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研究生:曾章瑋
研究生(外文):Zeng,Zhang-Wei
論文名稱:台中市PM2.5空間濃度及成份分佈調查
論文名稱(外文):The PM2.5 Distribution of Spatial Strength and Chemical Composition in Taichung
指導教授:程萬里程萬里引用關係鄧宗禹鄧宗禹引用關係
指導教授(外文):Cheng,Wan-LiDen,Walter
口試委員:盧重興鄭曼婷
口試委員(外文):Lu,Chung-SyingCheng,Man-Ting
口試日期:2013-01-14
學位類別:碩士
校院名稱:東海大學
系所名稱:環境科學與工程學系
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:226
中文關鍵詞:PM2.5
外文關鍵詞:PM2.5
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本研究於101 年進行4 個批次的採樣,時間分別是101年3月21~23 日、5月22~24日、8月8~10日、10月2~4日,期間進行大氣細懸浮微粒之垂直與平面採樣。
PM2.5 垂直採樣濃度顯示在68公尺高PM2.5濃度變化不大,濃度介於23~32μg/m3,而離地面11公尺高的大里區公所PM2.5濃度變化大,介於28~67μg/m3。
垂直採樣之組成成份分析平均結果,不同高度之PM2.5組成成份均以硫酸鹽所佔之比例24.18%為最高,次為有機碳17.72%,再為銨鹽9.42%,其不同之高度成份所佔之百分比有一致之趨勢。
平面採樣PM2.5組成份比例,以硫酸鹽所佔比例24.16%最高,次為有機碳16.47%,再次為銨鹽10.06%。PM2.5之金屬成份分析顯示以鈉1.33%及鐵0.89%含量較高,次為鈣0.60%,其他金屬成份值比例相對較低。
本研究應用高量採樣法、β射線衰減法、手動採樣法所得採樣結果統計之比值為高量採樣法:β射線衰減法:手動採樣法=1:0.87:0.80。
應用以上之三種採樣方法所得之比值進行針對此研究之採樣佈點評估,結果顯示自設測站與環保署測站之PM2.5濃度差異性相當小,故本研究之採樣佈點在採樣期間足以代表台中市之PM2.5空間分佈。
This study processed 4 batches of sampling, collecting the atmospheric fine suspended particles vertically and horizontally during 3/21~3/23, 5/22~5/24,
8/8~8/10 and 10/2~10/4 in 2012.
The result of PM2.5 vertical sampling indicated the variations in concentration of PM2.5 at 68 meters height was slight. The concentrations were between 23~32μg/m3. But the the variations in concentration of PM2.5 at 11 meters height was greatly at Dali district office. The concentrations were between 28~67μg/m3.
The composition analysis of PM2.5 vertical sampling indicated that the highest portion is sulfate, 24.18% at all height levels. The secondary is organic carbon, 17.72% then 9.42% ammonium. The composition of PM2.5 at different height level has the same trend.
The composition analysis of PM2.5 horizontal sampling indicated that the highest portion was still sulfate, 24.16%. The secondary was organic carbon, 16.47% then 10.06% ammonium. The metals analysis of PM2.5 indicated that sodium and iron had high portions about 1.33% and 0.89% then was 0.60%calcium. The content of the others metals were relatively low.
Three methods of sampling, high-volume air sampling, β-ray attenuation sampling and manual sampling were used in this study. The sampled PM2.5 weight ratio of these three method is as below. Highvolume air sampling :β-ray attenuation sampling : manual sampling = 1:0.87:0.80。
According to the weight ratio of PM2.5 by the described three sampling methods to analyze the location variation, it showed that the variation of concentration of PM2.5 at the sampling location we chose is slight to the EPA sampling station. Therefore, the chose location in this study during the sampling period can represent the spacial distribution of PM2.5 in Taichung city.
