武汉市大气PM2.5中水溶性离子污染特征及来源

于2016年8月—2017年4月采集了武汉市PM2.5样品,使用离子色谱法分析了PM2.5中的水溶性离子(F-、Cl-、SO2-4、NO-3、Na+、NH+4、K+、Mg2+、Ca2+),并研究其污染特征及来源.结果表明,武汉市PM2.5质量浓度变化范围为24.8～215.7μg·m-3,均值为(81.3±38.1)μg·m-3.9种水溶性离子的年均质量浓度占PM2.5质量浓度的29.3%,其中,SO2-4、NO-3、NH+4(三者合称SNA)为主要的水溶性离子,SNA占PM2.5质量浓度的23.3%～32.0%.硫氧化率(SOR)和氮氧化率(NOR)年均值分别为0.4、0.1,说明武汉市大气存在较强的SO2向SO2-4、NO2向NO-3转化的二次过程.观测期间,武汉市的细颗粒物整体呈弱碱性.Ca2+与Mg2+,以及NH+4与NO-3、SO2-4等均有显著相关性,NH+4、NO-3、SO2-4主要以(NH4)2SO4和NH4NO3的形式存在.武汉市全年NO-3/SO2-4比值为0.9,表明固定源贡献相对较大.主成分分析结果表明,武汉市大气PM2.5中水溶性离子主要来自于燃煤及机动车排放、工业生产、扬尘等.     

燃煤电厂产生和排放的PM2.5中水溶性离子特征

为了认识我国燃煤电厂一次PM2.5排放特征,并定量评估大规模开展烟气脱硫与脱硝对其影响,本研究选取了国内一个煤粉炉电厂和一个循环流化床电厂,对其产生和排放的PM2.5进行现场测试,并进行水溶性离子组分的分析.结果表明,在所测的这两个电厂中,循环流化床电厂产生的PM2.5的质量浓度高于煤粉炉电厂产生的PM2.5的质量浓度,但是这两个电厂排放的PM2.5的质量浓度相当.产生此结果的主要原因是该循环流化床电厂配备的电袋复合除尘器比煤粉炉电厂的普通电除尘器对PM2.5去除效率更高.煤粉炉电厂产生PM2.5中水溶性离子浓度低于循环流化床电厂,但是煤粉炉电厂排放PM2.5中水溶性离子浓度却远远高于循环流化床电厂,表明煤粉炉电厂排放的PM2.5受脱硫和脱硝设施的影响较大.煤粉炉烟气脱硝过程中可能形成硫酸雾,烟气中的部分硫酸雾和过剩的NH3反应生成NH4HSO4进入颗粒相,同时降低了PM2.5的p H值;而脱硫过程中脱硫液的夹带也会导致NH+4和SO2-4进入PM2.5.所以,虽然两个电厂产生的PM2.5中水溶性离子均以Ca2+和SO2-4为主,但煤粉炉排放PM2.5中的水溶性离子则以NH+4和SO2-4为主.     

成都市一次重雾霾天气PM10中水溶性离子污染特征

2015年1月10~19日,对成都市青羊区雾霾期间大气PM10样品进行了采集,分析其质量浓度和9种水溶性离子(F-、Cl-、NO-3、SO2-4、NH+4、Ca2+、Mg2+、K+和Na+)的分布特征。结果表明:此次雾霾期间PM10的平均质量浓度高达357.8μg/m3;水溶性离子的总质量浓度在雾霾天较高,二次无机水溶性离子NO-3、SO2-4和NH+4占总水溶性离子的74.53%以上;雾霾和非雾霾天PM10中水溶性离子的质量浓度、含量百分比和各离子比值体现了本次雾霾是由机动车尾气、燃煤、建筑施工和气象等因素造成;PM10中NO-3/SO2-4的比值范围0.755 1~1.410,均值为1.050,说明成都是燃煤和机动车并存的复合型污染;PM10中NH+4和NO-3、SO2-4两两之间均具有较好的相关性,NH+4和NO-3、SO2-4的相关性系数分别为0.845 0、0.966 0,NH+4和NO-3、SO2-4主要以(NH4)2SO4、NH4NO3形式存在于PM10中,Ca2+和Mg2+的相关性系数高达0.913 0。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川区气溶胶水溶性离子变化特征及来源分析

基于2007年4、8和10月这3个时段不同季节的野外考察取样和实验室分析测试,探讨了天山乌鲁木齐河源1号冰川区气溶胶样品中水溶性离子成分的浓度组成、变化特征及其可能来源.结果表明,气溶胶水溶性离子平均浓度为2.76μg·m-3,化学组成以Ca2+、NO-3和SO2-4为主.Ca2+、SO2-4、NH+4、Na+、Mg2+、Cl-在春、夏、秋这3个季节的变化趋势与总离子浓度的变化趋势一致,均为夏季最高、秋季次之、春季最低,而K+与NO-3却呈现出秋季最高、夏季和春季浓度次之的季节变化特征.分析认为,气溶胶中Ca2+、Na+、Mg2+、K+和Cl-主要可能来自陆源矿物;而NO-3和NH+4则很大程度上以人为源为主.并且发现,SO2-4可能同时受陆地源与人类活动来源的影响.     

