（环境工程专业论文）南昌市大气颗粒物与酸性降水关系研究.pdf

摘要 摘要 为研究颗粒物对酸性降水的作用，国内外不少学者测定了它的酸度和化学 组分。大气颗粒物中的水溶性成分易溶于雨水，是酸性降水中化学成分的直接 来源，它随着降水在陆地环境中迁移而进入生物体，会对生态环境及人体健康 产生影响，因此研究其变化特征对于酸雨的研究至关重要。本文系统收集南昌 市2 0 0 5 2 0 0 7 年的降水资料，并从2 0 0 7 年1 1 月份开始至2 0 0 8 年6 月采集南昌 市大气颗粒物( t s p 和p m l o ) 样品，2 0 0 8 年3 - 6 月在南昌大学前湖校区校园内 采集降水样品，并进行相应的实验室分析工作，获得了一些非常有价值的成果， 主要有： ( 1 ) 南昌市酸雨污染相当严重，月度酸雨频率几乎达到1 0 0 ，城区酸度 大于郊区，酸雨频率亦显著高于郊区。我市的酸雨呈硫酸型，降水酸度主要由 硫酸根离子提供。 。 ( 2 ) 大气颗粒物污染也非常严重，t s p 和p m l o 的超标率分别为3 8 4 6 和 5 0 5 5 ，与标准浓度的比值分别为0 9 4 8 和1 0 6 8 ，p m l o 的污染程度大于t s p ； 大气中t s p 和p m l o 质量浓度随时间变化幅度较大，但它们的变化趋势非常相似， 有很好的相关性；5 个监测点的t s p 和p m l o 的污染程度是罗家集 罗家集区 前 湖校区 南大北区 下罗。 ( 3 ) 南昌市大气颗粒物( t s p 与p m l o ) 中水溶性无机离子无论是t s p 还 是p m l o 中，阴离子质量浓度均是s 0 4 2 。 n 0 3 c r f 。，阳离子质量浓度是c a 2 + k 哆n a + m g z + ，n 0 3 和s 0 4 2 在各个测点的检出量都很高，二者构成了南昌市大 气颗粒物水溶性无机离子的主要组成部分，这显然与当地受燃煤污染和自然源 的影响分不开的；各水溶性组分占颗粒物质量百分比也不尽相同，总体来说是 占p m l o 中比t s p 质量百分比高；各离子之间大多数相关不明显；但一些离子之 间也存在较显著的相关系数，这主要受离子来源影响；降水中各种离子浓度与 颗粒物中水溶性无机离子污染特征相似，呈一个污染类型，这表明降水中离子 浓度受颗粒物影响较大。 ( 4 ) 五个观测点颗粒物的酸度有一定的差别，但罗家集区的颗粒物初始酸 度较小，其原因主要是因为罗家集区受氨厂和南昌钢铁厂的影响较大。南昌市 颗粒物的缓冲能力很小，非常有利于降水的酸化，这反映了中国南方地区大气 摘要 气溶胶的污染特征。随着粒子粒径的减小，粒子的酸度有所降低，酸化缓冲能 力也有所下降。 ( 5 ) 在同一降水过程的不同阶段，雨水对大气颗粒物的去除作用是不同的， 在降水的初期，雨水的电导率及化学组分浓度在迅速下降，降水对颗粒物的去 除作用明显，以后随着降水过程的持续，雨水的电导率和化学组分会出现不同 程度的波动。降水对颗粒物中不同化学组分的去除作用显著，除n a + 、m 孑+ 的去 除作用不明显外，其它离子如n 0 3 。、8 0 4 2 、n h 4 + 等二次组分以及k + 、c a 2 + 都能 够被降水有效地去除。 关键词：大气颗粒物；t s p , p m l o ；降水酸度；酸雨；离子 i i a b s t r a c t a b s t r a c t t os t u d yt h ee f f e c to fa t m o s p h e r i cp a r t i c l e si na c i dp r e c i p i t a t i o n ，l o t so f s c h o l a r sm e a s u r e di t sa c i d i t ya n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o n w a t e r - s o l u b l ec o m p o n e n t s i na t m o s p h e r i cp a r t i c l e sc a ne a s yd i s s o l v ei nt h er a i n w a t e r ，b e i n gd i r e c ts o u r c eo f c h e m i c a lc o m p o s i t i o ni nr a i n w a t e r i tm i g r a t e si n t ot h ee n v i r o n m e n to r g a n i s ma n d w i l lh a v ea ni m p a c to nh u m a nh e a l t ha n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，s os t u d y i n gi t s v