摘要 .................................................................................................................. I
目錄 ............................................................................................................... IV
圖目錄 ........................................................................................................... VI
表目錄 ........................................................................................................... XI
第一章 前言 ............................................................................................... 1-1
1-1 研究緣起 ................................................................................. 1-1
1-2 研究目的與架構 ..................................................................... 1-2
第二章 文獻回顧 ....................................................................................... 2-1
2-1 大氣細懸浮微粒特性 .............................................................. 2-1
2-2 濃度特性說明 ......................................................................... 2-4
2-3 國際間PM2.5採樣分析、監測儀器等相關文獻 .................. 2-13
2-4 成份特性說明 ....................................................................... 2-23
第三章 研究方法 ....................................................................................... 3-1
3-1 採樣時間及研究區域背景 ..................................................... 3-1
3-2 採樣方法介紹及說明 ............................................................. 3-7
3-3 分析說明 ............................................................................... 3-19
第四章 結果與討論 ................................................................................... 4-1
4-1 採樣期間天氣概況 ................................................................. 4-1
4-2 垂直濃度分佈 ......................................................................... 4-6
4-3 平面濃度分佈 ....................................................................... 4-16
4-4 不同採樣方法間PM2.5濃度差異探討 .................................. 4-20
4-5 垂直、平面PM2.5成份比例 .................................................. 4-30
第五章 結論與建議 ................................................................................... 5-1
5-1 結論.......................................................................................... 5-1
5-2 建議.......................................................................................... 5-3
參考文獻 ..................................................................................................... R-1
附錄A 品保品管文件 ................................................................................ A-1
附錄B 採樣點資料卡 ................................................................................ B-1
附錄C 成份濃度 ........................................................................................ C-1
圖目錄
圖1-1.1 研究架構圖 .................................................................................. 1-3
圖2-1.1 細懸浮微粒生成機制 ................................................................... 2-3
圖2-2.1 台中市PM2.5自動監測之空氣品質測站位置 .............................. 2-4
圖2-2.2 台中市PM2.5長期之濃度變化趨勢 .............................................. 2-5
圖2-2.3 民國95~100年豐原區PM2.5月平均值統計 .................................. 2-7
圖2-2.4 民國95~100年沙鹿區PM2.5月平均值統計 .................................. 2-7
圖2-2.5 民國95~100年大里區PM2.5月平均值統計 .................................. 2-8
圖2-2.6 民國95~100年南屯區PM2.5月平均值統計 .................................. 2-8
圖2-2.7 民國95~100年西屯區PM2.5月平均值統計 .................................. 2-9
圖2-2.8 民國95~100年台中市PM2.5日變化統計 .................................... 2-10
圖2-2.9 民國100年台中市PM2.5與PM10比值關係 ................................. 2-10