春季南充城区PM_(10)污染水平及其水溶性离子特征研究

采用中流量颗粒物采样器采集了60个可吸入颗粒物(PM10)环境样品,并用离子色谱法(IC)对所采集样品中的8种水溶性离子组成特征进行了分析。结果显示,春季南充城区空气质量良好,PM10中8种水溶性离子浓度大小为SO2-4NO-3Ca2+Na+Cl-K+F-Mg2+。其中SO2-4、NO-3和Ca2+的平均质量浓度分别占总水溶性无机离子(TWSII)的62.4%、23.9%和4.7%。NO-3和SO2-4及Ca2+和Mg2+具有良好的相关关系,燃煤源对PM10的贡献大于机动车移动排放源的贡献;水溶性无机离子主要以NaCl、MgSO4和Mg(NO3)2的形式存在。     

南京市大气颗粒物中水溶性离子的粒径分布和来源解析

为探讨南京市PM10、PM2.1和PM1.1中水溶性离子的季节变化和其主要来源,分别在南京市区和北郊进行了为期1 a的观测,得到了南京市城郊气溶胶的质量浓度和水溶性离子浓度并进行了来源解析.结果表明:①南京市区和北郊PM10、PM2.1、PM1.1颗粒物浓度顺序均为冬季>春季>秋季>夏季,春夏秋季节3种颗粒物浓度北郊高于市区,冬季相反.②检测的10种离子SO2-4、NO-3、Ca2+、NH+4、Cl-、K+、Na+、F-、NO-2、Mg2+总质量浓度为市区46μg·m-3,北郊39.6μg·m-3,对市区和北郊PM1.1、PM1.1~2.1、PM2.1~10的贡献率分别为56%、49.5%、20.4%和42.5%、37.9%、18.3%.③主要离子SO2-4、NO-3、NH+4、Ca2+浓度季节变化明显,在市区冬季高,夏季低,在北郊春季高,夏季低,南京地区季节性的气候变化和市郊两地的复杂下垫面和人为因素是影响离子浓度季节变化的主要原因.④NH+4、SO2-4、NO-3的前体物NH3、SO2、NOx的转化夏季主要来自汽车尾气,冬季汽车尾气和燃煤排放二者比重相近.Cl-在冬季主要来自工业排放,夏秋季和Na+一起主要来自海盐输送,Ca2+、Mg2+多为地面扬尘和建筑扬尘等地壳源,K+、F-、NO-2主要来自生物质燃烧和工业排放.     

燃煤电厂排放细颗粒物的水溶性无机离子特征综述

当前我国面临严重的大气细颗粒物(PM2.5)污染,燃煤电厂是大气中PM2.5的重要来源之一.为了实现国家"十一五"和"十二五"规划对二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)的总量减排目标,燃煤电厂大规模安装烟气脱硫和脱硝设施,这虽然减少了气态污染物转化生成的二次PM2.5,但另一方面也会对烟气中PM2.5的物理化学特征产生影响,有可能增加一次PM2.5的排放.本文综述了燃煤电厂排放PM2.5及其水溶性离子的粒径分布特征,重点介绍了脱硫和脱硝这两种烟气处理设施对燃煤电厂排放PM2.5的影响原理及相关研究结果,特别是对细颗粒物中水溶性离子(如SO2-4、Ca2+和NH+4)的影响.在目前我国PM2.5污染十分严重和燃煤电厂大量安装脱硫和脱硝装置的背景下,定量研究脱硫和脱硝对PM2.5排放特征的影响具有十分重要的意义.     

