濟寧市區2013
—2015年降水中陰離子濃度分析

魏　薇，楊連寬（山東省南四湖水質監測中心站，山東濟寧272000）

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濟寧市區2013
—2015年降水中陰離子濃度分析

魏薇，楊連寬
（山東省南四湖水質監測中心站，山東濟寧272000）

摘要：2013—2015年對濟寧市兩個點位降水中4種陰離子（氟、氯、硫酸鹽、硝酸鹽）濃度進行連續監測。結果表明，AQI與氟、氯、硫酸鹽和硝酸鹽濃度相關系數分別為0.16、0.46、0.52和0.32，呈現一定的正相關性。因采暖期燃煤排放，在采暖期降水中氟、氯以及硫酸鹽平均濃度分別高于非采暖期平均濃度26%、38%、35%，靠近燃煤電廠的2#點位處降水中氟、氯和硫酸鹽濃度總體上高于1#點位。降水中的硝酸鹽來自燃煤排放和機動車尾氣排放，1#點位和2#點位處降水中硝酸鹽濃度相差不大。

關鍵詞：陰離子；氟；氯；硫酸鹽；硝酸鹽

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.02.23

濟寧位于魯西南腹地，地處黃淮海平原與魯中南山地交接地帶，位于34°26′N~35°57′N，115°52′E~117°36′E，暖溫帶季風氣候。筆者對濟寧市郊兩處點位自2013年5月至2015年11月收集的74個降水樣品進行監測，測定氟、氯、硫酸鹽、硝酸鹽4種陰離子濃度，并對結果進行比較分析。

1　實驗部分

1.1樣品的采集

設置兩個采樣點位，位置分別見圖1。采樣點距離地面約10 m，周圍較開闊，沒有明顯的局地污染源。樣品的采集與保存按照國家標準（GB 13580.2-1992）《大氣降水的采集與保存》[1]執行。采雨器與聚乙烯瓶在采集雨水前用體積分數為20%的鹽酸溶液浸泡72 h，再用Milli-Q超純水洗凈、干燥，用潔凈塑料袋包好備用。采雨器放置在采樣點高處，只在降水時打開，每次降水后1 h內將樣品用0.45 μm濾膜過濾后于4℃冰箱保存。采用Dionex ICS-900離子色譜儀測定氟、氯、硫酸鹽、硝酸鹽4種陰離子濃度。采樣時間為2013年5月9日至2015年11月25日，共收集樣品74個。

圖1　采樣點示意

1.2儀器與試劑

Dionex ICS-900離子色譜儀（配備電導檢測器），ASRS抑制器，IonPac AS19分離柱和IonPac AS19保護柱，Dionex AS-40自動進樣器，Milli-Q超純水機。

氟標準溶液、氯標準溶液、硫酸鹽標準溶液、硝酸鹽標準溶液為國家標準物質研究中心標準溶液。

超純水，電阻率≥18.25 MΩ·cm。高純氮，純度≥99.999%。

1.3色譜條件

IonPac AS19分離柱和IonPac AS19保護柱，淋洗液為40 mmol/L的氫氧化鉀溶液，流速為1.00 ml/min，抑制電流為80 mA，進樣量為10 μl。

1.4測定條件

按照GB 13580.5-1992[2]測定。

2　結果與討論

2.1降水中陰離子濃度與空氣質量指數AQI相關性分析

AQI分級計算參考環境空氣質量標準GB 3095-2012，參與評價的污染物為SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO 6項。降水會洗刷空氣中的SO2和NO2，去除溶解大氣顆粒物PM10和PM2.5中的可溶性成分，降水中的陰離子濃度能夠反映大氣污染物不同來源及污染特征[3]。采用降水時的AQI與兩個點位各陰離子濃度的平均值繪制圖2～圖5。AQI與氟濃度相關性分析見圖2。AQI與氯濃度相關性分析見圖3。AQI與硫酸鹽濃度相關性分析見圖4。AQI與硝酸鹽濃度相關性分析見圖5。

由圖2可知，AQI與氟濃度相關系數R=0.16，相關性較弱。這是由于氟主要來自燃煤排放[4]，非采暖期氟濃度較低，有時在降水中未檢出，和AQI的相關性較弱。由圖3可知，AQI與氯濃度相關系數R=0.46，呈現一定的正相關性，這是由于降水溶解了顆粒物中的氯化物。由圖4可知，AQI與硫酸鹽濃度相關系數R=0.52，呈現一定的正相關性，這是由于降水中的硝酸鹽來自氣態及顆粒物中硫酸、硫酸鹽。由圖5可知，AQI與硝酸鹽濃度相關系數R=0.32，呈現一定的正相關性，這是由于降水中的硝酸鹽來自氣態及顆粒物中的硝酸、硝酸鹽。

