濟(jì)寧市區(qū)2013
—2015年降水中陰離子濃度分析

魏　薇，楊連寬（山東省南四湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心站，山東濟(jì)寧272000）

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濟(jì)寧市區(qū)2013
—2015年降水中陰離子濃度分析

魏薇，楊連寬
（山東省南四湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心站，山東濟(jì)寧272000）

摘要：2013—2015年對(duì)濟(jì)寧市兩個(gè)點(diǎn)位降水中4種陰離子（氟、氯、硫酸鹽、硝酸鹽）濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，AQI與氟、氯、硫酸鹽和硝酸鹽濃度相關(guān)系數(shù)分別為0.16、0.46、0.52和0.32，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性。因采暖期燃煤排放，在采暖期降水中氟、氯以及硫酸鹽平均濃度分別高于非采暖期平均濃度26%、38%、35%，靠近燃煤電廠的2#點(diǎn)位處降水中氟、氯和硫酸鹽濃度總體上高于1#點(diǎn)位。降水中的硝酸鹽來(lái)自燃煤排放和機(jī)動(dòng)車尾氣排放，1#點(diǎn)位和2#點(diǎn)位處降水中硝酸鹽濃度相差不大。

關(guān)鍵詞：陰離子；氟；氯；硫酸鹽；硝酸鹽

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.02.23

濟(jì)寧位于魯西南腹地，地處黃淮海平原與魯中南山地交接地帶，位于34°26′N~35°57′N，115°52′E~117°36′E，暖溫帶季風(fēng)氣候。筆者對(duì)濟(jì)寧市郊兩處點(diǎn)位自2013年5月至2015年11月收集的74個(gè)降水樣品進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)定氟、氯、硫酸鹽、硝酸鹽4種陰離子濃度，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較分析。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1樣品的采集

設(shè)置兩個(gè)采樣點(diǎn)位，位置分別見圖1。采樣點(diǎn)距離地面約10 m，周圍較開闊，沒(méi)有明顯的局地污染源。樣品的采集與保存按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 13580.2-1992）《大氣降水的采集與保存》[1]執(zhí)行。采雨器與聚乙烯瓶在采集雨水前用體積分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸溶液浸泡72 h，再用Milli-Q超純水洗凈、干燥，用潔凈塑料袋包好備用。采雨器放置在采樣點(diǎn)高處，只在降水時(shí)打開，每次降水后1 h內(nèi)將樣品用0.45 μm濾膜過(guò)濾后于4℃冰箱保存。采用Dionex ICS-900離子色譜儀測(cè)定氟、氯、硫酸鹽、硝酸鹽4種陰離子濃度。采樣時(shí)間為2013年5月9日至2015年11月25日，共收集樣品74個(gè)。

圖1　采樣點(diǎn)示意

1.2儀器與試劑

Dionex ICS-900離子色譜儀（配備電導(dǎo)檢測(cè)器），ASRS抑制器，IonPac AS19分離柱和IonPac AS19保護(hù)柱，Dionex AS-40自動(dòng)進(jìn)樣器，Milli-Q超純水機(jī)。

氟標(biāo)準(zhǔn)溶液、氯標(biāo)準(zhǔn)溶液、硫酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液、硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心標(biāo)準(zhǔn)溶液。

超純水，電阻率≥18.25 MΩ·cm。高純氮，純度≥99.999%。

1.3色譜條件

IonPac AS19分離柱和IonPac AS19保護(hù)柱，淋洗液為40 mmol/L的氫氧化鉀溶液，流速為1.00 ml/min，抑制電流為80 mA，進(jìn)樣量為10 μl。

1.4測(cè)定條件

按照GB 13580.5-1992[2]測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1降水中陰離子濃度與空氣質(zhì)量指數(shù)AQI相關(guān)性分析

AQI分級(jí)計(jì)算參考環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3095-2012，參與評(píng)價(jià)的污染物為SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO 6項(xiàng)。降水會(huì)洗刷空氣中的SO2和NO2，去除溶解大氣顆粒物PM10和PM2.5中的可溶性成分，降水中的陰離子濃度能夠反映大氣污染物不同來(lái)源及污染特征[3]。采用降水時(shí)的AQI與兩個(gè)點(diǎn)位各陰離子濃度的平均值繪制圖2～圖5。AQI與氟濃度相關(guān)性分析見圖2。AQI與氯濃度相關(guān)性分析見圖3。AQI與硫酸鹽濃度相關(guān)性分析見圖4。AQI與硝酸鹽濃度相關(guān)性分析見圖5。