a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si sv e r yi m p o r t a n tt ot h es t u d yo na c i dr a i n i nt h i ss t u d y ，t h e a c i dr a i nd a t af r o m2 0 0 5t o2 0 0 7a n da t m o s p h e r i cp a r t i c l e s ( t s pa n dp m t 0 ) f r o m d e c e m b e r2 0 0 7t oj u n e2 0 0 8w e r ec o l l e c t e d f r o mm a r c ht oj u n ed u r i n gt h eo f 2 0 0 8 ，p r e c i p i t a t i o ns a m p l e si nt h ec a m p u sa tq i a n h us c h o o ld i s t r i c to fn a n c h a n g u n i v e r s i t yw e r ec o l l e c t e d ，a n dl a b o r a t o r ya n a l y s i sw a sd o n ea tt h i st i m e s o m en e w a n dv a l u a b l er e s u l t so b t a i n e da sf o l l o w - ( 1 ) i nn a n c h a n g ，t h ea c i dr a i np o l l u t i o ni sv e r ys e r i o u s ，m o n t h l ya c i dr a i n f r e q u e n c ya l m o s tr e a c h e d10 0 u r b a na c i d i t yi sg r e a t e rt h a nt h es u b u r b ，a c i dr a i n f r e q u e n c yi sa l s og r e a t e rt h a nt h es u b u r b a c i dr a i n i no u rc i t yi ss u l f a t et y p e ， p r e c i p i t a t i o na c i d i t yi sm a i n l yp r o v i d e db ys u l f a t ei o n ( 2 ) a t m o s p h e r i cp a r t i c l ep o l l u t i o ni sa l s ov e r ys e r i o u s ，t h eo v e rs t a n d a r dr a t e o ft s pa n dp m l 0w e r e3 8 4 6 a n d5 0 5 5 ，s u p e r s t a n d a r dm u l t i p l ew e r eo 9 4 8a n d 1 0 6 8 ，p o l l u t i o nd e g r e ei st s p p m i 0 m a s sc o n c e n t r a t i o na b o u tt s pa n dp m l oi nt h e a t m o s p h e r ec h a n g e sr e l a t i v e l yg r e a t l y ，b u tt h e yh a v eas i m i l a rv a r i a t i o nt e n d e n c y ，、) ，i 吐l v e r yg o o dc o r r e l a t i o n p o l l u t i o nd e g r e ea tf i v es a m p l i n gp o i n t si sl u o ji a q i a n h u b e i q u x i a l u o ( 3 ) w a t e r - s o l u b l ei n o r g a n i ci o n si nt h ea t m o s p h e r i cp a r t i c l e s ( t s pa n dp m l 0 ) o f n a n c h a n gc i t y ，n e i t h e ri nt s po rp m i0 ，m a s sc o n c e n t r a t i o no fa n i o ni s s 0 4 小 n 0 3 c l f 。