保定市秋冬季大气污染物浓度特征及二次离子成因分析

来源 :中国环境科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaomay2
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我国北方秋冬季受燃煤取暖影响大气重污染频发,随着大气治理措施的实施一次污染物的浓度显著下降,但颗粒物中二次成分的下降速度显著低于一次污染物的降幅。二次离子SNA:硝酸盐(NO3-)、硫酸盐(SO42-)、铵盐(NH4+)做为二次无机气溶胶的重要组分是冬季污染期间推高PM2.5浓度的重要因素。保定市位于北京和石家庄之间,秋冬季大气污染严重,颗粒物中二次离子的形成机制和影响因素还未明确,因此研究保定市大气污染物浓度和二次离子成因具有重要的意义。本研究收集了2017—2019年秋冬季保定市国控点、省控点和大气超级站的常规污染物数据、在线离子数据和在线NH3数据,采集了不同时间段保定市主城区和区县的PM2.5样品和不同粒径颗粒物样品,分析了颗粒物中的水溶性组分,结合数理分析方法和热力学平衡模型(ISORROPIA-II),探究了颗粒物中二次离子的成因。论文主要结论如下:2017年秋冬季(10月1日至次年3月31日)PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3的平均浓度为分别85μg/m3、135μg/m3、26μg/m3、53μg/m3、2.6 mg/m3、99μg/m3;2020年分别为72μg/m3、112μg/m3、12μg/m3、47μg/m3、2.3 mg/m3、96μg/m3,较2017年秋冬季分别下降15.3%、17.0%、53.9%、11.3%、11.5%、3.3%,其中SO2下降幅度最大,PM10、PM2.5次之。保定市秋冬季大气污染物浓度下降幅度在“2+26”城市中较高。主城区与区县大气污染物浓度存在差异,优良期(AQI≤100)差异较小,但污染期(AQI>100)主城区污染物浓度明显升高,PM2.5平均浓度是区县的1.3倍;而烟花爆竹燃放期仅主城区实施禁燃措施时,主城区受周围区县传输影响,污染物峰值浓度时间滞后。重污染期(AQI>200)SO2、NO2、NH3平均浓度分别为52μg/m3、10μg/m3、8.3μg/m3,较优良期分别升高了1.1、1.3、0.8倍。保定市秋冬季PM2.5中水溶性离子以硝酸盐(NO3-)、硫酸盐(SO42-)、铵盐(NH4+)为主,浓度范围分别为3.57~36.72μg/m3、1.92~22.43μg/m3、2.7~28.52μg/m3,三者之和约占总水溶性离子的70.2%~88.1%,占PM2.5的8.1%~24.8%。粒径谱分布表明颗粒物中水溶性离子大致有3类来源:NO3-、SO42-、NH4+、K+、甲磺酸盐、草酸盐呈现单峰分布集中在积聚模态,主要来源于二次转化;Cl-、Na+、甲酸盐、乙酸盐呈双峰分布,包括一次源和二次源;Ca2+、Mg2+集中在粗模态,多来源于扬尘等。污染期SO42-的非均相反应速率显著增加,ISORROPIA-II模拟得出保定市PM2.5的p H为4.3~7.5,表明SO42-的非均相转化途径以发生在颗粒物表面液相中的NO2氧化SO2的路径为主导;2017年冬季保定市大气整体上是一个富氨环境,PM2.5中NO3-的生成主要受气态硝酸制约,NH3参与反应的气相均相转化不能解释污染期间较高的NO3-浓度,推测是硫酸盐气溶胶和AWC(液态水含量)促进了N2O5水解所导致的。颗粒物中二次离子的形成和转化受多种因素的影响,草酸盐可促进二次离子的非均相转化;烟花粒子有助于SO42-的氧化而对NO3-影响较小;温度和相对湿度都对氮氧化率(NOR)存在影响,而硫氧化率(SOR)受湿度影响较大;来自河北省内的南部气团二次转化程度高,对颗粒物二次组分影响较大。提高保定市主城区南部区县清洁取暖改造率是降低大气污染物浓度的重要举措。
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