圖2-2.10 民國100年豐原區PM2.5與PM10比值月變化 ........................... 2-11
圖2-2.11 民國100年沙鹿區PM2.5與PM10比值月變化 ........................... 2-11
圖2-2.12 民國100年大里區PM2.5與PM10比值月變化 ........................... 2-12
圖2-2.13 民國100年南屯區PM2.5與PM10比值月變化 ........................... 2-12
圖2-2.14 民國100年西屯區PM2.5與PM10比值月變化 ........................... 2-12
圖2-3.1 美國PM2.5 FRM採樣器規範下儀器構造 .................................. 2-15
圖2-3.2 歐盟PM2.5 採樣方法規範下之採樣器構造 ............................. 2-16
圖2-3.3 日本暫訂之PM2.5 採樣器構造圖 ............................................. 2-17
圖2-3.4 Met-One BAM 1020-FEM (左)以及Thermo 8500
FDMS-FEM 和FRM PM2.5 比對的斜率,斜率為以FRM 量測
值為X 軸,FEM 為Y 軸 ........................................................... 2-20
圖2-3.5 人工採樣器與自動監測儀器PM2.5 的比較 ............................. 2-21
圖2-3.6 人工採樣器與高量採樣器PM2.5 的比較 ................................. 2-22
圖3-1.1 熱帶低壓北移或颱風之天氣型態 ............................................... 3-2
圖3-1.2 高壓出海或高壓迴流之天氣型態 ............................................... 3-2
圖3-1.3 採樣地點相對位置(紅色為平面採樣;黃色為垂直採樣) .. 3-3
圖3-1.4 垂直採樣點空照圖 ...................................................................... 3-4
圖3-1.5 平面採樣點相對位置圖 .............................................................. 3-6
圖3-2.1 高量採樣器之構造 ...................................................................... 3-8
圖3-1.2 保護器之構造 .............................................................................. 3-8
圖3-2.3 濾紙固定器 .................................................................................. 3-9
圖3-2.4 小孔校正器裝置圖示 ................................................................ 3-10
圖3-2.5 Tisch TE-6070D 採樣器外觀及內部構造 ................................. 3-11
圖3-2.6 貝他射線衰減法自動分析儀示意圖 ......................................... 3-13
圖3-2.7 Met-One BAM 1020 內外觀及進氣頭 ...................................... 3-13
圖3-2.8 BAM-1020 之構造示意圖 .......................................................... 3-14
圖3-2.9 PM2.5 採樣器組合示意圖 ........................................................... 3-16
圖3-2.10 WINS 衝擊式PM2.5 篩選器 ..................................................... 3-16
圖3-2.11 濾紙保存時間示意圖 .............................................................. 3-18
圖3-2.12 R&P 2000 外觀示意圖 ............................................................. 3-18
圖3-3.1 含碳量分析流程 ........................................................................ 3-21
圖3-3.2 有機碳及元素碳分析設備 ........................................................ 3-22
圖3-3.3 金屬分析流程 ............................................................................ 3-23
圖3-3.4 感應耦合電漿光學放射光譜儀 ................................................ 3-24
圖3-3.5 水溶性陰陽離子分析流程 ........................................................ 3-25
圖3-3.6 陰陽離子層析儀 ........................................................................ 3-25
圖4-1.1 101 年3 月21~22 日地面天氣圖 .............................................. 4-2
圖4-1.2 101 年5 月22~23 日地面天氣圖 .............................................. 4-3
圖4-1.3 101 年8 月8~9 日地面天氣圖 .................................................. 4-4
圖4-1.4 101 年10 月2~3 日地面天氣圖 ................................................ 4-5
圖4-2.1 101 年3 月21~23 日虛位溫剖面圖 ........................................ 4-10
圖4-2.2 101 年5 月22~24 日虛位溫剖面圖 ........................................ 4-10
圖4-2.3 101 年8 月8~10 日虛位溫剖面圖 .......................................... 4-11
圖4-2.4 101 年10 月2~4 日虛位溫剖面圖 .......................................... 4-11
圖4-2.5 101 年3 月21~23 日風場剖面圖 ............................................ 4-12
圖4-2.6 101 年5 月22~24 日風場剖面圖 ............................................ 4-12