a n dm a s sc o n c e n t r a t i o no fc a t i o ni sc a 2 + l n a + m d + d e t e c t i o n l e v e lo fn 0 3 a n d8 0 4 2a te a c hs a m p l i n gp o i n ti sh i g h ，t h e s et w oi o n sav e r yi m p o r t a n t p a r to ft h ew a t e r - s o l u b l ei n o r g a n i ci o n si nt h ea t m o s p h e r i cp a r t i c l e so f n a n c h a n gc i t y ， w h i c hi s o b v i o u s l yr e l a t e dt ot h el o c a lc o a l b u r n i n gp o l l u t i o na n dn a t u r a ls o u r c e s m a s sp e r c e n t a g e so fw a t e r - s o l u b l ei n o r g a n i ci o n si nt h ea t m o s p h e r i c p a r t i c l ew e r en o t i i i t h es a m e ，b u ti ng e n e r a li ti sh i g h e ri np m l ot h a ni nt s p t h e r ew a s n oo b v i o u s c o r r e l a t i o nb e t w e e nm o s ti o n s ，b u ts i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n te x i s t si ns o m e i o n s t h i sw a sw a sa f f e c t e db yt h es o u r c e so fi o n s c h e m i c a lc o m p o s i t i o n i n p r e c i p i t a t i o ni ss i m i l a rt ot h ep o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ew a t e r - s o l u b l ei n o r g a n i c i o n si nt h ea t m o s p h e r i cp a r t i c l e s t h e yw e r et h es a m ep o l l u t i o nt y p e ，w h i c h s h e wt h a t i o nc o n c e n t r a t i o ni np r e c i p i t a t i o ni sg r e a t l yi n f l u e n c e db yp a r t i c u l a t em a t t e r ( 4 ) a c i d i t yo fa i r b o r n ep a r t i c u l a t em a t t e ra tf i v es a m p l i n gp o i n t sh a v es o m e d i f f e r e n c e ，b u ti m t i na c i d i t ya tl u o j i aw a ss m a l l e r t h er e a s o nm a y b el u o j i aw a s g r e s f l va f f e c t e db ya m m o n i ap l a n ta n dn a n c h a n gs t e e lp l a n t a c i d i f i c a t i o nb u f f e r a b i l i t yo fa i r b o m ep a r t i c u l a t em a t t e ri nn a n c h a n g i sv e r yp o o r ，w h i c hi sb e n e f i c i a lt o a c i d i f i c a t i o no fr a i n f a l l t h i sr e f l e c t st h ep o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h e a e r o s o l si n s o u t h e m 龇e ao fc h i n a a c i d i t ya n da c i d i f i c a t i o nb u f f e ra b i l i t yo fp a r t i c l e sd e c r e a s e d 、析t ht h ed e c r e a s eo fp a r t i c l es i z e ( 5 ) a td i f f e r e n ts t a g e si