2020年济南市大气降水无机离子组分特征分析

2021-11-22 03:36刘建军朱玉玲郭萌萌马姗姗

环保科技 2021年5期

刘建军朱玉玲郭萌萌马姗姗

(1.山东省济南生态环境监测中心，济南 250014；2. 济南市食品药品检验检测中心，济南 250014)

随着经济社会的发展，城区规模不断扩大，城市环境空气污染物容量超过负荷，大气降水被认为是净化大气环境最为有效的手段[1]，是大气污染物重要的汇[2]。因此对大气降水的化学组分研究可以反映大气污染程度、判断大气污染因子等情况，有利于地区大气污染问题的预防与控制。近年来，国内许多学者对大气降水化学组分及其来源已经做了大量研究，比如北京、西安、郑州、宁波、桂林等。济南市地理位置优越，北连首都经济圈，南接长三角经济圈，东西连通山东半岛与华中地区，是环渤海经济区和京沪经济轴上的重要交汇点，是京津冀及周边“2+26”城市之一，但大气污染问题较为严峻，根据生态环境部发布的168 个重点城市空气质量排名中，2020年5-10 月济南均处于后 20名内，全年位于倒数11名。目前对济南市大气降水化学组分和沉降特征的研究较少，本研究测定了济南市2020年1月-12月大气降水中无机离子浓度，分析了降水污染特征和各离子组分来源，以期为区域大气污染防治决策提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 区域概况

济南市位于山东省中部(116°11′-117°44′E ，36°01′-37°32′N)，地处鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带上，地下水蓄存量丰富，城内百泉争涌，是著名的泉城和国家历史文化名城，属暖温带半湿润的大陆性季风气候区，四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥，主导风向为东北-西南风，年平均气温13.8℃，平均降水量685 mm。2020年济南全市平均降水量为736 mm，较常年降水量高约7%。

1.2 样品采集与分析

本研究降水样品采集点位于山东省济南生态环境监测中心实验楼顶层(117°8′E，36°38′N)，距离地面约20m。采样点周边为居民区、办公区和交通道路，局地有部分建筑工地，附近无工业企业等固定污染源。样品采集采用手工采样方式，用聚乙烯塑料小桶收集降水样品，同时放置标准雨量筒收集雨水记录降雨量。样品采集全过程降水，逢雨必测，每24小时采样1次，采样时间和频率依据《酸沉降监测技术规范》(HJ/T165-2004)要求开展。2020年1月-12月共采集有效降水样品51个。样品测定指标包含pH、电导率、降水量及硫酸根、硝酸根、氟、氯、铵、钙、镁、钠、钾9种离子。

1.3 质量控制

样品采集和分析过程均依据《酸沉降监测技术规范》(HJ/T 165-2004)要求开展质量保证与质量控制工作。为保证数据质量的可靠，对所有采集的有效水样中的总阴离子、总阳离子当量浓度进行线性回归分析(图1)，总阴离子和总阳离子的相关系数为0.857，为相关性为P<0.01的极显著相关，样品质量具有一定可靠性。

图1 总阴离子、总阳离子当量浓度线性回归

2 结果与分析

2.1 降水量和降水pH

2020年1月1日-12月31日，共采集有效降水样品51个。降水样品pH值范围在6.24～7.93之间，按降水量加权平均值为6.79。按照大气降水化学特性的酸碱分类方法，pH值大于5.6的不会对生态环境造成危害的称为碱性降水[4]，本研究中所有降水样品pH值均大于5.6，总体呈弱碱性。

按月份分析，月变化特征见图2。

图2 2020年济南市大气降水量与pH值月变化趋势

大气降水pH值月变化除12月份外，基本呈现先升后将的趋势，与降水量呈显著的负相关性。从季节分布来看，济南市降水pH加权均值春季(3-5月)为6.93高于其他季节，且出现单次降水pH最大值7.93，分析原因为济南市春季大气受风沙浮沉影响，大气中含有丰富的碱性阳离子，随着降水增多，大气中碱性的沙尘受降水冲刷沉降，大气降水pH逐渐降低，酸性增强。

2.2 降水电导率(EC)

降水EC值主要由其中的水溶性离子组分决定，对降水污染程度有一定的指示作用，可间接反应区域大气的污染程度[5]。本次研究中，降水样品EC值范围为7.5～206 μs/cm，平均值为67.6 μs/cm，远高于我国降水背景点瓦里关山的平均电导率14.8 μs/cm[6]，略高于同为北方城市的北京52.23 μs/cm[7]和郑州52.47 μs/cm[8]，间接说明济南市大气污染状况较重。