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        鎮(zhèn)江市東部片區(qū)大氣細(xì)顆粒物中水溶性離子在線監(jiān)測成分特征研究

        2020-06-08 10:43:52劉曄王古月
        關(guān)鍵詞:顆粒物大氣分析

        劉曄 王古月

        (江蘇省鎮(zhèn)江環(huán)境監(jiān)測中心,江蘇鎮(zhèn)江 212000)

        1 引言

        近年來,隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源消耗的不斷增加,各種污染物不斷排入大氣并在大氣中積聚,導(dǎo)致大氣環(huán)境質(zhì)量惡化,由顆粒物造成的大氣污染問題已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的重大環(huán)境問題。而水溶性離子是大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)的主要組成成分[1-2],約占大氣中顆粒物總重量的30%以上,是氣溶膠的重要組成部分[3],它不僅對人體健康有嚴(yán)重危害,也是導(dǎo)致大氣能見度降低、酸沉降、全球氣候變化、光化學(xué)煙霧等重大環(huán)境問題的重要因素[4-8]。水溶性離子是大氣顆粒物中的重要化學(xué)組成之一,測量水溶性離子是了解大氣顆粒物來源、物理化學(xué)特性、生成轉(zhuǎn)化機(jī)制和傳輸過程的重要一環(huán)。

        水溶性組分在線連續(xù)監(jiān)測分析系統(tǒng)近年來在國內(nèi)外逐步被較廣泛應(yīng)用[9-10],鎮(zhèn)江位于江蘇西南部長三角區(qū)域,為掌握鎮(zhèn)江市PM2.5污染物的組分及特征,2019 年1—6 月之間利用MARGA 離子在線分析儀在鎮(zhèn)江東部地區(qū)鎮(zhèn)江新區(qū)人力資源中心樓頂進(jìn)行連續(xù)觀測采樣,以期為鎮(zhèn)江地區(qū)大氣污染控制措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

        2 實(shí)驗(yàn)部分

        采樣地點(diǎn)位于鎮(zhèn)江東部地區(qū)鎮(zhèn)江新區(qū)人力資源中心樓頂(119°40′14.27″E,32°11′16.90″N),距地面約20 m,采樣點(diǎn)東側(cè)臨近主干道港中路,西側(cè)約8 km為國家級綠色新材料產(chǎn)業(yè)園區(qū)。

        觀測設(shè)備為瑞士萬通的MARGA 在線監(jiān)測儀器,采樣粒徑為PM2.5,能夠連續(xù)測量氣溶膠中的水溶性離子成分NH4+,Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Cl-,NO3-,SO42-。該儀器由采樣系統(tǒng)、分析系統(tǒng)和一個整合控制系統(tǒng)組成,可連續(xù)獲得每小時氣體和氣溶膠濃度的平均結(jié)果[11]。基本流程是:空氣進(jìn)入采樣管,經(jīng)PM2.5旋風(fēng)切割頭切割后,在溶蝕器中主要的干擾性酸堿性氣體被去除,再進(jìn)入混合室,與蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的熱飽和水蒸氣混合,顆粒物長大形成液滴狀,經(jīng)慣性分離器分離后,收集液儲存在注射泵中,待到分析時刻,在注射泵的推動下將收集液送到離子色譜進(jìn)行分離檢測[12-13]。

        3 結(jié)論與討論

        3.1 離子平衡

        通過對上半年監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,結(jié)合觀測期間陰陽離子當(dāng)量濃度的散點(diǎn)圖和擬合直線(圖1),r2=0.902 4,表明擬合效果較好,斜率0.82,表明所測的陽離子濃度略大于陰離子濃度。

        圖1 陰陽離子散點(diǎn)圖和擬合直線圖

        陰陽離子當(dāng)量濃度的頻數(shù)分布見圖2。由圖2可見,總體陰陽離子的當(dāng)量濃度的頻數(shù)分布趨勢是基本一致的,但在濃度很低時,陽離子當(dāng)量濃度大于陰離子的概率較高,這是因?yàn)榇髿馇鍧崟r,其中二次組分較少,自然源排放的有機(jī)酸陰離子所占的相對比例較高,這部分離子無法被設(shè)備檢測到。

        圖2 陰陽離子當(dāng)量濃度頻數(shù)分布

        3.2 離子間的相關(guān)性分析

        通過相關(guān)性系數(shù)分析(表1),可以發(fā)現(xiàn)二次水溶性離子NO3-和SO42-存在顯著相關(guān)性,但與NH4+相關(guān)性較弱,表明NO3-和SO42-與機(jī)動車尾氣、燃料燃燒有一定關(guān)系。Na+和K+存在顯著相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.83,表明鎮(zhèn)江市Na+和K+有同一來源,生物質(zhì)燃燒可能為其共同來源。Mg2+和Ca2+相關(guān)性也較強(qiáng),表明都可能來自于土壤揚(yáng)塵。

        表1 水溶性離子相關(guān)性統(tǒng)計(jì)

        3.3 離子變化分析

        通過離子濃度分析發(fā)現(xiàn)(圖3),SO42-,NO3-,NH4+和Cl-占總濃度的90%以上;陰離子SO42-,NO3-和Cl-所占總質(zhì)量濃度比例約為70%,SO42-和NO3-作為主要組分占65%以上,兩者比例之和呈互補(bǔ)的形勢,5,6 月NO3-濃度和占比都明顯降低,這與NO3-高溫下氣態(tài),低溫下顆粒態(tài)的存在特點(diǎn)是一致的;NH4+是陽離子中唯一的主要成分,其濃度占比在20%左右,且月變化較小,可見鎮(zhèn)江市大氣中NH3含量是較豐富的,足以中和大氣中的酸性物質(zhì);2 月K+濃度占比最高,在農(nóng)作物收割的時期,其濃度也沒有明顯增加,Mg2+和Ca2+占比較小,但K+離子占比在陽離子中屬于較高比例,說明東部地區(qū)受揚(yáng)塵影響較小,主要受到工業(yè)排放源、機(jī)動車尾氣和燃料燃燒影響較大,同時也受到少量生物質(zhì)燃燒影響。

        圖3 水溶性離子月度濃度分布

        4 結(jié)論

        (1)總體上陰陽離子的當(dāng)量濃度的頻數(shù)分布趨勢基本一致。

        (2)通過相關(guān)性系數(shù)分析,二次水溶性離子NO3-和SO42-存在顯著相關(guān)性,表明與燃料燃燒有一定關(guān)系。Na+和K+存在顯著相關(guān)性,生物質(zhì)燃燒可能為其共同來源。Mg2+和Ca2+相關(guān)性也較強(qiáng),表明可能來自于土壤揚(yáng)塵。

        (3)通過離子濃度分析,鎮(zhèn)江市東部地區(qū)點(diǎn)位受揚(yáng)塵影響較小,受工業(yè)排放、機(jī)動車尾氣和燃料燃燒影響較大,應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能減排、超低排放以及汽柴油車和燃料燃燒的管理。

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