圖2　AQI與氟濃度相關性分析

圖3　AQI與氯濃度相關性分析

圖4　AQI與硫酸鹽濃度相關性分析

圖5　AQI與硝酸鹽濃度相關性分析

2.2采暖期與非采暖期降水中陰離子濃度的比較

采暖期處于每年11月15日至次年3月15日。2013年11月24日降雨1次，2014年2月7日降雨1次，2015年11月23日至25日共降雪3次。由于2015年11月23日、2015年11月24日均降雪，2015 年11月25日降雪中的各陰離子濃度均比平時測定值低很多，因此2015年11月25日的測定結果不納入計算采暖期各陰離子濃度平均值。氟濃度為未檢出的也未納入計算采暖期和非采暖期各陰離子濃度平均值。采暖期、非采暖期各陰離子濃度平均值見表1。

表1　采暖期與非采暖期4種陰離子濃度平均值　μmol/L

由表1可知，降水中氟、氯以及硫酸鹽在采暖期平均濃度分別高于非采暖期平均濃度26%、38%及35%。這些污染物主要是由采暖期燃煤排放的，這和田晶[5]、郭曉方[6]以及雷小利[7]的研究結果一致。硝酸鹽在非采暖期平均濃度稍高于采暖期平均濃度，這是因為降水中的硝酸鹽除了來自燃煤排放以外，機動車尾氣也排放氮氧化物，這些氮氧化物產生了二次污染，生成氣態或者顆粒態的硝酸及硝酸鹽，加上夏季逆溫天數多等均不利于污染物擴散[8]。

由圖6可知，2015年6月至9月降水較為頻繁，相鄰兩次降水中，后一次降水硝酸鹽濃度低于前一次降水，波動較大?？傮w上來說，降水中硝酸鹽濃度從2013年到2015年是逐年增加的。根據統計部門數據，濟寧市機動車2014年增長率12.04%，尾氣排放增多，氮氧化物增多，降水中硝酸鹽濃度也隨之逐年增加。

圖6　2013—2015年降水中硝酸鹽濃度變化

2.3兩點位處降水中陰離子濃度比較

1#點位處于市區一條雙向2車道南側，2#點位處于郊區，毗鄰河流。

由圖7可知，1#和2#點位處的氟在37次降水中均有13次未檢出。1#點位處的氟濃度在37次降水中有8次超過2#點位處的氟濃度，16次低于2#點位處的氟濃度（氟濃度未檢出不計入統計），因此2#點位處的氟濃度總體上高于1#點位。這是由2#點位處于某燃煤電廠的西南側，燃煤排放氟導致的。

圖8　2013—2015年降水中氯濃度變化

由圖8可知，1#點位處的氯濃度在37次降水中有7次超過2#點位處，其余30次降水均低于2#點位處的氯濃度，因此2#點位處的氯濃度總體上高于1#點位。這是因為2#點位處于河流附近[9]以及某燃煤電廠西南側，燃煤排放了大量的氯。

圖7　2013—2015年降水中氟濃度變化

圖9　2013—2015年降水中硫酸鹽濃度變化

由圖9可知，1#點位處的硫酸鹽濃度在37次降水中有12次超過2#點位處的硫酸鹽濃度，其余25次降水均低于2#點位處的硫酸鹽濃度。因此2#點位處的硫酸鹽濃度總體上高于1#點位。2#點位處于某燃煤電廠的西南側，燃煤排放硫酸鹽導致。

圖10　2013—2015年降水中硝酸鹽濃度變化

由圖10可知，2#點位處的硝酸鹽濃度在37次降水中有1次未檢出，1#點位處的硝酸鹽濃度在37次降水中有16次超過2#點位處的硫酸鹽濃度，其余20次降水均低于2#點位處的硝酸鹽濃度。1#點位和2#點位處的硝酸鹽濃度差別不明顯，都呈現逐年升高趨勢。1#點位處于市區一條雙向兩車道南側，2#點位處于某燃煤電廠的西南側。這是由于燃煤和機動車尾氣排放的氮氧化物在大氣中產生二次污染，生成了溶解態及顆粒態的硝酸、硝酸鹽。

