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研究生:蔡勝塘
研究生(外文):Sheng-Tang Tsai
論文名稱:受體模式對大學校園總懸浮微粒污染源分析之應用研究
論文名稱(外文):The Application Study of the Receptor Model for the Sources and Characteristics of Total Suspend Particle in One School Campus
指導教授:江右君江右君引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
中文關鍵詞:總懸浮微粒粒狀物受體模式因子分析化學質量平衡法
外文關鍵詞:Total Suspended ParticulateTSPParticulate matterReceptor ModelFactor AnalysisFAChemical Mass BalanceCMB
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本研究藉由採樣分析及統計分析推導等方法,來探討大學校園總懸浮微粒污染源分析之應用。並在不同的環境下,如:不同測站、不同材質(濾紙)等因素,來分析懸浮微粒之重量濃度及化學元素組成。
為瞭解大學校園地區懸浮微粒濃度之來源及特性,於92年3月至93年3月間在北部某大學B1、B2等兩個測站以24小時為採樣時間,日夜進行同步之例行採樣,並於92年8月進行密集採樣,分析總懸浮微粒之重量濃度,並利用統計方法做因子分析,來推估大學校園懸浮微粒之各種污染源及其貢獻之比例。
在總懸浮微粒(TSP)年變化量分析結果中顯示,兩測站之總懸浮微粒採樣樣品數目共有一百二十六次,每測站各有六十三次,B1測站之年平均濃度(68.15µg/m3)較低於B2測站之年平均濃度(70.40 µg/m3),而依濃度範圍來看,B1測站之年濃度範圍最小值為19.85µg/m3,最大值為142.06µg/m3,區間顯示較B2館穩定,而B2測站之年濃度範圍最小值為11.51µg/m3,最大值為149.48µg/m3,區間顯示較不穩定,但TSP平均濃度值皆未超過環保署訂定之標準250µg/m3(24小時值空氣品質的排放標準值)。而在化學元素分析變化分析之結果中可知樣本中以Na與S元素含量最高,其他元素如Al、Ca、Fe、K等濃度值皆為全年度次高,而Pb、Zn再次之,而元素As、Cd、Cr、Ni、Sb、Sr和V含量最低,甚至有部分在儀器偵測極限以下。因子分析結果方面,因受其來源之影響,風蝕揚塵中大量存在的鈣(Ca)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鐵(Fe)等地殼元素以及海水飛沫產生後蒸發所形成的鈉(Na ),此種由自然界中產生的物種,以及由工業區大型燃燒程序所排放的懸浮微粒,如銅(Cu)、鉛(Pb)、鎳(Ni) 等來自於木材、油類燃燒或焚化爐燃燒;至於汽、機車等交通污染源排放廢氣中含鉛(Pb)微粒,及輪胎所產生的鋅(Zn),分析結果顯示本研究採樣分析數據均指出土壤或街塵、交通及燃燒污染源是本地區懸浮微粒之主要成份,除因季節性濃度變化外,並無太大差異。本研究亦嘗試運用受體模式解析懸浮微粒之污染來源,研究結果顯示影響最大者為燃燒污染源、風蝕揚塵土壤污染源、交通污染源、海鹽飛沫污染源等等之貢獻為最。根據環保署資料,距本研究最近之大氣測站為中壢五權測站,在本研究63個採樣日中,指標污染物為懸浮微粒者有37天,佔58.73%,指標污染物為O3者有25天佔39.68%,無法評估佔1.58%,其中指標污染物為懸浮微粒者有58%以上,因此探討懸浮微粒的來源及特性,建立本土化大學校園總懸浮微粒濃度及化學組成資料庫,以期將會有助於不同的污染源提出相關的管制策略,來改善國內之校園空氣品質。
Under various environmental situations, such as different evaluation stations, different materials (or filter papers), this study explores the source of total suspended particle (TSP) at the school campus by using the sampling analysis and statistical evaluation methods, and conducts to analyze the dose and chemical components among TSP characteristics.
This study collected TSP characteristics and sources from B1 and B2 stations at one university between March 2003 and March 2004. Data collection was 24 fours a day, and this study conducted a highly concentrated sampling in order to analyze the dose among these TSP. Factor analysis was employed to predict kinds of pollution sources and each percentage of the contribution at the school campus.
According the changing trend of TSP, in total, there have 126 samples in two stations (each one has 63 samples). For the average dose, B1 station (68.15µg/m3)was lower than B2 one (70.40 µg/m3); for the range of dose, in comparison of B2 (11.51µg/m3 and 149.48µg/m3), B1 was more stable with the range between 19.85µg/m3 and 142.06µg/m3. In general, both average doses of TSP within B1 and B2 stations did not go beyond the EPA’s standard, that is 250µg/m3.