no n ep r e c i p i t a t i o np r o c e s s ，r a i n w a t e rh a dd i f f e r e n t r e m o v a le f f e c to na t m o s p h e r i cp a r t i c l e s e ca n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fr a i nw a t e r d e c r e a s e dg r e a tl ya tt h eb e g i n n i n go ft h er a i n r a i n w a t e rh a ds i g n i f i c a n t l yr e m o v a l e f f e c to na t m o s p h e r i cp a r t i c l e s a st h ep r e c i p i t a t i o np r o c e s sl a s t ， e ca n dc h e m i c a l c o m p o s i t i o no fr a i nw a t e rh a df l u c t u a t i o na td i f f e r e n td e g r e e r a i n w a t e rh a dg r e a t r e m o v a le f f e c to nd i f f e r e n tc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fa t m o s p h e r i cp a r t i c l e s e c x e p t r i l e o n s p i c u o u sr e m o v a le f f e c to nn a + a n dm 9 2 + ，r a i n w a t e rc a ne f f e c t i v e l yr e m o v e t h e s e c o n d a r ya e r o s o ls u c ha sn 0 3 ，s 0 4 2 ，n h 4 a sw e l la sk + ，c 矿 k e yw o r d s ：a t m o s p h e r i cp a r t i c l e s ；t s p ：p m l 0 ；p r e c i p i t a t i o n a c i d i t y ：a c i dr a i n ；i o n i v 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：f 簪李主握严字日期：沙僻j 堋l 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：彳缶、耙哳 导师签名：吲磊理一 。 签字日期：矽始年j 朗7 日 签字日期：沙稃年7p 月p 1 日 第1 章引言 第1 章引言 1 1 课题的由来及意义 “酸雨 一词最早是由英国化学家史密斯于1 8 7 2 年提出，他在空气和降 雨：化学气候学的开端一书中首次提出“酸雨”这一术语【l j ，到2 0 世纪4 0 年代 酸雨引起了各国学者的普遍关注【2 1 。2 0 世纪6 0 年代，瑞典土壤学家对湖泊和大 气化学做了大面积的综合研究，发现酸性降水在欧洲是一个大范围的现象，而 且降水的酸度在不断提高；1 9 7 1 年，瑞典政府向联合国人类环境会议提出一个 报告，指出穿越国界的大气污染和酸性降水对环境有严重的影响【3 1 ；1 9 7 5 年在 美国举行了第一次国际酸性降水和森林生态系统讨论会，从此酸雨才成为公认 的全球性环境污染问题之一，现已与全球气候变暖、臭氧层破坏并列为世界三 大生态环境灾难。我国酸雨面积已占国土面积的4 0 ，成为继欧洲、北美之后 的第三大酸雨区【4 】。因此，加强酸雨问题的研究，找出酸雨形成的主要原因以及 影响降水酸度的主要因素对地方相关部门制定酸雨防治计划和措施，减少酸雨 的危害必然有着十分重要的意义。 影响降水酸度的因素有多种，其中气溶胶是一个重要因素。气溶胶指的是 液体或固体微粒均匀的分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。人们赖以生 存的环境大气，实际上就是各种固体或液体微粒均匀的分散在空气中形成的一 个庞大的分散体系，也就是一个大的气溶胶体系，称为大气气溶胶。气溶胶对 降水的p h 有重要影响，它可能促进降水的酸化，也可能对降水的酸化起到缓冲 作用，从而抑制降水的酸化1 1 。因此研究气溶胶与酸性降水的关系，有助于分 析大气颗粒物对降水的影响以及颗粒物本身的污染特征，对于制定方针措施， 减少污染物的排放，控制城市大气颗粒物，降低城市降水酸度，提高城市环境 空气质量具有及其重要的意义。 1 2 酸雨的定义 酸雨是指p h 值低于5 6 的大气降水，包括酸性雨、酸性雪、酸性雾和酸性 露。