大气颗粒物中SO42-、NO3-和气态SO2、NOx的分布特征与降雨清除

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为了研究降水对大气颗粒物中SO42-、NO3-和气态SO2、NOx的清除效率与影响因素,本研究通过对南昌市新城区降水分段采样,同时对降水期间大气颗粒物和气态污染物进行同步采样,讨论降水中pH、电导率(EC)、SO42-、NO3-的分布特征和降水期间大气颗粒物中SO42-、NO3-和气态SO2、NOx的分布特征,主要结论如下:(1)相比于整场降水,分段降水更能反应降水的真实过程。分段降水样品的酸雨率75%,高于全程样71.4%;分段样品EC>14.8μS/cm的降水样品占总样品36.5%,高于全程样19.0%;分段样品SO42-浓度>1.15 mg/L占总样品的59%,低于全程样85.7%;分段样品NO3-浓度>0.51mg/L占总样品的71.8%,低于全程样95.2%,体现了初期降水离子浓度和其后降水的浓度差别巨大。(2)降水样品中pH值、EC、SO42-、NO3-随降水持续有一定的变化规律。南昌市新城区春季降水样品pH值随着降水时间的持续呈现逐渐上升的趋势;夏季随着降水时间的持续呈现先下降,然后逐渐上升的趋势的;秋冬降水样品pH值变化与夏季类似,但是没有夏季降水pH值变化剧烈;分段降水EC、SO42-、NO3-随着降水时间的持续,总体上呈现下降的趋势。(3)降水样品中pH值、EC、SO42-、NO3-浓度随时间的不同有很大的变化。春夏降水的pH值(5.49)普遍高于秋冬(5.03)。降水的EC表现为2016年5-6月<2016年11月<2016年4月<2017年2-3月,即春夏季<秋冬季;降水分段样的SO42-、NO3-浓度表现为秋冬高于春夏,SO42-、NO3-浓度秋冬季值分别为春夏的3.5倍、3.93倍,反映秋冬大气颗粒物中SO42-、NO3-及其前体物的污染程度远高于春夏季节。长时降水和短时降水在pH、EC方面存在差异:短时降水(分段数<4)pH值变化不大,长时降水分段降水pH值变化大,易受气象条件变化的影响;短时降水EC较高,而长时降水EC较低,说明短时降水对大气污染物的冲刷迅速,但是由于冲刷时间较短,导致不够彻底,而长时降水对大气污染物冲刷较为彻底,导致总体降水样品EC较低。(4)降水样品离子浓度总体上表现为SO42->NO3-。SO42-占离子浓度60.6%;NO3-占离子浓39.4%;去除率顺序总体上呈现SO42-<NO3-。大气颗粒物中SO42-、NO3-的去除效率([SO42-inTSP]平均为60.2%;[NO3-inTSP]平均为58.0%)较高,云下冲刷进入降水的SO42-、NO3-主要以冲刷大气颗粒物的形式进入,而对气态SO2、NOx的冲刷少(SO2平均为9%、NOx平均为14%);春夏降水对颗粒中SO42-、NO3-的清除效率高于秋冬季的,反映出大气颗粒物中SO42-、NO3-的粒径分布在不同季节有差异。(5)8次长时降水的降水云团pH(6.37、5.36、5.65、5.59、5.61、4.34、5.44、5.2)呈酸性;云水EC(4.99、5.16、3.96、5.76、2.87、20.03、4.76、11.50μS/cm)较低;云水SO42-(0.7、0.46、0.65、0.39、0.12、2.12、1.51、2.23mg/L)和NO3-(0.29、0.16、0.52、0.11、0.10、0.63、0.71、3.54 mg/L)较低。云下冲刷对降水EC的贡献较低,平均为38%。8次降水样品FSO42-(SO42-云下冲刷贡献)平均为50%,FNO3-(NO3-云下冲刷贡献)平均为57%;云下冲刷是降水中SO42-、NO3-的大部分来源。(6)大气颗粒物中SO42-、NO3-随着降水的持续呈现逐渐下降的趋势,在初期降低幅度很大,随着降水的持续开始变缓,在雨后由于新污染物的生成,又开始逐渐上升。气态污染物SO2、NOx随着降水的持续呈现逐渐下降的趋势,在雨后由于污染物的累积,又开始逐渐上升。但是这种下降趋势与大气颗粒物相比较是缓慢。(7)大气颗粒物总体上呈现SO42->NO3-。随着降水的持续,[SO42-inPM2.5]/[SO42-inTSP]、[NO3-in PM2.5]/[NO3-inTSP]呈现逐渐增大的趋势,最后开始趋于稳定,[SO42-inTSP]/[NO3-inTSP]、[SO42-inPM2.5]/[NO3-in PM2.5]呈现逐渐减小的趋势,反应大气颗粒物中的SO42-、NO3-在粒径分布上有一定的差异,SO42-在大颗粒上分布会多一些。(8)[SO42-inTSP]的降水清除效率平均为60.2%;[NO3-inTSP]清除效率平均为58.0%;[SO42-inPM2.5]平均为59.3%;[NO3-in PM2.5]降水清除效率平均为56.7%。SO42-的降水清除效率高于NO3-,TSP中的SO42-、NO3-清除效率高于PM2.5;SO2的降水清除平均为21.3%,NOx清除效率平均为19.8%。降水对气态SO2去除比NOX更有效率。(9)大气颗粒物中SO42-、NO3-清除效率与降雨量具有较好的相关,与降水强度、大气中雨前颗粒SO42-、NO3-浓度相关性并不好,气态污染物SO2、NOx与降雨量、降水强度、气态污染物浓度相关性并不明显。(10)降水中SO42-、NO3-主要来源于云内雨除和云下大气颗粒物中SO42-、NO3-去除,气态污染物的贡献很低。
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