2018年嘉峪關(guān)市大氣降水的化學(xué)特征及其成因分析

褚明天，張艷萍

（1.嘉峪關(guān)市生態(tài)環(huán)境局；2.嘉峪關(guān)市和誠(chéng)路小學(xué)，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

大氣降水化學(xué)特征是由溶入降水中的大氣污染物所決定的，并隨著地域、時(shí)段、降雨量、污染物類型等因素的變化而變化。隨著城市化進(jìn)程進(jìn)一步加快，各類污染物的排放量劇增，大氣環(huán)境呈現(xiàn)出不同程度的惡化，使人體健康受到嚴(yán)重威脅。通過(guò)系統(tǒng)分析嘉峪關(guān)市2018年降水?dāng)?shù)據(jù)，筆者深入研究了嘉峪關(guān)市降水化學(xué)特征及其成因，為其打贏大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)提供理論依據(jù)。

1 樣品來(lái)源及分析方法

降水采樣點(diǎn)位于嘉峪關(guān)市生態(tài)環(huán)境局辦公大樓樓頂，該采樣點(diǎn)四周開(kāi)闊，無(wú)其他高大建筑物，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蠛铜h(huán)境條件，其具有較好的代表性。樣品采集和分析方法均按照《酸沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ／ T165-2004）的要求進(jìn)行，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為降水時(shí)間、降水量、水質(zhì)pH 值、電導(dǎo)率、和K+。

2 降水pH 值的變化

降水pH 值不僅可以表示降水酸度的強(qiáng)弱，還能間接地反映當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境污染的程度。pH 值越小，降水的酸度越強(qiáng)，對(duì)環(huán)境的破壞就越大[1]。根據(jù)2018年降水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，人們可以發(fā)現(xiàn)嘉峪關(guān)市降水中pH 值的季度變化（降水中pH 平均值采用氫離子濃度加權(quán)平均法），具體變化如圖1所示。

由圖1可以看出，2018年嘉峪關(guān)市降水中pH 值季均值的范圍為7.52 ～8.22，其中第二季度的pH 值季均值最低，第一季度的pH 值季均值最高，按酸度強(qiáng)弱順序依次是：第二季度＞第四季度＞第三季度＞第一季度。由此可知，嘉峪關(guān)市降水呈弱堿性，其pH 值的變化與季節(jié)有關(guān)。

圖1 嘉峪關(guān)市2018年降水中pH 值季度變化

3 降水電導(dǎo)率的變化

降水的電導(dǎo)率是表示降水中所含的各種可溶性陰陽(yáng)離子多少的綜合指標(biāo)，電導(dǎo)率的大小體現(xiàn)了降水中離子濃度的高低，離子濃度則反映出大氣中各種污染物的含量。根據(jù)2018年降水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，人們可以探尋嘉峪關(guān)市降水中電導(dǎo)率的季度變化，具體情況如圖2所示。

圖2 嘉峪關(guān)市2018年降水中電導(dǎo)率季度變化

從圖2可以看出，2018年嘉峪關(guān)市降水電導(dǎo)率季均值的范圍為7.58 ～51.8 uS/cm，其中第一季度的電導(dǎo)率季均值最低，第二季度的電導(dǎo)率季均值最高。嘉峪關(guān)市地處西北，全年氣候干燥，尤其是夏季久旱無(wú)雨，導(dǎo)致大氣中污染物處于高濃度狀態(tài)，經(jīng)過(guò)降水對(duì)大氣污染物的清除，降水中的離子總濃度較大，電導(dǎo)率出現(xiàn)最高值。

4 降水中離子含量的變化

通過(guò)對(duì)大氣降水中陰陽(yáng)離子含量的研究，人們可以深入了解嘉峪關(guān)市大氣中主要污染物的狀況。降水中的陰離子一般為SO42-、NO3-、Cl-、F-、HCO3-等，陽(yáng)離子為NH4+、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、H+等。因受生產(chǎn)周期和地理氣候等因素影響，嘉峪關(guān)市大氣中離子的含量隨季節(jié)的變化呈明顯差異，各類離子監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 嘉峪關(guān)市2018年降水中離子監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表1可知，以ρ（SO42-）/[ρ（SO42-+NO3-+Cl-+F-）] 依次對(duì)陰離子進(jìn)行計(jì)算，2018年嘉峪關(guān)市降水中Cl-濃度占50.2%，大于SO42-、NO3-和F-的比重。與去年相比，SO42-比重由83%下降到24%，NO3-比重由6.9%上升到19.5%，SO42-濃度有下降的趨勢(shì)，而NO3-呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，但是SO42-與NO3-比重的差距進(jìn)一步減少，由此可以說(shuō)明嘉峪關(guān)市大氣污染類型由燃煤為主的硫酸鹽型大氣污染向燃煤與機(jī)動(dòng)車尾氣污染并存的復(fù)合型大氣污染轉(zhuǎn)變。嘉峪關(guān)市降水中Cl-濃度較高，源于溫室氣體（尤其是大部分制冷劑）經(jīng)過(guò)光解，使當(dāng)?shù)卮髿庵蠧l-濃度上升[1]。以ρ（NH4+）/ [ρ（NH4++Ca2++Mg2++Na++K+）]依次對(duì)陽(yáng)離子進(jìn)行計(jì)算，2018年嘉峪關(guān)市降水中K+的比重最高，其次依次為Ca2+、Na+和NH4+。