For the changing trend of chemical elements, this study showed elements of Na and S were the highest ones, and followed by the elements of Al, Ca, Fe, K, Pb, Zn, but the elements of As, Cd, Cr, Ni, Sb, Sr, and V were the lowest ones.
From the factor analyses, this study demonstrated that all of the elements of Ca, Mg, Al, and Fe coming from the dusts, Na from the earth’s crust, Cu, Pb, Ni from the wood, oil, and an incinerator’s combustions, and Pb from the source of transportation, and Zn from the tire combustion. The receptor model was employed of this study and found that the principal components of TSP were soil erosion, dusts, crusts, traffic transportation, and combustions.
The index pollution sources were 37 days (58.73%), O3 were 25 days (39.68%),and only 1.58% could not estimate its dose. Over 58% index pollution sources were TSP. The further study should conduct more samples from multiple school campuses and to explore the sources and characteristics of TSP in order to improve our quality of air in schools.
書名頁 ………………………………………………………………i
論文口試委員審定書
授權書
中文摘要……………………………………………………………ii
英文摘要……………………………………………………………iv
誌 謝………………………………………………………………vi
目 錄 ……………………………………………………………viii
表目錄 ………………………………………………………………x
圖目錄………………………………………………………………xii
第一章 前 言………………………………………………………1
1-1研究緣起 ………………………………………………………1
1-2研究目的……………………………………………………… 2
1-3研究內容 ………………………………………………………2
第二章 文獻回顧 …………………………………………………3
2-1懸浮微粒 ……………………………………………………3
2-1-1懸浮微粒之定義 …………………………………………4
2-1-2懸浮微粒之分類與組成 …………………………………4
2-1-3懸浮微粒對人體之影響 …………………………………6
2-1-4台灣地區懸浮微粒污染現況、懸浮微粒之採樣與分析 12
2-2懸浮微粒污染源解析之方法…………………………………17
2-2-1相關性分析………………………………………………17
2-2-2變異數分析(ANOVA)…………………………………18
2-2-3因子分析法(Factor Analysis, FA) ………………………19
2-2-4相對應分析(Correspondence analysis, CA)………… 21
2-2-5加強因子分析法(Enrichment Factor, EF)……………… 21
2-2-6受體模式之應用…………………………………………22
2-2-6-1受體模式之基本理論…………………………………22
2-2-6-2化學質量平衡法 …………………………………… 23
2-2-6-3國內外受體模式相關研究之應用……………………23
第三章 研究方法 …………………………………………………26
3-1採樣規劃與設計………………………………………………26
3-1-1採樣地點之概述…………………………………………26
3-1-2取樣時間之規劃…………………………………………29
3-1-3採樣儀器之選擇…………………………………………29
3-2取樣的品保/品管…………………………………………… 32
3-2-1採樣器……………………………………………………32
3-2-2濾紙………………………………………………………35
3-2-3品保與品管………………………………………………35
3-2-3-1採樣方法之品保與品管……………………………35
3-2-3-2分析方法之品保與品管……………………………37
3-3採樣程序………………………………………………………37
3-4 污染物濃度分析…………………………………………… 38
3-5污染源解析……………………………………………………48
3-5-1因子分析(Factor Analysis, FA)………………………… 48
3-5-2化學質量(Chemical Mass Balance,簡稱CMB)……… 49
第 四 章 結果與討論 …………………………………………… 52
4-1總懸浮微粒濃度之特性分析 ……………………………… 52
4-1-1總懸浮微粒濃度年變化分析……………………………53
4-1-2總懸浮微粒濃度季變化分析……………………………54
4-1-3總懸浮微粒濃度月變化分析……………………………59
4-1-4總懸浮微粒濃度星期變化分析…………………………63
4-1-5小結………………………………………………………66