3　結論

通過對濟寧市兩個點位降水中的4種陰離子（氟、氯、硫酸鹽、硝酸鹽）近3年連續的觀測，分析這4種陰離子濃度的變化，得出下列結論：

（1）燃煤排放氟、氯、硫酸鹽，降水中氟、氯以及硫酸鹽在采暖期平均濃度分別高于非采暖期平均濃度26%、38%及35%，而且靠近燃煤電廠的2#點位降水中這3種陰離子的濃度總體上高于1#點位。建議采暖期使用其他清潔能源，減少燃煤量或者使用優質煤，減少燃煤排放污染物以降低降水中這3種陰離子的濃度。

（2）降水中的硝酸鹽來自燃煤排放和機動車尾氣排放，由于機動車保有量逐年增加，降水中硝酸鹽濃度從2013—2015年也逐年升高。建議使用其他清潔能源或者高品質燃油，減少機動車尾氣排放污染物以降低降水中硝酸鹽濃度。

（3）AQI參與評價的污染物為SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO 6項。降水會洗刷空氣中的SO2和NO2，去除溶解大氣顆粒物PM10和PM2.5中的可溶性成分。AQI與氯濃度、硫酸鹽濃度和硝酸鹽濃度都呈現出一定的正相關性，相關系數分別為0.46，0.52和0.32。通過使用清潔能源，可減少燃煤排放污染物和機動車尾氣排放污染物，降低降水中氟、氯、硫酸鹽和硝酸鹽濃度，提高空氣質量。

參考文獻

[1]中國環境監測總站，國家環?？偩?GB 13580.2-1992.大氣降水樣品的采集與保存[S].北京：中國標準出版社，1992.

[2]中國環境監測總站，國家環?？偩?GB 13580.5-1992.大氣降水中氟、氯、亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽的測定離子色譜法[S].北京：中國標準出版社，1992.

[3]王璟.大氣降水中離子化學特征及來源分析[J].環境科學與管理，2012，37（3）：73-79.

[4]張嘯.太原市雨水中PAHs的污染特征及來源分析[D].太原：太原科技大學，2014.

[5]田晶，沈振興，張琨，等.西安市春、夏季大氣降水的化學組成及來源分析[J].西安交通大學學報，2011，45（5）：108-113.

[6]郭曉方，崔陽，王開揚，等.近3年太原市夏季降水的化學特征研究[J].環境科學，2015，36（2）：388-395.

[7]雷小利，楊紅麗.銅川市降水特征分析[J].中國環境管理干部學院學報，2015，25（5）：62-64.

[8]范慧君，紀德鈺，李丹，等.大連市環境空氣中PM2.5含碳組分濃度特征研究[J].中國環境管理干部學院學報，2014，24（5）：46-50.

[9]林雨霏，劉素美，紀雷，等.舟山群島降水中陰離子及pH值的特征分析[J].環境科學，2005，26（5）：49-54.

（編輯：程?。?/p>

Analysis on Anion Concentration of Rainwater in Jining from 2013 to 2015

Wei Wei, Yang Liankuan

（Shandong Nansi Lake Environmental Monitoring Station, Jining Shandong 272000, China）

Abstract：Four main anions (F-, Cl-, SO4(2-), NO3-) concentration of rainwater in Jining were monitored continuously from 2013 to 2015. According to the analysis of monitoring data, it was concluded that AQI had a positive correlation with the concentration of F-, Cl-, SO4(2-)and NO3-and the correlation efficient was 0.16, 0.46, 0.52 and 0.32 respectively. Because of the heating period coal emissions, the three anions (F-, Cl-, SO4(2-)) average concentration in the heating periods was respectively 26%, 38% and 35% higher than the average concentration in the non-heating periods. The three anions (F-, Cl-, SO4(2-)) concentration of rainwater in site 2#which was near the coal-fired power plant was in generally higher than that in site 1#. The anion (NO3-) concentration was similar in the two sites because the nitrogen oxides were from the coal emissions and motor vehicle exhaust emissions.

Key words：anion, F-, Cl-, SO4(2-), NO3-

作者簡介：魏薇（1982-），女，山東省微山縣人，畢業于山東師范大學環境科學專業，碩士研究生，工程師，主要從事環境監測方面的工作。

收稿日期：2016-02-14

中圖分類號：X513

文獻標識碼：A

文章編號：1008-813X（2016）02-0090-04