5 成因分析

大氣降水的化學(xué)特征是由溶入降水的大氣污染物經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而形成的，并且易受地形、季節(jié)、生產(chǎn)活動(dòng)和氣象條件的因素影響。由于目前監(jiān)測(cè)條件不足，人們對(duì)嘉峪關(guān)市降水化學(xué)特征的研究不夠全面，通過(guò)樣品分析得到的結(jié)論與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。因此，大氣降水化學(xué)特征的研究需從各個(gè)因素綜合考慮。

5.1 降水中離子濃度對(duì)pH 值和電導(dǎo)率的影響

2018年嘉峪關(guān)市降水離子的監(jiān)測(cè)結(jié)果中，SO42-占離子總濃度比重為17%，NO3-占離子總濃度比重為10%，Cl-占離子總濃度比重為10%，NH4+占離子總濃度比重為7%，Ca2+占離子總濃度比重為10%，并且酸根離子的比重高于NH4+與Ca2+比重之和，由此可知酸根離子對(duì)降水的pH 值高低起主要作用。尤其在第二季度，酸根離子總濃度出現(xiàn)最高值，pH 值則表現(xiàn)出全年的最低值。

降水中的電導(dǎo)率是由降水中所含離子的濃度所決定的，離子總濃度越高，導(dǎo)電能力就越強(qiáng)，降水的電導(dǎo)率就越大，反之則越小[2]。在第二季度大氣降水中，離子總濃度最高，電導(dǎo)率表現(xiàn)出全年最 高值。

5.2 各類污染物排放總量的影響

嘉峪關(guān)市作為我國(guó)西北地區(qū)最大的碳鋼和不銹鋼生產(chǎn)基地，已形成以冶金工業(yè)為主體，化工、電力、建材、機(jī)械、輕紡、食品為輔的工業(yè)體系。2017年，嘉峪關(guān)市工業(yè)二氧化硫排放量28 815 t，同比增長(zhǎng)-3.96%；工業(yè)氮氧化物排放量24 823 t，同比增長(zhǎng)-16.3%[3-4]。自2018年起，嘉峪關(guān)市全面啟動(dòng)污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，不斷加大大氣污染防治力度，積極開(kāi)展燃煤鍋爐淘汰，有序推進(jìn)農(nóng)村改暖、改炕、改灶、改廚綜合改造工程項(xiàng)目，嚴(yán)格控制各類污染物排放總量，使當(dāng)?shù)亟邓话愠嗜鯄A性，未出現(xiàn)酸雨（pH ＜5.6）現(xiàn)象。

5.3 地理地貌和氣候條件的影響

嘉峪關(guān)市轄區(qū)略呈平行四邊形，境內(nèi)地勢(shì)平坦，土地類型多樣。工業(yè)園區(qū)主要分布在城市的周邊，企業(yè)排放的各類污染物處于城市的下風(fēng)向，可有效地降低大氣中各類污染物的含量。嘉峪關(guān)市屬于溫帶大陸性荒漠氣候，日照長(zhǎng)而強(qiáng)烈，蒸發(fā)量大，降雨量少，大風(fēng)天氣多，晝夜溫差大。特別是冬季、凌晨和夜間易形成逆溫層，使近地面的煙塵、污染物、水汽凝結(jié)物無(wú)法擴(kuò)散。

6 控制建議

為了創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境，確保打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，要不斷加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)管，突出重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)領(lǐng)域和重點(diǎn)行業(yè)，統(tǒng)籌兼顧、分類施策、精準(zhǔn)發(fā)力，形成政府統(tǒng)領(lǐng)、企業(yè)施治、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、公眾參與、社會(huì)監(jiān)督的大氣污染防治新機(jī)制。

強(qiáng)化燃煤污染綜合整治，全面完成轄區(qū)內(nèi)燃煤鍋爐綜合整治，加大煤質(zhì)管控力度，并做好總量控制。強(qiáng)力推進(jìn)工業(yè)污染源治理，嚴(yán)格執(zhí)行“三同時(shí)”制度和建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收工作，嚴(yán)控“兩高”行業(yè)新增產(chǎn)能，限制“兩高”行業(yè)項(xiàng)目建設(shè)，切實(shí)化解過(guò)剩產(chǎn)能。

完善重點(diǎn)行業(yè)環(huán)境監(jiān)管體系，加大對(duì)重點(diǎn)企業(yè)污染排放源的監(jiān)督、監(jiān)察和監(jiān)測(cè)力度。同時(shí)，積極開(kāi)展大氣污染排放源全面達(dá)標(biāo)排放治理改造，鼓勵(lì)企業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用先進(jìn)的脫硫脫銷技術(shù)和生產(chǎn)工藝，使企業(yè)有效地減輕環(huán)境污染[5-6]。