圖4-2.7 101 年8 月8~10 日風場剖面圖 .............................................. 4-13
圖4-2.8 101 年10 月2~4 日風場剖面圖 .............................................. 4-13
圖4-2.9 垂直PM2.5 濃度分佈圖 ............................................................. 4-15
圖4-3.1 101 年3 月及5 月平面採樣期間PM2.5 等濃度圖 ................... 4-18
圖4-3.2 101 年8 月及10 月平面採樣期間PM2.5 等濃度圖 ................. 4-19
圖4-4.1 高量採樣法與貝他射線衰減法PM2.5 迴歸結果 ..................... 4-21
圖4-4.2 高量採樣法與手動採樣法PM2.5 迴歸結果 ............................. 4-21
圖4-4.3 101 年3 月21 日佈點A(左)及佈點B(右)PM2.5 等濃度圖
....................................................................................................... 4-25
圖4-4.4 101 年3 月22 日佈點A(左)及佈點B(右)PM2.5 等濃度圖
....................................................................................................... 4-25
圖4-4.5 101 年5 月22 日佈點A(左)及佈點B(右)PM2.5 等濃度圖
....................................................................................................... 4-26
圖4-4.6 101 年5 月23 日佈點A(左)及佈點B(右)PM2.5 等濃度圖
....................................................................................................... 4-26
圖4-4.7 101 年8 月8 日佈點A(左)及佈點B(右)PM2.5 等濃度圖4-27
圖4-4.8 101 年8 月9 日佈點A(左)及佈點B(右)PM2.5 等濃度圖4-27
圖4-4.9 101 年10 月2 日佈點A(左)及佈點B(右)PM2.5 等濃度圖
....................................................................................................... 4-28
圖4-4.10 101 年10 月3 日佈點A(左)及佈點B(右)PM2.5 等濃度
圖 ................................................................................................... 4-28
圖4-5.1 垂直採樣PM2.5 金屬成份佔PM2.5 之百分比圖....................... 4-33
圖4-5.2 垂直採樣PM2.5 陰陽離子及碳成份所佔PM2.5 百分比圖 ...... 4-34
圖4-5.3 101 年3 月份平面PM2.5 金屬成份比例圖 ............................... 4-39
圖4-5.4 101 年5 月份平面PM2.5 金屬成份比例圖 ............................... 4-40
圖4-5.5 101 年8 月份平面PM2.5 金屬成份比例圖 ............................... 4-41
圖4-5.6 101 年10 月份平面PM2.5 金屬成份比例圖 ............................. 4-42
圖4-5.7 101 年3 月份平面PM2.5 陰陽離子及碳成份比例圖 ............... 4-43
圖4-5.8 101 年5 月份平面PM2.5 陰陽離子及碳成份比例圖 ............... 4-44
圖4-5.9 101 年8 月份平面PM2.5 陰陽離子及碳成份比例圖 ............... 4-45
圖4-5.10 101 年10 月份平面PM2.5 陰陽離子及碳成份比例圖 ........... 4-46
表目錄
表2-1.1 PM2.5 對人體及環境之危害 ......................................................... 2-2
表2-2.1 民國98~100 年台中市自動測站PM2.5 年平均值三年平均 ..... 2-6
表2-3.1 2011 年10 月12 日美國公告之PM2.5 採樣、監測設備表 ..... 2-14
表2-3.2 PM 2.5 FRM 與Met-One BAM 1020 和Thermo 8500C FDMS
兩部FEM 儀器評估..................................................................... 2-19
表3-1.1 PM2.5 垂直濃度採樣點位置一覽表 ............................................. 3-5
表3-1.2 PM2.5 平面濃度採樣點位置一覽表 ............................................. 3-6
表3-3.1 環檢所空氣檢測類品質管制措施基本規定 ............................ 3-26
表4-2.1 測站與道路的最小距離要求 ...................................................... 4-6
表4-2.2 一般空氣品質監測站採樣口的設置位置考慮條件 .................. 4-7
表4-2.3 PM2.5 垂直採樣濃度及相關資訊表 ............................................. 4-9
表4-3.1 平面PM2.5 採樣濃度及相關資訊一覽表 ................................. 4-17
表4-4.1 本研究與其他研究之相關PM2.5 採樣儀器、比值比較表 ...... 4-22
表4-4.2 採樣佈點所含之測站 ................................................................ 4-24
表4-5.1 四次垂直採樣之PM2.5 組成成份平均一覽表 ......................... 4-31
表4-5.2 垂直採樣PM2.5 水溶性陰陽離子與碳成份濃度 ..................... 4-32
表4-5.3 垂直採樣PM2.5 金屬元素濃度 ................................................. 4-32
表4-5.4 四次平面採樣之PM2.5 組成成份平均一覽表 .......................... 4-36
表4-5.5 平面採樣PM2.5 水溶性陰陽離子與碳成份濃度 ..................... 4-37
表4-5.6 平面採樣PM2.5 金屬元素濃度 ................................................. 4-38
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