大气PM2.5中铵盐形成机制与降雨清除效率

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NH3为大气中重要的碱性气体,它中和大气中的酸性物质生成铵盐,铵盐能够降低大气能见度,影响区域生态系统平衡,本研究对南昌市混合区、道路区以及昌北郊区采样点作为监测区域,采用纳氏试剂分光光度法测定大气中的NH3、颗粒物和雨水中的NH4+浓度,探讨铵盐形成机制与降雨清除效率,主要结论如下:(1)南昌市新城区NH3浓度均值为49.17μg/m3、PM2.5中NH4+浓度均值为17.98μg/m3,相比较其他地区浓度较高,说明南昌市NH3和PM2.5中NH4+污染形势严峻。(2)春季,NH3表现出郊区>混合区>道路区,NH4+为道路区>郊区>混合区,夏季,NH3为郊区>道路区>混合区,NH4+为郊区>道路区>混合区。反映了NH3浓度分布与排放源有关,NH4+浓度分布与形成机制有关。(3)前湖片区NH3浓度呈现季节分布差异:春>秋>冬>夏,PM2.5中的NH4+浓度呈现为秋>冬>春>夏,夏季两者浓度最低,说明夏季NH3和NH4+通过干湿沉降从大气中去除率高。NH3浓度在春夏秋采样日表现出白天低于夜间,冬季采样日则表现出白天高于夜间,说明NH3浓度在春夏秋采样日受夜间逆温影响大,在冬季采样日主要受温度的影响。PM2.5中的NH4+浓度在各季度采样日分布特征有所不同,春季在7-9点浓度较低,其他时间保持相对稳定;夏季为白天高于夜间;秋冬两季为白天低于夜间,说明春季夜间累积与白天生成保持平衡,夏季为产生量高于累积量,秋冬季则相反。(4)利用后向轨迹分析表明,南昌市PM2.5中的铵盐,在2014年春夏两季主要是本地源,受外地源影响较小,秋季南昌市铵盐受外地源影响较大,2015年冬季PM2.5中的NH4+主要来自本地源的不断累积。(5)南昌市NH3/NH4+比值(均值为5.47)较大,说明NH3向NH4+转化过程较慢,转化量相对NH3量较少;NH3/NH4+比值的季节分布为春>夏>秋>冬,受NH3和NH4+浓度分布的共同影响;NH3/NH4+比值的昼夜分布特征为在春夏秋三季表现出白天低于夜间,冬季则为白天高于夜间,与NH3的日分布相同;NH3/NH4+比值的空间分布特征:郊区<道路区<混合区,说明NH3向NH4+的转化受前体物SO2和NOx浓度的影响很大;(6)通过各因子之间的相关性分析表明,PM2.5中铵盐浓度的变化受前体物NH3、SO2、NO2浓度的影响较大,形成过程与温湿度有关;南昌市铵盐主要为硫酸铵,硫酸氢铵较少,在一些颗粒物中,有较多的硝酸铵存在,除此之外还有其他形式存在,比如氯化铵、有机胺等。(7)2016年前湖区域降雨pH平均值为5.41,总体上为酸性;在分段降雨过程中,pH在4-6月表现出增加趋势,说明南昌4-6月雨水中的H+主要来自云下冲刷,云内清除贡献较小,11月正好相反;分段降雨的电导率和NH4+浓度的变化趋势大体一致,都表现为降雨初期其值都比较大,随后快速降低,然后保持相对稳定,到降雨后期,略有回升,说明降雨初期雨水对可溶性离子和NH4+清除效果明显,雨水中大多数离子来自云下冲刷。(8)降雨对NH3的清除效率为3.44%72.06%,平均值为42.44%,对PM2.5中NH4+的清除效率为22.22%77.91%,平均值为52.58%,对TSP中NH4+的清除效率为27.23%76.22%,平均值为53.83%,说明降雨对NH4+的清除效率高于对NH3的清除效率;在连续降雨日,当降雨量较大时,NH3浓度降低较快,当没有降雨或降雨量很小时,NH3浓度回升也较快,NH4+浓度则表现出最初降雨前浓度很高,然后经过雨水冲刷,迅速降低,然后保持较低浓度水平,在没有降雨时,浓度略有升高,说明连续降雨对空气中NH4+浓度抑制作用强,对NH3抑制作用弱。
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