近几年来，随着研究的深入，过去被大量引用的“酸雨 ( a c i dr a i n ，a c i d p r e c i p i t a t i o n ) 的提法逐渐被“酸沉降 ( a c i dd e p o s i t i o n ) 所取代。一般将酸性 第1 章引言 污染物以潮湿( 湿沉降，w e td e p o s i t i o n ) 和干燥( 干沉降，d r yd e p o s i t i o n ) 两 种形式从大气中降落到地球表面的过程叫做酸沉降。 事实上对于酸雨p h 值低于5 6 界定一直就有争议，如果只把二氧化碳作为 影响天然降水p h 的因素，在常温时溶解于雨水中并达到气液相平衡后，雨水之 酸碱值约为5 6 。但是，在大自然中，仍存在其它致酸的物质，例如，火山爆发 所喷出的硫化氢，海洋所释放出的二甲基硫，高空闪电所导致之氮氧化物等， 均会使雨水进一步酸化，而酸碱值会降至5 0 左右。因此，自1 9 8 0 年代后期以 来，许多国内外( 包含环保署研究报告) 研究者，己将所谓“酸雨”认知为当雨水 酸碱值在5 0 以下时，即确定受到人为酸性污染物的影响。s t e n s l a n d 等在分析了 美国东部1 9 5 5 1 9 5 6 的降水数据后指出雨水p h 值的背景值约为5 0 1 1 2 j ，因此， 在环保署研究报告中，已统一雨水酸碱值达5 o 以下时，正式定义为“酸雨”【l 孓1 4 1 。 1 3 酸雨研究进展 当前，世界最严重的三大酸雨区是西北欧、北美和中国。我国酸雨的现状 是：酸雨区主要位于长江以南，南方大多数城市和地区普遍出现酸雨，以西南、 华南地区最为严重，同时酸雨面积近年来大幅度扩大，针对酸雨的发生与危害 情况，中外环境保护及相关学科的科学者从事了酸雨的形成、危害、治理等方 面的系统研究，取得了显著的成绩。 1 3 1 国外酸雨研究概况 早在英国化学家史密斯于1 8 7 2 年提出“酸雨”这一术语【l 】之前的1 9 世纪 4 0 年代，史密斯等人已经在英格兰开始了对酸沉降现象最初的科学调查【1 5 】，但 直到2 0 世纪4 0 年代，斯堪的尼维亚半岛( 瑞典和挪威) 酸化问题给湖泊鱼类 带来毁灭性的危害后，酸沉降现象才引起各国学者的普遍关注。5 0 年代初，酸 雨己成为全球性的污染问题，5 0 年代中期，美国生态学家e 勒姆对土壤酸化、 酸雨对湖泊水的影响进行研究，并指出降水酸性是由于燃料排出的酸性物造成。 但直到1 9 7 2 年，联合国在斯德哥尔摩召开的人类环境会议上，瑞典才第一次把 酸雨作为国际性问题提出，并阐述了酸雨及致酸物质的迁移【l6 1 。7 0 年代末美国 和欧洲一些国家相继发现酸雨与森林的大面积退化有着直接关系。瑞士联邦林 业研究所的w 波斯哈特总结了前人的研究成果后指出：酸雨对植物叶子造成直 接危害，而通过酸化土壤造成间接危害【1 7 】。国外许多学者从8 0 年代初期开始研 究酸沉降对土壤化学状况的影响，如土壤酸化与土壤化学状态、土壤缓冲性及 2 第1 章引言 缓冲速率的关系【1 8 】。 近年来，国外发达国家在研究酸雨来源和大气污染物迁移机理的同时，更 多地关注缔结国际性公约，将缓解环境酸化、富营养化和地面臭氧纳入集成的 统一战略。目前世界上一些国家对酸沉降采取的最新研究方法是计算机模拟技 术，如美国已成功模拟了南部氮、硫化物的沉降对当地森林土壤的影响i l 引，从 欧美和东亚酸雨研究综合情况来看，酸雨研究主要在以下1 1 个领域【1 9 】： ( 1 ) 酸性物质的发生及发生源的对策研究： ( 2 ) 关于酸性污染物质的反应、迁移和扩散研究： ( 3 ) 湿沉降和干沉降的研究： ( 4 ) 对陆地生态影响的研究： ( 5 ) 对水生生态影响的研究： ( 6 ) 酸性污染物的生物地球化学行为研究： ( 7 ) 关于对生态系统影响的评价模式研究； ( 8 ) 受污染后的生态恢复研究： ( 9 ) 对文化遗产及建筑物的影响研究； ( 1 0 ) 分析方法和监测方法开发： ( 1 1 ) 区域综合研究与评价。 1 3 2 国内酸雨研究概况 国内对酸雨的研究最早可追溯到二十世纪二、三十年代。当时，我国西南 地区的贵阳、重庆等地就出现了p h 值 1 月 4 月 2 月；洪都钢铁厂t s p 、p m l o 的月均质量浓度按 从高到低的顺序排列是1 月 3 月 4 月 2 月。2 月份t s p 、p m l o 的月均质量浓 度均最低，其中前湖校区分别为1 8 4 4 ，9 2 o f t g m 3 ，洪都钢铁厂分别为2 9 4 6 p g m 3 和13 6 3 i _ t g m 3 ，超标日数与超标率也最低，前湖校区均为o ，洪钢均为3 3 3 。 其污染水平相对较低的原因是因为在2 月份的连续的雨雪天气，雨雪对气溶胶 起到冲刷作用，使得天气条件有利于颗粒物扩散。并且外来冷空气的影响很容 易将逆温层破坏，所以这时候的污染水平往往较低。 