4-2化學元素之分析………………………………………………67
4-2-1化學元素濃度年變化分析………………………………67
4-2-2化學元素濃度季變化分析………………………………68
4-2-3化學元素濃度月變化分析………………………………72
4-2-4化學元素濃度星期變化分析……………………………84
4-2-5小結………………………………………………………94
4-3因子分析………………………………………………………95
4-3-1因子分析之年變化分析…………………………………95
4-3-2因子分析之季變化分析……………………………… 103
4-3-3因子分析之月變化分析……………………………… 119
4-3-4因子分析之星期變化分析…………………………… 132
4-3-5小結…………………………………………………… 147
4-4化學質量法………………………………………………… 154
第 五 章 結論與建議………………………………………………156
5-1結論………………………………………………………… 156
5-2建議………………………………………………………… 159
參考文獻…………………………………………………………160
附錄:四季總懸浮微粒(TSP)濃度、密集採樣總懸浮微粒(TSP) 濃度……162
問題答覆………………………………………………………167



表 目 錄
表2-1常見之粒狀物中英名對照及說明…………………………… 11
表3-1採樣維護項目及方法………………………………………… 34
表3-2 ICP-AES的操作條件………………………………………… 43
表3-3 感應耦合電漿與質譜儀互補關係……………………………44
表3-4 各元素ICP-AES之偵測波長及ICP-MS之質荷比……………45
表3-5 ICP-MS操作條件………………………………………………46
表3-6金屬之檢測方法及品管要求………………………………… 48
表3-7懸浮微粒主要污染源的追蹤元素…………………………… 51
表4-1總懸浮微粒(TSP)年變化量分析結果…………………………53
表4-2總懸浮微粒(TSP)季變化量分析結果(B1)…………………54
表4-3總懸浮微粒(TSP)季變化量分析結果(B2測站)…………… 56
表4-4總懸浮微粒(TSP)月變化量分析結果(B1測站) …………… 60
表4-5總懸浮微粒(TSP)月變化量分析結果(B2測站) …………… 62
表4-6總懸浮微粒(TSP)月變化量分析結果(監測站) ………………62
表4-7總懸浮微粒(TSP)星期變化量分析結果(B1測站)………… 63
表4-8總懸浮微粒(TSP)星期變化量分析結果(B2測站)………… 65
表4-9 B1及B2兩測站之TSP化學排放組成之ANOVA分析結果…92
表4-10兩測站之TSP 化學元素排放組成……………………………94
表4-11例行採樣全年之因子分析(無風速因子) ……………………96
表4-12例行採樣全年之因子分析(含風速因子) ………………… 98
表4-13密集採樣之因子分析(無風速因子) ………………………100
表4-14密集採樣之因子分析(含風速因子) ………………………102
表4-15春季因子分析(無風速因子) ………………………………104
表4-16春季因子分析(含風速因子) ………………………………106
表4-17夏季因子分析(無風速因子) ………………………………108
表4-18夏季因子分析(含風速因子) ………………………………110
表4-19秋季因子分析(無風速因子) ………………………………112
表4-20秋季因子分析(含風速因子) ………………………………114
表4-21冬季因子分析(無風速因子) ………………………………116
表4-22冬季因子分析(含風速因子) ………………………………118
表4-23一月全館因子分析……………………………………………120
表4-24二月全館因子分析……………………………………………121
表4-25三月全館因子分析……………………………………………122
表4-26四月全館因子分析……………………………………………123
表4-27五月全館因子分析……………………………………………124
表4-28六月全館因子分析……………………………………………125
表4-29七月全館因子分析……………………………………………126
表4-30八月全館因子分析……………………………………………127
表4-31九月全館因子分析……………………………………………128
表4-32十月全館因子分析……………………………………………129
表4-33十一月全館因子分析…………………………………………130
表4-34十二月全館因子分析…………………………………………131
表4-35星期一 B1館因子分析………………………………………133
表4-36星期一 B2館因子分析………………………………………134
表4-37星期二 B1館因子分析………………………………………135
表4-38星期二 B2館因子分析………………………………………136
表4-39星期三 B1館因子分析………………………………………137
表4-40星期三 B2館因子分析………………………………………138
表4-41星期四 B1館因子分析………………………………………139
表4-42星期四 B2館因子分析………………………………………140
表4-43星期五 B1館因子分析………………………………………141
表4-44星期五 B2館因子分析………………………………………142
表4-45星期六 B1館因子分析………………………………………143
表4-46星期六 B2館因子分析………………………………………144
表4-47星期日 B1館因子分析………………………………………145
表4-48星期日 B2館因子分析………………………………………146
表4-49因子分析採樣例行採樣與密集採樣結果之比較……………147
表4-50 CMB模式分析……………………………………………… 154
