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

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

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。