廣州城區(qū)氣溶膠水溶性離子、酸性特征及其對采樣誤差的影響.pdf

1、改革開放以來,廣州及周邊地區(qū)城市化、工業(yè)化發(fā)展迅速,人口數(shù)量急劇增加,各種來源的大氣污染物排放量不斷增加,造成區(qū)域內(nèi)大氣能見度和空氣質(zhì)量也日益惡化,氣溶膠污染引起的灰霾天氣已成為該地區(qū)特別是廣州城區(qū)頻頻出現(xiàn)的大氣污染現(xiàn)象,這給廣州城市形象及市民的身體健康帶來不利影響。水溶性離子是氣溶膠的主要組成成分之一并且其對灰霾天氣出現(xiàn)起了重要作用,因此深入研究廣州城區(qū)氣溶膠中水溶性離子特征特別是其酸性特征對于深入了解廣州城區(qū)大氣污染及制定防治對策具

2、有重要意義。
　　 本研究通過兩年分季節(jié)采樣分析了廣州城區(qū)大氣顆粒物樣品中的水溶性無機(jī)離子(WSIs),總結(jié)了廣州城區(qū)大氣顆粒物中WSIs的污染特征、分布、來源、變化趨勢及灰霾期間WSIs的特點(diǎn)；利用組裝和不組裝前置擴(kuò)散管及后備濾膜的采樣系統(tǒng)(D和ND通道)分析了廣州城區(qū)PM2.5的酸性特征、影響因素及其對濾膜式采樣方法誤差的影響,討論了廣州城區(qū)氣態(tài)氨向顆粒相的轉(zhuǎn)化及顆粒物中NO3-的生成機(jī)制。
　　 NH4+、SO42

3、-和NO3-是廣州城區(qū)大氣顆粒物的優(yōu)勢WSIs物種,氣溶膠中主要WSIs物種旱季濃度明顯高于雨季,灰霾期間的濃度明顯高于非灰霾期。PM2.5中陽離子明顯不足于中和陰離子而呈酸性特征,但PM10只在高污染水平時(shí)才呈酸性。旱季期間廣州城區(qū)大氣能見度與溫度、環(huán)境濕度、PM2.5中各主要WSIs物種及其總濃度均呈顯著負(fù)相關(guān),而與風(fēng)速及72h反向氣團(tuán)軌跡途經(jīng)距離呈顯著正相關(guān)。WSIs對灰霾期間的大氣能見度下降起重要作用,而灰霾期間明顯有利于NOx

4、向細(xì)粒子中轉(zhuǎn)化。
　　 廣州城區(qū)細(xì)粒子呈明顯的酸性特征,其PM2.5強(qiáng)酸度平均高達(dá)69 nmol/m3,季節(jié)性變化較明顯,旱季期間特別是灰霾期間PM2.5樣品強(qiáng)酸度較高。但PM2.5的原位酸度平均僅為10 nmol/m3,強(qiáng)酸度主要以HSO4-的形式存在于顆粒物中,而其原位pH平均值低至1.13。雨季PM2.5樣品的原位酸度負(fù)荷量與[NH4+]/[SO42-]比值呈明顯負(fù)相關(guān),而其負(fù)荷量在旱季樣品中則基本上小于0.05。環(huán)境濕度

5、明顯影響PM2.5樣品酸性特征,雨季期間濕度較高,樣品基本上以液滴形態(tài)存在于大氣中,而旱季期間則多數(shù)樣品不能完全潮解,PM2.5中酸性硫酸鹽的離解程度與樣品水負(fù)荷、環(huán)境濕度與完全潮解差值間存在良好的線性關(guān)系。
　　 PM2.5樣品的酸性特征在濾膜式采樣過程中會(huì)造成半揮發(fā)性物種產(chǎn)生明顯的方法誤差。其中NO3-雨季及早季樣品的方法誤差分別平均為-37％和-16％；Cl-采樣損失率在雨季及早季則可平均高達(dá)60％和24％；強(qiáng)酸度則分別為

6、50％和78％。樣品的強(qiáng)酸度損失主要是由于酸性物質(zhì)揮發(fā)及氣態(tài)氨中和造成,其中鹽酸揮發(fā)、硝酸揮發(fā)及氨中和對雨季期間樣品強(qiáng)酸度損失的貢獻(xiàn)分別為28％、20％和28％,旱季期間貢獻(xiàn)則分別為8％、19％和24％。旱季期間銨鹽分解和酸揮發(fā)對Cl-和NO3-的損失貢獻(xiàn)分別為19％和81％。其中Cl-和NO3-的損失率可利用透過濾膜與濾膜上的物種濃度比值[gas]/[Particle]通過等式來估算:％(Cl-)loss=(1.05[gas]/[Pa

7、rticle]+0.07)×100/(4.8+[gas]/[Particle])％(NO3-)loss=(0.85[gas]/[Particle]+0.15)×100/(5.1+[gas]/[Particle])廣州城區(qū)大氣中存在高濃度的氣態(tài)氨及顆粒相銨,灰霾期間明顯有利于氣態(tài)氨向細(xì)粒子中轉(zhuǎn)化。廣州城區(qū)大氣顆粒物中的NO3-主要來源于三種機(jī)制,氣態(tài)HNO3與粗粒子模態(tài)的土壤粒子表面發(fā)生的非均相反應(yīng)機(jī)制是粗粒子膜中NO3-的一個(gè)重要來源。