四川省典型工业行业PM_(2.5)成分谱分析

利用荷电低压颗粒物撞击器(ELPI+)对四川省水泥行业、玻璃行业、陶瓷行业、砖瓦行业、燃煤锅炉、生物质锅炉、电厂、钢铁行业等典型行业开展排放特征测试,通过组分分析,获取各行业PM2.5成分特征谱。结果表明:(1)水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦等建材行业均以Si、Ca、Mg等元素为主要排放组分,双碱法脱硫SO42-排放占比高于其他脱硫工艺;(2)电厂PM2.5中SO42-、Ca2+、NH4+、Mg和Si为特征组分;燃煤锅炉中OC、Al、Si和Ca等为特征组分;(3)OC和EC是生物质锅炉PM2.5主要排放组分,成型生物质燃料锅炉中K排放占比也较高,非成型生物质燃料锅炉中Cl-排放占比为所有行业中最高;(4)钢铁行业中Ca含量最高,为18.11%,其次为SO42-、Na+和Fe。     

超低排放典型燃烧源颗粒物及水溶性离子排放水平与特征

研究以自行开发建立的超低排放高湿废气中总颗粒物（total particulate matter,TPM）的直接冷凝采样系统及监测方法,应用于3台北京市超低排放典型燃烧源烟气中颗粒物的排放监测.分析和评估超低排放典型燃烧源排气中颗粒物及其水溶性离子的排放水平与组成特征,探究可过滤颗粒物（filterable particulate matter,FPM）和可凝聚颗粒物（condensable particulate matter,CPM）及其水溶性离子的相互作用与影响因素.结果表明：北京市超低排放燃煤锅炉FPM基准氧含量排放浓度介于1.04~1.11mg·m^-3之间,TPM基准氧含量排放浓度介于3.82~8.69mg·m^-3之间,均满足国家超低排放颗粒物限值要求（10mg·m^-3）,燃煤电厂TPM排放浓度超过了北京市颗粒物排放标准限值要求（5 mg·m^-3）.燃煤供暖锅炉CPM及其总水溶性离子排放水平分别为3.05mg·m^-3和1.30mg·m^-3,显著低于燃煤电厂,与燃煤电厂的负荷和烟温较高有关;燃煤电厂锅炉CPM及其总水溶性离子排放浓度分别是燃煤供暖锅炉的2.2~2.4倍和1.7~2.2倍.燃气电厂TPM及其总水溶性离子排放水平分别为1.99mg·m^-3和1.44mg·m^-3,均明显低于燃煤锅炉.CPM是燃烧源排气中颗粒物的主要形式,在超低排放锅炉烟气中CPM对TPM的质量贡献显著增加,并随烟温的升高而增加,燃煤锅炉为72.6%~88.1%,燃气电厂为93.1%,且水溶性离子总量的66.1%~94.2%存在于CPM中.排气烟温显著影响颗粒物及其水溶性离子的赋存形态、脱除效率与排放水平.SO₄^2-是燃煤锅炉颗粒物的主要特征离子,排放浓度介于0.98~1.18mg·m^-3,占水溶性离子排放总量的27.7%~49.6%,来源于烟气脱硫;F^-是燃煤电厂颗粒物中又一主要特征离子,排放浓度介于1.91~2.32mg·m^-3,占水溶性离子排放总量的54.4%~56.1%,可能与燃料煤含氟量高有关;NH₄⁺是燃气电厂颗粒物的主要特征离子,排放浓度为0.92mg·m^-3,占水溶性离子排放总量的64.2%,来源于选择性催化还原法（selective catalytic reduction,SCR）脱硝过程中的NH₃逃逸,其排放浓度显著高于燃煤锅炉,可能与燃气电厂缺少其它净化设施的协同去除效应有关.     

西安城区燃煤锅炉颗粒物排放特征研究

针对西安市雾霾频发,在集中供热期利用冷凝法收集了5台燃煤锅炉排放的湿烟气中的冷凝液,分析了湿烟气中颗粒物的排放特征。实验结果表明:5台锅炉排放的烟气中可溶性盐的浓度为0. 92～10. 59 mg/m3,不溶性颗粒物浓度为0. 46～6. 31 mg/m3,供热燃煤锅炉的可溶性盐和不溶性颗粒物的排放量明显高于电厂燃煤锅炉。水溶性盐中主要成分含有SO2-4、NH+4、Cl-以及Ca2+,其中SO2-4含量最高,质量分数为55. 69%～66. 84%。根据现场测试结果和西安城区燃煤锅炉的燃煤量推算:当静风天气持续48 h时,分别以300,500 m的空间高度为基准,计算得出燃煤锅炉排放的可溶性盐对西安城区大气中颗粒物浓度的贡献量分别为6. 6,3. 96μg/m3。     

