镇江市东部片区大气细颗粒物中水溶性离子在线监测成分特征研究

2020-06-08刘晔王古月

环境保护与循环经济 2020年4期

刘晔王古月

（江苏省镇江环境监测中心，江苏镇江 212000）

1 引言

近年来，随着我国社会经济的快速发展，能源消耗的不断增加，各种污染物不断排入大气并在大气中积聚，导致大气环境质量恶化，由颗粒物造成的大气污染问题已经成为我国经济社会发展面临的重大环境问题。而水溶性离子是大气细颗粒物（PM2.5）的主要组成成分［1-2］，约占大气中颗粒物总重量的30%以上，是气溶胶的重要组成部分［3］，它不仅对人体健康有严重危害，也是导致大气能见度降低、酸沉降、全球气候变化、光化学烟雾等重大环境问题的重要因素［4-8］。水溶性离子是大气颗粒物中的重要化学组成之一，测量水溶性离子是了解大气颗粒物来源、物理化学特性、生成转化机制和传输过程的重要一环。

水溶性组分在线连续监测分析系统近年来在国内外逐步被较广泛应用［9-10］，镇江位于江苏西南部长三角区域，为掌握镇江市PM2.5污染物的组分及特征，2019 年1—6 月之间利用MARGA 离子在线分析仪在镇江东部地区镇江新区人力资源中心楼顶进行连续观测采样，以期为镇江地区大气污染控制措施的制定提供科学依据。

2 实验部分

采样地点位于镇江东部地区镇江新区人力资源中心楼顶（119°40′14.27″E，32°11′16.90″N），距地面约20 m，采样点东侧临近主干道港中路，西侧约8 km为国家级绿色新材料产业园区。

观测设备为瑞士万通的MARGA 在线监测仪器，采样粒径为PM2.5，能够连续测量气溶胶中的水溶性离子成分NH4+，Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Cl-，NO3-，SO42-。该仪器由采样系统、分析系统和一个整合控制系统组成，可连续获得每小时气体和气溶胶浓度的平均结果［11］。基本流程是：空气进入采样管，经PM2.5旋风切割头切割后，在溶蚀器中主要的干扰性酸碱性气体被去除，再进入混合室，与蒸汽发生器产生的热饱和水蒸气混合，颗粒物长大形成液滴状，经惯性分离器分离后，收集液储存在注射泵中，待到分析时刻，在注射泵的推动下将收集液送到离子色谱进行分离检测［12-13］。

3 结论与讨论

3.1 离子平衡

通过对上半年监测数据的分析，结合观测期间阴阳离子当量浓度的散点图和拟合直线（图1），r2＝0.902 4，表明拟合效果较好，斜率0.82，表明所测的阳离子浓度略大于阴离子浓度。

图1 阴阳离子散点图和拟合直线图

阴阳离子当量浓度的频数分布见图2。由图2可见，总体阴阳离子的当量浓度的频数分布趋势是基本一致的，但在浓度很低时，阳离子当量浓度大于阴离子的概率较高，这是因为大气清洁时，其中二次组分较少，自然源排放的有机酸阴离子所占的相对比例较高，这部分离子无法被设备检测到。

图2 阴阳离子当量浓度频数分布

3.2 离子间的相关性分析

通过相关性系数分析（表1），可以发现二次水溶性离子NO3-和SO42-存在显著相关性，但与NH4+相关性较弱，表明NO3-和SO42-与机动车尾气、燃料燃烧有一定关系。Na+和K+存在显著相关性，相关系数为0.83，表明镇江市Na+和K+有同一来源，生物质燃烧可能为其共同来源。Mg2+和Ca2+相关性也较强，表明都可能来自于土壤扬尘。

表1 水溶性离子相关性统计

3.3 离子变化分析

通过离子浓度分析发现（图3），SO42-，NO3-，NH4+和Cl-占总浓度的90%以上；阴离子SO42-，NO3-和Cl-所占总质量浓度比例约为70%，SO42-和NO3-作为主要组分占65%以上，两者比例之和呈互补的形势，5，6 月NO3-浓度和占比都明显降低，这与NO3-高温下气态，低温下颗粒态的存在特点是一致的；NH4+是阳离子中唯一的主要成分，其浓度占比在20%左右，且月变化较小，可见镇江市大气中NH3含量是较丰富的，足以中和大气中的酸性物质；2 月K+浓度占比最高，在农作物收割的时期，其浓度也没有明显增加，Mg2+和Ca2+占比较小，但K+离子占比在阳离子中属于较高比例，说明东部地区受扬尘影响较小，主要受到工业排放源、机动车尾气和燃料燃烧影响较大，同时也受到少量生物质燃烧影响。