4 4 3t s p 和p m l o 的空间变化规律 分别取南昌大学前湖校区6 楼顶等5 个采样点得到的t s p 和p m l o 样品的平 均质量浓度做完各个采样点的日均质量浓度。基于在不同地点分别同时连续采 样2 4 h ，可以较为准确地建立起同时期不同点t s p 和p m l o 样品日均质量浓度间 的对比关系( 图4 6 ) 。 第4 章南昌市t s p 与p m i o 质量浓度变化特征 并将整个南昌市的p m l o 和t s p 的日均质量浓度做线性回归( 见图4 7 ) ，以期直 观地表现p m l o 和t s p 的相互关系。 表4 8 南昌5 个采样点p m l o 和t s p 的比例 t a b l e4 8t h ep r o p o r t i o n so f p m l ot ot s pa tf i v es a m p l i n gp o i n t si nn a n c h a n gc i t y 2 4 0 2 2 0 2 0 0 1 8 0 1 6 0 1 4 0 1 2 0 1 0 0 8 0 3 5 0 3 0 0 n 暑2 5 0 菩2 0 0 亳1 5 0 薹1 0 0 u 5 0 0 1 5 0 2 0 02 5 03 0 03 5 04 0 0 4 5 05 0 0 c ( t s p ) ( 拉g m 3 ) ( a ) 罗家集区 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 c ( t s p ) ( i _ t g m 3 ) ( c ) 前湖 彳、 鼍 3 奄 墓 吝 彳、 罢 3 奄 荟 吝 3 2 1 8 02 0 02 2 02 4 02 6 02 8 03 0 03 2 0 c ( t s p ) ( “g m 3 ) ( b ) 洪钢 2 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 0 c ( t s p ) ( “g m 3 ) ( d ) 洪钢 o 0 0 o 0 0 侣 侣 似 住 8 昌se(o一芝d)o 4 3 3 2 2 1 1 彳、 g 望 童 芝 邑 u 第4 章南昌市t s p 与p m l 0 质量浓度变化特征 01 0 02 0 03 0 04 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 c ( t s p ) ( g g m 3 ) ( e ) 下罗 ： 曼 翌 - 一 釜 主 ) c ( t s p ) ( i t g m 3 ) ( f ) 南昌市 图4 7 t s p 与p m l o 的相关性曲线 f i 酣7c o r r e l a t i o no fc ( t s p ) a n dc ( p m i o ) 从表4 8 中可以看出5 个不同的采样点有着不同的p m l o 厂r s p 值，也就表明 它们有着不同的颗粒物构成，有着不同的污染物来源，但是相差不大。前湖校 区和南大北区的p m l o 厂r s p 比值最高，分别为0 5 9 和o 5 5 ，它们受到城市路尘、 柴油车排放尘的影响较大，这是因为可吸入颗粒主要来自城市路尘、柴油车排 放尘【删，罗家集区、洪钢次之，分别为o 5 5 和o 5 3 ，这是由于受钢铁工业的影 响，t s p 中粗颗粒的浓度比较大。远郊区对照点下罗居民区比值最小，周围环境 燃煤量少，汽车尾气少，t s p 中p m l o 的比例不足5 0 。 从图4 7 可以看出，各点t s p 与p m l o 质量浓度相关性较好，相关系数分别 为0 6 3 4 、0 6 0 1 、0 7 1 3 、0 8 1 7 、0 9 9 6 ，而整个南昌市的相关系数为0 7 8 1 。 4 5 本章小结 大气颗粒物研究是环境科学可环境管理重点关注的问题之一。在研究期间， 在南昌市罗家集区、洪都钢铁厂、前湖校区、南昌大学北区、下罗村民住宅区 进行了颗粒物的质量浓度分析，讨论了南昌市t s p 与p m l o 质量浓度的时间空间 分布，主要结论如下： ( 1 ) 南昌市环境空气中大气颗粒物t s p 和p m i o 日均值分别为2 8 4 5 1 x g m 3 和1 5 9 3 肛g m 3 ，超标率分别为3 8 4 6 和5 5 0 5 ，与标准浓度的比值分别为0 9 4 8 和1 0 6 8 。t s p 与p m l o 日超标率较高，p m l o 的污染程度大于t s p ，南昌市大气 颗粒物的污染非常严重。 3 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 加；5；筋加佰位5 o 4 3 3 2 2 1 1 第4 章南昌市t s p 与p m l 0 质量浓度变化特征 ( 2 ) 2 0 0 7 年l lb - 2 0 0 8 年6 月南昌市大气中t s p 和p m l o 质量浓度变化幅 度较大，但是它们的变化趋势非常相似，有很好的相关性。 ( 3 ) 2 0 0 7 年1 1 月2 0 0 8 年6 月南昌市5 个监测点的t s p 和p m i o 的污染程 度是洪都钢铁厂 罗家集区 前湖校区 南大北区 下罗。 3 4 第5 章t s p 与p m l 0 中水溶性无机离子的组成特征及其与降水的关系研究 第5 章t s p 与p m l o 中水溶性无机离子的组成特征及其与 降水的关系研究 5 1 研究意义 颗粒物凝结核是水汽凝结为云雾滴的核心，当雨滴通过低层大气时，又可 以通过碰并过程捕获许多大气颗粒物，从而改变雨水中的离子浓度与酸碱平衡 的状况。大气颗粒物由于其污染来源的不同导致组成成分也非常复杂1 3 ，其中 水溶性组分作为颗粒物的一个重要组成部分( 人为因素或者自然因素产生) 一 直以来是大气化学研究的热点问题。在降水的过程中，通过大气对颗粒物的淋 洗，降水原有的酸碱度将会发生变化。雨水中的酸化反应实际上是降水和颗粒 物中各种离子的平衡结果【5 。因而对颗粒物中的水溶性离子( 如k + 、n a + 、c a 2 + 、 n 0 3 、s 0 4 2 - 、n i - h + 等) 进行分析，将有助于研究其对降水和地表水的影响和进 一步了解南昌地区酸雨的成因，以及帮助了解大气的污染程度，控制酸雨污染。 5 2 研究方法 离子色谱( 简称i c 法) 对水溶性离子的监测具有简便快速、灵敏度高、选 择性好的特点。由于南昌大学鄱阳湖研究中心提供的离子色谱仪只有阴离子色 谱柱，而i c p 发射光谱法具有很好的精密度和准确度，受样品基体的影响很小， 具有同时或顺序多元素测定能力。因此本研究采用i c 法和i c p 发射光谱法分别 对南昌地区t s p 和p m l o 中的水溶性阴离子( f 、c 1 。、n 0 3 。、s 0 4 2 - ) 和阳离子( k + 、 n a + 、ca _ 2 + 、m 9 2 + ) 进行测定，用纳式试剂比色法测定n h 4 + 离子，对这9 种水溶 性离子进行全面分析，同时还对降水中这9 种离子浓度进行了测定。对水溶性 离子的浓度分布以及该地区降水的元素组成特征等，进行了综合分析和研究。 3 5 第5 章t s p 与p m l 0 中水溶性无机离子的组成特征及其与降水的关系研究 5 3 结果与讨论 5 3 1 南昌市大气颗粒物( t s p 和p m l o ) 中水溶性无机离子浓度的组成特征 南昌市大气颗粒中水溶性无机离子含量丰富，对南昌市大气颗粒物中9 种 水溶性无机离子( f 、c 1 。、n 0 3 。、s 0 4 2 。、k + 、n a + 、c a 2 + 、m 9 2 + 、n h 4 十) 进行分 析测定，表5 1 5 5 是2 0 0 7 年1 1 月2 0 0 8 年6 月南昌市t s p 与p m l o 的化学分 析结果为了更加直观地表现各组分浓度关系，并将各种离子对总离子浓度贡献 率做饼图，见图5 1 。 表5 1 罗家集区t s p 与p m l o 质量浓度与其中水溶性组分浓度对照表( p g m 3 ) t a b l e5 一c o m p a r i s o no fm a s sc o n c e n t r a t i o n sa n dm a s sp e r c e n t a g e so fw a t e r - s o l u b l ec o m p o n e n t s i nt s pa n dp m l oa tl u o j i a j i ( r t g m ) t s p lf 。lc l 。in 0 3 。is 0 4 2 一lk + in a * ic d + im 9 2 + in h 4 + 质量浓度( i t g m 3 ) 平均值 3 0 6 4 0 2 72 3 63 2 1 23 6 3 70 6 30 4 60 8 90 2 00 9 0 最大值4 5 6 20 9 97 3 34 6 7 85 5 6 21 0 50 9 71 2 6o 3 81 3 2 最小值1 8 7 50 1 2o 7 81 7 5 21 9 3 00 2 60 2 30 2 l0 0 30 5 6 标准偏差o 2 31 9 68 5 68 9 7o 1 40 1 30 1 90 0 70 1 4 各组分占颗粒物质量比例( ) 平均值0 0 8o 5 67 2 4l o 3 3o 1l0 0 90 1 90 0 60 1 9 最大值 0 5 21 5 l1 6 3 21 8 8 9o 2 6o 1 90 2 50 1 40 5 6 最小值 o 0 6o 2 13 2 64 2 30 0 30 0 30 0 80 0 40 0 7 标准偏差 0 。1 5o 2 73 2 62 2 l0 0 80 0 2o 0 6o 0 3o 1 1 p m l 0 f c l 。 n 0 3 。s 0 4 2 。 