天津市高校夏季道路扬尘PM2.5中水溶性离子污染特征及来源

为研究天津市高校道路扬尘PM_2.5中水溶性离子的污染特征、来源及校内外差异，于2018年7—8月采集天津市9所高校道路扬尘样品，用离子色谱法对其中8种水溶性离子（Ca²⁺、K⁺、Mg²⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、SO₄^2-）进行分析.结果显示：①水溶性离子占PM_2.5的11.65%，PM_2.5中占比大于1%的离子有Ca²⁺和SO₄^2-，其中Ca²⁺最多，占到总水溶性无机离子的65.75%；②入校道路离子含量（12.76%）稍高于校内道路（11.11%），其中8种离子含量的差异均无统计学意义；CE/AE（阴阳离子当量浓度比）值为9.59（远大于1），PM_2.5呈较强碱性；③NH₄⁺与SO₄^2-、NO₃^-主要以（NH₄）₂SO₄和NH₄NO₃的形态结合；④NO₃^-/SO₄^2-的比值为0.45，说明固定源的贡献更大；⑤天津市高校道路扬尘PM_2.5主要来源于海盐粒子、燃煤、机动车尾气、建筑水泥尘等.     

青岛大气气溶胶水溶性无机离子研究:季节分布特征

为了全面了解当前青岛地区大气气溶胶中水溶性组分的特征及来源,于2008年1～12月在青岛市区连续采集了总悬浮颗粒物(TSP)样品,运用离子色谱法对其主要的水溶性阴阳离子进行了分析.结果表明,SO24-、NO3-、NH4+和Cl-是TSP中水溶性离子的主要成分,四者质量浓度之和占总水溶性离子质量浓度的86.9%.TSP及其水溶性组分存在明显的季节变化,其来源也存在多源性.Na+、NH4+、Ca2+、F-、Mg2+均为冬季最高,夏季最低,K+、PO34-为秋季最高,夏季最低,Cl-为冬季最高,秋季最低,NO3-则为春季最高,夏季最低,而SO24-为春季最高,秋季最低.不同天气对颗粒物和气溶胶中水溶性离子影响很大.颗粒物浓度在晴天时最低,其次是雾天,再次是烟雾和霾,沙尘天气下质量浓度最高.Na+、Mg2+、Ca2+、F-、Cl-和PO34-在烟雾天气下的平均浓度最高,而NH4+、K+、NO3-和SO24-则是在霾天气下质量浓度最高.     

使用RCFP-IC对南京市不同污染状况下PM_(2.5)中水溶性离子的观测分析

本文使用大气细颗粒物快速捕集系统及化学成分在线分析系统(RCFP-IC)和美国热电污染气体分析系统(EMS系统)对2013年11月16日—12月10日南京地区PM2.5中主要水溶性离子和污染气体进行了观测分析,并结合气象要素数据分析了灰霾天PM2.5中主要水溶性离子的污染特征.结果表明:不同污染条件下PM2.5中水溶性离子分布差异较大,清洁天浓度最大的6种离子排序为SO2-4NO-3NH+4Cl-NO-2K+,霾天(11月20—24日)和雾-霾天(12月1—8日)前6种离子排序分别是SO2-4NH+4NO-3NO-2Cl-K+和NO-3SO2-4NH+4Cl-NO-2K+.受污染源和化学反应的日变化影响,不同离子的日变化特征不同.污染天NO-3、SO2-4和NH+4的浓度是干净天的2.8~5.0倍.不同水溶性离子对能见度的影响不同.     

典型超低排放燃煤电厂可凝结颗粒物特征和成因

燃煤电厂排放的可凝结颗粒物（condensable particle matter,CPM）由于其潜在的大气环境影响引起广泛关注,而目前对于燃煤电厂CPM的特征和成因尚不清楚.本研究通过稀释间接法收集了超低排放改造后的典型燃煤电厂石灰石-石膏湿法脱硫（wet flue gas desulfurization,WFGD）入口/出口和湿式静电除尘（wet electrostatic precipitator,WESP）出口位置的CPM,并对其进行重量分析和水溶性离子分析,同时测量了可能的CPM气态前体物浓度.结果表明,烟气中CPM的主要气态前体物为HCl、HNO₃、SO₃和NH₃等.烟气温度降低后,这些气态前体物通过冷凝或化学反应形成CPM.所形成CPM主要化学组分包括SO₄^2-、Cl^-、NO₃^-和NH₄⁺等水溶性离子.WFGD和WESP可以降低CPM气态前体物的浓度,进而减少CPM排放,经过WFGD和WESP后CPM浓度的平均下降比例分别为27%和45%.此外,稀释降温后烟气中的SO₃非均相冷凝在已有的颗粒物表面上,导致颗粒物中的SO₄^2-增加,同时Cl^-和NO₃^-减少,致使最终排口处CPM的水溶性离子组分主要为SO₄^2-.     

