic aromatic hydrocarbons and other organic with a glass fiber filter-polyurethane foam system.
Atmospheric Environment
18:827-845.5. Nishioka, M.G., Lewtas, J., 1992. Quantification of nitro- and hydroxylatednitro-aromatic/polycyclic aromatic hydrocarbons in selected ambient air daytime winter sample. Atmospheric
Environment 26: 2077-2087.
6. Hecht, S.S., 1988. Potential carcinogenic effects of polynuclear aromatic hydrocarbons and nitro-aromatic in mobile and public health. Environmental Science &Technology, 555-567.
7. Behymer, T.D., Hites, R.A., 1985. Photolysis of polycyclic aromatic hydrocarbons adsorbed on simulated atmospheric particulates.
Environmental Science &Technology 19:1004-1006.
8. Barron, M.C., 1990. Bioconcentration. Environmental Science &
Technology 24:1612-1618.
9. Oliver, B.G., Nilmi, A.J., 1998. Trophodynamic analysis of polychlorinated biphenyls congeners and other chlorinated hydrocarbons in the Lake Ontario. Environmental Science &
Technology 4:388-397.
10. 張碧芬、袁紹英,多環芳香烴化合物之環境流佈及其生物分解,
環境檢驗通訊雜誌,第22期。
11. Ravindra, K., Sokhi, R., Grieken, R.V., 2008. Review: atmospheric polycyclic aromatic hydrocarbons: source attribution, emission
- 74 -
factors and regulation. Atmospheric Environment 42, 2895-2921.
12. Ravindra, K., Wauters, E., Van Grieken, R., 2008. Variation in particulate PAHs levels and their relation with the transboundary movement of the air masses. Science of the Total Environment 396, 100-110.
13. Yang, H.H., Lee, W.J., Chen, S.J., Lai, S.O., 1998. PAH emission from various industrial stacks. Journal of Hazardous Materials 60, 159-174.
14. Kong, S., Shi, J., Lu, B., Qiu, W., Zhang, B., Peng, Y., Zhang, B., Bai, Z., 2011. Characterization of PAHs within PM10 fraction for ashes from coke production, iron smelt, heating station and power plant stacks in Liaoning Province, China. Atmospheric Environment 45, 3777-3785.
15. Neff, J.M., 1979. Polycyclic aromatic hydrocarbons in the aquatic environment, sources, fates, and biological effects. Applied Science262.
16. Yunker, M.B., Macdonald, R.W., Vingarzan, R., Mitchell, R.H., Goyette, D., Sylvestre, S., 2002. PAHs in the Fraser River basin: a critical appraisal of PAH ratios as indicators of PAH source and composition. Organic Geochemistry 33:489-515.
17. Pyyssalo, H., Tuominen, J., Wickstrom, K., Skytta, E., Tikkanen, L., Salomaa, S., Sorsa, M., Pohjola, V., 1987. Polycyclic organic material (POM) in urban air Fractionation, chemical analysis and genotoxicity of particulate and vapor phase in an industrial town in Finland. Atmospheric Environment 21:1167-1180.
18. Budzinski, H., Jones, I., Bellocq, J.,Pièrrard, C., Garrigues, P., 1997.
Evaluation of sediment contamination by polycyclic aromatic hydrocarbons in the Gironde estuary. Marine Chemistry 58:85-97.
19. Yamasaki, H., Kawata, K., Miyamoto, H., 1982. Effects of ambient temperature on aspects of airborne polycyclic aromatic hydrocarbons.
Environmental Science & Technology 16:189-194.
20. Pankow, J.F., 1987. Review and comparative analysis of the theories on partitioning between the gas and aerosol particle in the atmosphere. Atmospheric Environment 21:2275-2283.
21. Pankow, J.F., 1991. Common y-intercept and single compound regressions of gas-particle partitioning data vs 1/T. Atmospheric Environment 25:2229-2239.
22. Pankow, J.F., 1994. An absorption model of gas/particle partitioning
- 75 -
of organic compounds in the atmosphere. Atmospheric Environment 28:185-188.
23. Pankow, J.F., 1998.Further discussion of the octanol/air partition coefficient Koa as a correlating parameter for gas/particle partitioning coefficients. Atmospheric Environment 32:1493-1497.
24. Bidleman, T.F., Billings, W.N., Foreman, W.T., 1986. Vapor-particle Partitioning of semi-volatile organic compounds: Estimates from Field collections.
Environmental Science and Technology20:1038-1043.
25. Mackay, D., Borba, A., Shiu, W.Y., 1982. Relationships between Aquesous Solubility and Octanol-Water Partition Coefficients.