k + n a +c a 2 + m 9 2 + n h ， 质量浓度( i _ t g m 3 ) 平均值 1 6 8 10 1 61 9 42 8 8 93 3 3 50 4 40 2 50 6 70 1 40 4 3 最大值2 0 3 4o 4 55 3 63 3 3 24 5 0 40 6 7o 3 01 3 2o 2 10 8 9 最小值9 8 8o 0 30 3 21 5 6 21 1 2 0o 2 30 1 20 3 40 0 5o 1 3 标准偏差 0 1 21 2 34 2 18 9 60 1 20 0 5o 2 00 0 60 0 7 占颗粒物质量比例( ) 平均值0 1 21 0 41 5 4 11 7 7 90 2 40 1 4o 3 60 0 8o 2 3 最大值0 4 l3 0 2 2 6 3 2 2 6 3 2o 4 20 2 30 7 7o 1 5o 6 6 最小值 o 0 80 8 9 7 1 4 4 6 30 0 9o 0 70 0 80 0 3o 0 5 标准偏差 o 1 3o 2 3 6 8 5 6 5 40 0 80 0 6o 2 30 0 40 1 5 3 6 第5 章t s p 与p m i o 中水溶性无机离子的组成特征及其与降水的关系研究 表5 2 南犬北区t s p 与p m l o 质量浓度与其中水溶性组分浓度对照表( i ，t g m 3 ) t a b l e5 2c o m p a r i s o no f m a s sc o n c e n t r a t i o n sa n dm a s sp e r c e n t a g e so f w a t e r - s o l u b l ec o m p o n e n t s i nt s pa n dp m l o a tb e i q u ( i _ t g m 3 ) 质量浓度( p g m 3 ) 平均值 2 3 0 70 8 12 o o1 4 6 43 3 4 60 4 80 1 83 3 4o 2 10 1 9 最大值 3 1 2 32 7 l3 5 04 8 3 25 2 2 6o 9 l0 3 2 4 6 2o 2 60 5 2 最小值 1 9 6 3o 0 70 4 5 4 5 8 1 2 5 4o 1l0 1 l1 3 60 1 20 0 4 标准偏差 3 7 10 8 31 2 38 9 87 6 80 1 80 0 6 0 7 80 0 4o 1 2 占颗粒物质量比例( ) 平均值 o 2 30 5 56 4 21 4 5 60 2 20 1 11 4 5o 1 lo 1 0 最大值0 8 91 1 01 5 2 32 4 5 60 4 4 0 1 41 8 90 1 5o 1 9 最小值 0 0 60 2 5 4 0 6 4 2 30 1 2o 0 8o 0 60 0 40 0 3 标准偏差 0 1 2o 2 83 5 25 0 20 0 90 0 30 5 6 o 0 50 0 6 p m l 0 f 。c l - n 0 3 。 s 0 4 2 。 k +n a +c a 2 + m g +n i l 4 + 质量浓度( i _ t g m 3 ) 平均值 1 3 3 9o 2 51 0 38 0 22 4 3 6 o 0 9o 0 93 0 60 0 70 0 8 最大值 1 9 4 92 0 22 2 0 1 7 6 6 3 8 6 20 1 50 1 54 5 6o 1 3 0 1 7 最小值 8 8 60 0 6o 2 72 3 31 7 4 2 0 0 30 0 61 0 40 0 2o 0 3 标准偏差 0 8 91 3 2 4 5 3 6 5 20 0 20 0 31 0 5o 0 6o 0 3 占颗粒物质量比例( ) 平均值 0 3 5o 4 5 8 5 6 1 7 3 5o 3 5o 1 91 6 9o 2 00 2 2 最大值 o 6 9o 5 61 7 8 92 8 6 30 6 50 2 6 3 5 00 3 40 6 8 最小值 0 2 2 0 1 03 5 85 6 l o 1 2o 0 70 6 20 0 6o 0 6 标准偏差 0 1 80 1 57 0 37 0 30 0 90 0 6o 6 00 0 40 1 4 3 7 第5 章t s p 与p m i o 中水溶性无机离子的组成特征及其与降水的关系研究 表5 3 前湖校区t s p 与p m i o 质鼍浓度与其中水溶性组分浓度对照表( p g m 3 ) t a b l e5 3c o m p a r i s o no fm a s sc o n c e n t r a t i o n sa n dm a s sp e r c e n t a g e so fw a t e r - s o l u b l ec o m p o n e n t s i n t s p a n d p m l o a t q i a n h u ( g g m 3 ) t s pf c l _ n 0 3 s 0 4 2 。 k +n a +c a 2 + m 9 2 +n h 4 + 质量浓度( p g m 3 ) 平均值2 5 0 。90 6 l1