1990与2007年兰州冬季大气气溶胶中水溶性离子浓度比较

研究了兰州市1990和2007年冬季在同一地点采集的大气气溶胶样品,使用离子色谱法对其中8种水溶性无机阴离子和6种阳离子进行了分析.结果发现,17年来由于工业和能源结构的改变以及机动车数量的急剧增加,气溶胶中主要水溶性离子的构成比例和排序正在发生明显变化.2007年水溶性离子占TSP质量的比例比1990年上升了16%以上,上升最明显的是SO42-(4.43%),NH4+(3.11%),Ca2+(2.50%),NO3-(2.27%)和Cl-(2.07%).其主要离子的排序以及在被测阴、阳离子总和中的比例也发生了明显变化.阴离子中仍然以SO42-为首;而阳离子中,1990年是以Ca2+为首,到2007年则变成以NH4+为首.NH4+在被测阴、阳离子总和与阳离子总和中所占比例分别上升了7%和6%.在研究气溶胶的同时,应重视其水溶性离子对人体的危害和影响.     

辽宁典型城市道路扬尘PM2.5中水溶性无机离子组分特征及来源解析

为了解辽宁省典型城市道路扬尘PM_(2.5)中水溶性无机离子组分特征及其来源,分别于2014年和2016年采集了鞍山市和盘锦市道路扬尘样品,利用再悬浮采样器将其悬浮到滤膜上,用离子色谱仪分析了其中的水溶性无机离子组分,分别用相关分析法和比值法分析了其污染特征,用主成分法初步解析了其主要污染源.结果表明,盘锦市和鞍山市8种水溶性无机离子分别占道路扬尘PM_(2.5)的5.83%±3.34%和5.84%±1.15%.盘锦市NH_4~+与SO_4~(2-)和NO_3~-的结合方式主要为(NH_4)2SO_4和NH_4NO_3,鞍山市NH_4~+与SO_4~(2-)和NO_3~-的主要结合方式为NH_4HSO_4和NH_4NO_3.盘锦市和鞍山市道路扬尘PM_(2.5)中NO_3~-/SO_4~(2-)的均值分别为0.52±0.55和0.46±0.13,表明固定源(燃煤)对其道路扬尘PM_(2.5)的影响较显著.盘锦市道路扬尘PM_(2.5)主要来源于生物质燃烧源、海盐粒子、建筑水泥尘和机动车尾气;鞍山市道路扬尘PM_(2.5)主要来源于燃煤源、生物质燃烧源、海盐粒子和钢铁冶炼尘.     

深圳市郊区大气中PM2.5的特征分析

为了确定深圳市郊区大气中PM2.5的污染特征,本研究分析了2009年和2010年夏季和冬季PM2.5样品中的水溶性离子和多环芳烃成分.结果表明,深圳市郊区大气中PM2.5的质量浓度很高,夏季53.9%和冬季100%的样品超过了WHO的大气质量准则浓度.PM2.5中,冬季最主要的3种离子是SO24-、NO3-和NH4＋.在夏季,这3种离子在PM2.5中的含量都会减少,而Cl-、Na＋、K＋、Ca2＋和Mg2＋的含量会增多.另外,冬季是多环芳烃浓度较高的季节,其中萘、苊烯、苊和苯并荧蒽是冬季PM2.5中多环芳烃的主要成分.本研究还通过比值法和特征化合物法对深圳市郊区大气中的PM2.5进行了源解析,确定了PM2.5的可能来源.     

盘锦市冬季PM2.5水溶性离子特征及来源分析

为探讨盘锦市冬季PM_(2.5)水溶性离子污染特征和来源,于2017年1月采集3个点位的PM_(2.5)样品,用ICS-900离子色谱仪分析了8种离子(Na~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)、K~+、NH_4~+、SO_4~(2-)、Cl~-和NO_3~-).开展了PM_(2.5)和离子浓度特征分析、硫氧化率(SOR)和氮氧化率(NOR)计算、离子平衡计算、主成分分析等.结果表明:盘锦市冬季PM_(2.5)浓度与水溶性离子浓度特征为文化公园开发区第二中学;SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+质量浓度较大;冬季硫氧化率(SOR)和氮氧化率(NOR)的均值均大于0.10,说明SO_4~(2-)、NO_3~-主要由SO_2和NO_x转化而来;阳离子和阴离子当量相关性较强;开发区整体上呈现出中性,文化公园与第二中学呈现出偏碱性;盘锦市PM_(2.5)中水溶性离子主要来源于煤烟尘,生物质燃烧,二次粒子以及扬尘.