Chemospheres 9:701-711.
26. Hinckley, D.A., Bidleman, T.E., Foreman, W.T., 1990.
Determination of Vapor Pressures for Nonpolar and Semipolar Organic Compounds from Gas Chromatographic Retention Data.
Journal of Chemical. Engineering. Data 35:232-237.
27. Ma, W.L., Sun, D.Z., Shen, W.G., Yang, M., Qi, H., Liu, L.Y., Shen, J. M., Li, Y. F., 2011. Atmospheric concentrations, sources and gas-particle partitioning of PAHs in Beijing after the 29th Olympic Games. Environmental Pollution 159:1794-1801.
28. Demircioglua, E., Sofuoglub, A., Odabasia, M., 2011. Particle-phase dry deposition and air–soil gas exchange of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Izmir, Turkey. Journal of Hazardous Materials186:328–335.
29. Harrison, R.M., Tilling, R., Callén Romero, M.S., Harrad, S., Jarvis, K., A study of trace metals and polycyclic aromatic hydrocarbons in the roadside environment. Atmospheric Environment 2003, 37, 2391-2402.
30. Schwartz, J., Dockery, D.W., Neas, L.M., 1996. Is daily mortality associated specifically with fine particles? Journal of the Air and Waste Management Association 46, 927–939.
31. Broday, D.M., Georgopoulos, P.G., Growth and deposition of hygroscopic par-ticulate matter in the human lungs. Aerosol Science and Technology 2001, 34, 144–159.
32. Schroeter, J.D., Musante, C.J., Hwang, D., Burton, R., Guilmette, R., Martonen, T.B., Hygroscopic growth and deposition of inhaled secondary cigarette smoke in human nasal pathways. Aerosol Science and Technology 2001, 34, 137-143.
- 76 -
33. Wilson, W.E., Stockburger, L., Diurnal variations in aerosol composition and concentration in aerosols. Science, industry, health and environment, in Proceedings of the Third International Aerosol Conference, Kyoto, Japan, September 1990, S. Masuda and K.
Takahashi, (Eds.), 962–965.
34. Keywood, M.D., Aters, G.P., Gras, J.L., Gillett, R.W., Cohen, D.D., 1999. Relationship between size segregated mass concentration data and ultrafine particle number concentrations in urban areas.
Atmospheric Environment 33:2907-2913.
35. Offenberg J.H., Baker, J.E., 2002. The influence of aerosol size and organic carbon content on gas/particle partitioning of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).
Atmospheric Environment
36:1205-1220.36. Venkataraman, C., Thomas, S., Kulkarni, P., 1999. Size distributions of polycyclic aromatic hydrocarbons-gas/particle partitioning to urban aerosol. Journal of Aerosol Science 30:759-770.
37. IARC, 2012. Agents Classified by the IARC Monographs:1-105.
38. Cook, J.W., Hewett, C.L. and Hieger, I., 1933. The isolation of cancer-producing hydrocarbon from coal tar, part I, II and III. Journal of Chemical Society:395-421.
39. Collins, J., Brown, J., Alexeeff, G., Salmon, A., 1998. Potency equivalency factors for some polycyclic aromatic hydrocarbons and polycyclic aromatic hydrocarbon derivatives. Regulatory Toxicology and Pharmacology 28:45-54.
40. Denissenko, M.F., Pao, A., Tang, M.S., Pfeifer, G.P., 1996.
Preferential formation of benzo[a]pyrene adducts at lung cancer mutational hotspots in P53. Science274:430-432.
41. Peters, A., Klot, V.S., Heier, M., Trentinaglia, I., Hormann, A., Wichmann, H.E., Lowel, H., 2004.Exposure to traffic and the onset of myocardial infarction. New England Journal of Medicine 351:1721-1730.
42. Kuo C. Y., Chien P. S., Kuo W. C, Wei C. T., Rau J. Y., 2012.
Comparison of Polycyclic aromatic hydrocarbon emissions on gasoline and diesel-dominated routes. Environmental Monitoring and Assessment 185:5749-5761.
- 77 -
科技部補助計畫衍生研發成果推廣資料表
日期:2015/10/26
科技部補助計畫
計畫名稱: 探討多環芳香烴化合物在不同大氣環境下其氣固分佈現象與逸散平衡之情形 計畫主持人: 郭崇義
計畫編號: 103-2111-M-040-001- 學門領域: 大氣化學
無研發成果推廣資料
103年度專題研究計畫研究成果彙整表
成果項目 量化 名稱或內容性質簡述
成果項目 量化 名稱或內容性質簡述