由圖2可知，AQI與氟濃度相關(guān)系數(shù)R=0.16，相關(guān)性較弱。這是由于氟主要來(lái)自燃煤排放[4]，非采暖期氟濃度較低，有時(shí)在降水中未檢出，和AQI的相關(guān)性較弱。由圖3可知，AQI與氯濃度相關(guān)系數(shù)R=0.46，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性，這是由于降水溶解了顆粒物中的氯化物。由圖4可知，AQI與硫酸鹽濃度相關(guān)系數(shù)R=0.52，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性，這是由于降水中的硝酸鹽來(lái)自氣態(tài)及顆粒物中硫酸、硫酸鹽。由圖5可知，AQI與硝酸鹽濃度相關(guān)系數(shù)R=0.32，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性，這是由于降水中的硝酸鹽來(lái)自氣態(tài)及顆粒物中的硝酸、硝酸鹽。

圖2　AQI與氟濃度相關(guān)性分析

圖3　AQI與氯濃度相關(guān)性分析

圖4　AQI與硫酸鹽濃度相關(guān)性分析

圖5　AQI與硝酸鹽濃度相關(guān)性分析

2.2采暖期與非采暖期降水中陰離子濃度的比較

采暖期處于每年11月15日至次年3月15日。2013年11月24日降雨1次，2014年2月7日降雨1次，2015年11月23日至25日共降雪3次。由于2015年11月23日、2015年11月24日均降雪，2015 年11月25日降雪中的各陰離子濃度均比平時(shí)測(cè)定值低很多，因此2015年11月25日的測(cè)定結(jié)果不納入計(jì)算采暖期各陰離子濃度平均值。氟濃度為未檢出的也未納入計(jì)算采暖期和非采暖期各陰離子濃度平均值。采暖期、非采暖期各陰離子濃度平均值見表1。

表1　采暖期與非采暖期4種陰離子濃度平均值　μmol/L

由表1可知，降水中氟、氯以及硫酸鹽在采暖期平均濃度分別高于非采暖期平均濃度26%、38%及35%。這些污染物主要是由采暖期燃煤排放的，這和田晶[5]、郭曉方[6]以及雷小利[7]的研究結(jié)果一致。硝酸鹽在非采暖期平均濃度稍高于采暖期平均濃度，這是因?yàn)榻邓械南跛猁}除了來(lái)自燃煤排放以外，機(jī)動(dòng)車尾氣也排放氮氧化物，這些氮氧化物產(chǎn)生了二次污染，生成氣態(tài)或者顆粒態(tài)的硝酸及硝酸鹽，加上夏季逆溫天數(shù)多等均不利于污染物擴(kuò)散[8]。

由圖6可知，2015年6月至9月降水較為頻繁，相鄰兩次降水中，后一次降水硝酸鹽濃度低于前一次降水，波動(dòng)較大?？傮w上來(lái)說(shuō)，降水中硝酸鹽濃度從2013年到2015年是逐年增加的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)部門數(shù)據(jù)，濟(jì)寧市機(jī)動(dòng)車2014年增長(zhǎng)率12.04%，尾氣排放增多，氮氧化物增多，降水中硝酸鹽濃度也隨之逐年增加。

圖6　2013—2015年降水中硝酸鹽濃度變化

2.3兩點(diǎn)位處降水中陰離子濃度比較

1#點(diǎn)位處于市區(qū)一條雙向2車道南側(cè)，2#點(diǎn)位處于郊區(qū)，毗鄰河流。

由圖7可知，1#和2#點(diǎn)位處的氟在37次降水中均有13次未檢出。1#點(diǎn)位處的氟濃度在37次降水中有8次超過(guò)2#點(diǎn)位處的氟濃度，16次低于2#點(diǎn)位處的氟濃度（氟濃度未檢出不計(jì)入統(tǒng)計(jì)），因此2#點(diǎn)位處的氟濃度總體上高于1#點(diǎn)位。這是由2#點(diǎn)位處于某燃煤電廠的西南側(cè)，燃煤排放氟導(dǎo)致的。

圖8　2013—2015年降水中氯濃度變化

由圖8可知，1#點(diǎn)位處的氯濃度在37次降水中有7次超過(guò)2#點(diǎn)位處，其余30次降水均低于2#點(diǎn)位處的氯濃度，因此2#點(diǎn)位處的氯濃度總體上高于1#點(diǎn)位。這是因?yàn)?#點(diǎn)位處于河流附近[9]以及某燃煤電廠西南側(cè)，燃煤排放了大量的氯。

