南通市冬季PM2.5中水溶性离子污染特征

2020-04-06蒋荣严飞杨杰钱震

环境监控与预警 2020年2期

蒋荣，严飞，杨杰，钱震

(江苏省南通环境监测中心，江苏南通 226006)

细颗粒物(PM2.5)已成为我国大部分地区冬季的主要污染物，水溶性离子作为PM2.5最主要成分，占其质量浓度的40%以上[1]。目前国内外围绕水溶性离子的研究已有很多，国内研究主要集中在长三角、京津冀等经济较发达和污染相对较严重的城市或区域[2-4]，对于类似南通这样的三线城市研究相对欠缺。南通市东临黄海，海洋气流的影响决定了其大气污染物特征的独特性。现采用2016和2017年冬季南通市大气多参数站连续在线监测数据，对南通市冬季PM2.5中水溶性离子污染特征进行研究，为南通市大气污染防治提供技术借鉴。

1 研究方法

参照农历立春时间，将2016年12月—2017年2月划分为2016年冬季，2017年12月—2018年2月划分为2017年冬季；采用同时具有PM2.5和水溶性离子有效数据的小时数据为样本，共获取冬季样本数4 095个。

2 结果与分析

2.1 南通市冬季ρ(PM2.5)

样本数据统计得出，2016和2017年冬季PM2.5均值分别为58和54 μg/m3，远高于其年均值，2016和2017年南通市大气多参数站监测PM2.5年均值分别为44和40 μg/m3，由于管控力度增大等原因，2017年大气颗粒物污染较2016年整体有好转。冬季ρ(PM2.5)相对偏高主要是因为一方面冬季常受高压控制，大气层结稳定，大气边界层高度低，浓雾、逆温等气象条件频发，降水稀少，易于颗粒物累积，造成本地累积性颗粒物污染；另一方面冬季常有冷空气南下，将北方供暖燃煤等因素造成的颗粒物污染携带过来，造成外源输入性颗粒物污染。

2.2 南通市冬季水溶性离子污染特征

2.2.1ρ(水溶性离子)

图1 各ρ(水溶性离子)和占ρ(PM2.5)百分比

国内主要城市ρ(水溶性离子)占ρ(PM2.5)百分比见表1。由表1可见，与国内其他主要城市对比，南通市冬季ρ(PM2.5)较低，但ρ(水溶性离子)总和ρ(SNA)占ρ(PM2.5)百分比相对较高，仅低于武汉2014年冬季重污染过程。各城市之间的差异受城市污染来源、城市空气湿度、采样时间、采样方式等多种因素影响，但均反映出了水溶性离子是PM2.5重要组分。

表1 国内主要城市水溶性离子占PM2.5质量百分比

①清洁过程；②重污染过程。

表2 硝酸盐与硫酸盐的质量比及其二次转化结果

NOR和SOR计算公式为：

(1)

(2)

2.2.3 离子间的相关性分析

通过分析水溶性离子之间的相关性，可在一定程度推断其各组分之间的结合方式和来源。冬季PM2.5及其水溶性离子相关性分析结果见表3。

表3 PM2.5中水溶性离子的相关性分析①(n =4 095)

①**为在α =0.01水平显著相关，*为在α=0.05水平显著相关。

除Na+外，Cl-与所有阳离子均在α=0.01水平显著相关，表明Cl-较易以氯化钾(KCl)、氯化铵(NH4Cl)、氯化钙(CaCl2)、氯化镁(MgCl2)等多种形式存在。K+作为生物质燃烧的指示离子[10]，与Cl-呈较好的相关性，说明生物质燃烧对Cl-贡献较大，但南通市冬季无农作物秸秆焚烧，也不存在生物质燃烧集中供暖，推测北方供暖燃烧过程对南通市冬季Cl-增长产生贡献。Ca2+作为土壤来源和建筑扬尘的标识离子[1]，与Cl-也呈较好的相关性，说明Cl-还可能受到土壤尘的影响。Cl-与Na+无明显相关性，且ρ(Cl-)/ρ(Na+)为8.6，远高于海盐中其比值1.8[11]，说明海水对Cl-的贡献相对较小，Cl-还可来源于工业含氯物质的排放、大气中氯化氢(HCl)物质的转化等，来源较为广泛。