表4-51 CMB8與FA的分析結果…………………………………… 155








圖 目 錄
圖3-1研究流程圖………………………………………………………27
圖3-2採樣地點之地理位置圖…………………………………………28
圖3-3採樣地點之平面位置圖…………………………………………28
圖3-4高量空氣採樣器之構造例………………………………………30
圖3-5保護器之構造例…………………………………………………31
圖3-6濾紙固定器之組合圖……………………………………………31
圖3-7小孔校正器之裝置圖例…………………………………………32
圖3-8TSP樣本採樣流程圖…………………………………………… 33
圖3-9玻璃纖維濾紙或石英濾紙樣品分析流程………………………41
圖3-10典型的ICP-AES構造簡圖…………………………………… 42
圖3-11 ELAN 5000 ICP-MS儀器構造圖………………………………42
圖4-1兩測站總懸浮微粒月變化量和監測站比較……………………52
圖4-2總懸浮微粒(TSP)年變化量分析結果之Box Plots…………… 53
圖4-3總懸浮微粒(TSP)季變化量分析結果之Box Plots(B1)…… 55
圖4-4總懸浮微粒(TSP)季變化量分析結果之Box Plots(B2)…… 56
圖4-5總懸浮微粒(TSP)春季變化量分析結果…………………………57
圖4-6總懸浮微粒(TSP)夏季變化量分析結果…………………………57
圖4-7總懸浮微粒(TSP)秋季變化量分析結果…………………………58
圖4-8總懸浮微粒(TSP)冬季變化量分析結果…………………………58
圖4-9總懸浮微粒(TSP)月變化量分析結果之Box Plots(B1)…… 59
圖4-10總懸浮微粒(TSP)月變化量分析結果之Box Plots(B2)……61
圖4-11總懸浮微粒(TSP)星期變化量分析結果之Box Plots(B1)… 64
圖4-12總懸浮微粒(TSP)星期變化量分析結果之Box Plots(B2)…65
圖4-13化學元素分析年變化分析(B1館) ……………………………67
圖4-14化學元素分析年變化分析(B2館) ……………………………68
圖4-15各季玻璃纖維濾紙化學組成分析…………………………… 69
圖4-16春季玻璃纖維濾紙化學組成分析…………………………… 69
圖4-17夏季玻璃纖維濾紙化學組成分析…………………………… 70
圖4-18秋季玻璃纖維濾紙化學組成分析…………………………… 70
圖4-19冬季玻璃纖維濾紙化學組成分析…………………………… 71
圖4-20石英纖維濾紙化學組成分析………………………………… 71
圖4-21化學元素分析1月變化分析 (B1館)………………………… 72
圖4-22化學元素分析1月變化分析 (B2館)………………………… 73
圖4-23化學元素分析2月變化分析 (B1館) …………………………73
圖4-24化學元素分析2月變化分析 (B2館) …………………………74
圖4-25化學元素分析3月變化分析 (B1館) …………………………74
圖4-26化學元素分析3月變化分析 (B2館) …………………………75
圖4-27化學元素分析4月變化分析 (B1館) …………………………75
圖4-28化學元素分析4月變化分析 (B2館) …………………………76
圖4-29化學元素分析5月變化分析 (B1館) …………………………76
圖4-30化學元素分析5月變化分析 (B2館) …………………………77
圖4-31化學元素分析6月變化分析 (B1館) …………………………77
圖4-32化學元素分析6月變化分析 (B2館) …………………………78
圖4-33化學元素分析7月變化分析 (B1館) …………………………78
圖4-34化學元素分析7月變化分析 (B2館) …………………………79
圖4-35化學元素分析8月變化分析 (B1館) …………………………79
圖4-36化學元素分析8月變化分析 (B2館) …………………………80
圖4-37化學元素分析9月變化分析 (B1館) …………………………80
圖4-38化學元素分析9月變化分析 (B2館) …………………………81
圖4-39化學元素分析10月變化分析 (B1館) ……………………… 81
圖4-40化學元素分析10月變化分析 (B2館) ……………………… 82
圖4-41化學元素分析11月變化分析 (B1館) ……………………… 82
圖4-42化學元素分析11月變化分析 (B2館) ……………………… 83
圖4-43化學元素分析12月變化分析 (B1館) ……………………… 83
圖4-44 化學元素分析12月變化分析 (B2館) ………………………84
圖4-45化學元素分析星期一變化分析 (B1館) …………………… 85
圖4-46化學元素分析星期一變化分析 (B2館) …………………… 85
圖4-47化學元素分析星期二變化分析 (B1館) …………………… 86
圖4-48化學元素分析星期二變化分析 (B2館) …………………… 86
圖4-49化學元素分析星期三變化分析 (B1館) …………………… 87
圖4-50化學元素分析星期三變化分析 (B2館) …………………… 87
圖4-51化學元素分析星期四變化分析 (B1館) …………………… 88
圖4-52化學元素分析星期四變化分析 (B2館) …………………… 88
圖4-53化學元素分析星期五變化分析 (B1館) …………………… 89
圖4-54化學元素分析星期五變化分析 (B2館) …………………… 89
圖4-55化學元素分析星期六變化分析 (B1館) …………………… 90
圖4-56化學元素分析星期六變化分析 (B2館) …………………… 90
圖4-57化學元素分析星期日變化分析 (B1館) …………………… 91
圖4-58化學元素分析星期日變化分析 (B2館) …………………… 91
圖4-59兩測站之TSP 化學元素排放組成…………………………… 93
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