圖7　2013—2015年降水中氟濃度變化

圖9　2013—2015年降水中硫酸鹽濃度變化

由圖9可知，1#點(diǎn)位處的硫酸鹽濃度在37次降水中有12次超過(guò)2#點(diǎn)位處的硫酸鹽濃度，其余25次降水均低于2#點(diǎn)位處的硫酸鹽濃度。因此2#點(diǎn)位處的硫酸鹽濃度總體上高于1#點(diǎn)位。2#點(diǎn)位處于某燃煤電廠的西南側(cè)，燃煤排放硫酸鹽導(dǎo)致。

圖10　2013—2015年降水中硝酸鹽濃度變化

由圖10可知，2#點(diǎn)位處的硝酸鹽濃度在37次降水中有1次未檢出，1#點(diǎn)位處的硝酸鹽濃度在37次降水中有16次超過(guò)2#點(diǎn)位處的硫酸鹽濃度，其余20次降水均低于2#點(diǎn)位處的硝酸鹽濃度。1#點(diǎn)位和2#點(diǎn)位處的硝酸鹽濃度差別不明顯，都呈現(xiàn)逐年升高趨勢(shì)。1#點(diǎn)位處于市區(qū)一條雙向兩車道南側(cè)，2#點(diǎn)位處于某燃煤電廠的西南側(cè)。這是由于燃煤和機(jī)動(dòng)車尾氣排放的氮氧化物在大氣中產(chǎn)生二次污染，生成了溶解態(tài)及顆粒態(tài)的硝酸、硝酸鹽。

3　結(jié)論

通過(guò)對(duì)濟(jì)寧市兩個(gè)點(diǎn)位降水中的4種陰離子（氟、氯、硫酸鹽、硝酸鹽）近3年連續(xù)的觀測(cè)，分析這4種陰離子濃度的變化，得出下列結(jié)論：

（1）燃煤排放氟、氯、硫酸鹽，降水中氟、氯以及硫酸鹽在采暖期平均濃度分別高于非采暖期平均濃度26%、38%及35%，而且靠近燃煤電廠的2#點(diǎn)位降水中這3種陰離子的濃度總體上高于1#點(diǎn)位。建議采暖期使用其他清潔能源，減少燃煤量或者使用優(yōu)質(zhì)煤，減少燃煤排放污染物以降低降水中這3種陰離子的濃度。

（2）降水中的硝酸鹽來(lái)自燃煤排放和機(jī)動(dòng)車尾氣排放，由于機(jī)動(dòng)車保有量逐年增加，降水中硝酸鹽濃度從2013—2015年也逐年升高。建議使用其他清潔能源或者高品質(zhì)燃油，減少機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染物以降低降水中硝酸鹽濃度。

（3）AQI參與評(píng)價(jià)的污染物為SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO 6項(xiàng)。降水會(huì)洗刷空氣中的SO2和NO2，去除溶解大氣顆粒物PM10和PM2.5中的可溶性成分。AQI與氯濃度、硫酸鹽濃度和硝酸鹽濃度都呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.46，0.52和0.32。通過(guò)使用清潔能源，可減少燃煤排放污染物和機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染物，降低降水中氟、氯、硫酸鹽和硝酸鹽濃度，提高空氣質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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（編輯：程?。?/p>

Analysis on Anion Concentration of Rainwater in Jining from 2013 to 2015

Wei Wei, Yang Liankuan

（Shandong Nansi Lake Environmental Monitoring Station, Jining Shandong 272000, China）

Abstract：Four main anions (F-, Cl-, SO4(2-), NO3-) concentration of rainwater in Jining were monitored continuously from 2013 to 2015. According to the analysis of monitoring data, it was concluded that AQI had a positive correlation with the concentration of F-, Cl-, SO4(2-)and NO3-and the correlation efficient was 0.16, 0.46, 0.52 and 0.32 respectively. Because of the heating period coal emissions, the three anions (F-, Cl-, SO4(2-)) average concentration in the heating periods was respectively 26%, 38% and 35% higher than the average concentration in the non-heating periods. The three anions (F-, Cl-, SO4(2-)) concentration of rainwater in site 2#which was near the coal-fired power plant was in generally higher than that in site 1#. The anion (NO3-) concentration was similar in the two sites because the nitrogen oxides were from the coal emissions and motor vehicle exhaust emissions.

Key words：anion, F-, Cl-, SO4(2-), NO3-

作者簡(jiǎn)介：魏薇（1982-），女，山東省微山縣人，畢業(yè)于山東師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)，碩士研究生，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的工作。

收稿日期：2016-02-14

中圖分類號(hào)：X513

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-813X（2016）02-0090-04