2018年嘉峪關市大氣降水的化學特征及其成因分析

褚明天，張艷萍

（1.嘉峪關市生態環境局；2.嘉峪關市和誠路小學，甘肅 嘉峪關 735100）

大氣降水化學特征是由溶入降水中的大氣污染物所決定的，并隨著地域、時段、降雨量、污染物類型等因素的變化而變化。隨著城市化進程進一步加快，各類污染物的排放量劇增，大氣環境呈現出不同程度的惡化，使人體健康受到嚴重威脅。通過系統分析嘉峪關市2018年降水數據，筆者深入研究了嘉峪關市降水化學特征及其成因，為其打贏大氣污染防治攻堅戰提供理論依據。

1 樣品來源及分析方法

降水采樣點位于嘉峪關市生態環境局辦公大樓樓頂，該采樣點四周開闊，無其他高大建筑物，根據當地氣象和環境條件，其具有較好的代表性。樣品采集和分析方法均按照《酸沉降監測技術規范》（HJ／ T165-2004）的要求進行，監測項目為降水時間、降水量、水質pH 值、電導率、和K+。

2 降水pH 值的變化

降水pH 值不僅可以表示降水酸度的強弱，還能間接地反映當地大氣環境污染的程度。pH 值越小，降水的酸度越強，對環境的破壞就越大[1]。根據2018年降水監測數據，人們可以發現嘉峪關市降水中pH 值的季度變化（降水中pH 平均值采用氫離子濃度加權平均法），具體變化如圖1所示。

由圖1可以看出，2018年嘉峪關市降水中pH 值季均值的范圍為7.52 ～8.22，其中第二季度的pH 值季均值最低，第一季度的pH 值季均值最高，按酸度強弱順序依次是：第二季度＞第四季度＞第三季度＞第一季度。由此可知，嘉峪關市降水呈弱堿性，其pH 值的變化與季節有關。

圖1 嘉峪關市2018年降水中pH 值季度變化

3 降水電導率的變化

降水的電導率是表示降水中所含的各種可溶性陰陽離子多少的綜合指標，電導率的大小體現了降水中離子濃度的高低，離子濃度則反映出大氣中各種污染物的含量。根據2018年降水監測數據，人們可以探尋嘉峪關市降水中電導率的季度變化，具體情況如圖2所示。

圖2 嘉峪關市2018年降水中電導率季度變化

從圖2可以看出，2018年嘉峪關市降水電導率季均值的范圍為7.58 ～51.8 uS/cm，其中第一季度的電導率季均值最低，第二季度的電導率季均值最高。嘉峪關市地處西北，全年氣候干燥，尤其是夏季久旱無雨，導致大氣中污染物處于高濃度狀態，經過降水對大氣污染物的清除，降水中的離子總濃度較大，電導率出現最高值。

4 降水中離子含量的變化

通過對大氣降水中陰陽離子含量的研究，人們可以深入了解嘉峪關市大氣中主要污染物的狀況。降水中的陰離子一般為SO42-、NO3-、Cl-、F-、HCO3-等，陽離子為NH4+、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、H+等。因受生產周期和地理氣候等因素影響，嘉峪關市大氣中離子的含量隨季節的變化呈明顯差異，各類離子監測結果如表1所示。

表1 嘉峪關市2018年降水中離子監測結果

由表1可知，以ρ（SO42-）/[ρ（SO42-+NO3-+Cl-+F-）] 依次對陰離子進行計算，2018年嘉峪關市降水中Cl-濃度占50.2%，大于SO42-、NO3-和F-的比重。與去年相比，SO42-比重由83%下降到24%，NO3-比重由6.9%上升到19.5%，SO42-濃度有下降的趨勢，而NO3-呈現出上升的趨勢，但是SO42-與NO3-比重的差距進一步減少，由此可以說明嘉峪關市大氣污染類型由燃煤為主的硫酸鹽型大氣污染向燃煤與機動車尾氣污染并存的復合型大氣污染轉變。嘉峪關市降水中Cl-濃度較高，源于溫室氣體（尤其是大部分制冷劑）經過光解，使當地大氣中Cl-濃度上升[1]。以ρ（NH4+）/ [ρ（NH4++Ca2++Mg2++Na++K+）]依次對陽離子進行計算，2018年嘉峪關市降水中K+的比重最高，其次依次為Ca2+、Na+和NH4+。

5 成因分析

大氣降水的化學特征是由溶入降水的大氣污染物經過復雜的化學反應而形成的，并且易受地形、季節、生產活動和氣象條件的因素影響。由于目前監測條件不足，人們對嘉峪關市降水化學特征的研究不夠全面，通過樣品分析得到的結論與實際情況相差甚遠。因此，大氣降水化學特征的研究需從各個因素綜合考慮。

5.1 降水中離子濃度對pH 值和電導率的影響

2018年嘉峪關市降水離子的監測結果中，SO42-占離子總濃度比重為17%，NO3-占離子總濃度比重為10%，Cl-占離子總濃度比重為10%，NH4+占離子總濃度比重為7%，Ca2+占離子總濃度比重為10%，并且酸根離子的比重高于NH4+與Ca2+比重之和，由此可知酸根離子對降水的pH 值高低起主要作用。尤其在第二季度，酸根離子總濃度出現最高值，pH 值則表現出全年的最低值。

降水中的電導率是由降水中所含離子的濃度所決定的，離子總濃度越高，導電能力就越強，降水的電導率就越大，反之則越小[2]。在第二季度大氣降水中，離子總濃度最高，電導率表現出全年最 高值。

5.2 各類污染物排放總量的影響

嘉峪關市作為我國西北地區最大的碳鋼和不銹鋼生產基地，已形成以冶金工業為主體，化工、電力、建材、機械、輕紡、食品為輔的工業體系。2017年，嘉峪關市工業二氧化硫排放量28 815 t，同比增長-3.96%；工業氮氧化物排放量24 823 t，同比增長-16.3%[3-4]。自2018年起，嘉峪關市全面啟動污染防治攻堅戰，不斷加大大氣污染防治力度，積極開展燃煤鍋爐淘汰，有序推進農村改暖、改炕、改灶、改廚綜合改造工程項目，嚴格控制各類污染物排放總量，使當地降水一般呈弱堿性，未出現酸雨（pH ＜5.6）現象。

5.3 地理地貌和氣候條件的影響

嘉峪關市轄區略呈平行四邊形，境內地勢平坦，土地類型多樣。工業園區主要分布在城市的周邊，企業排放的各類污染物處于城市的下風向，可有效地降低大氣中各類污染物的含量。嘉峪關市屬于溫帶大陸性荒漠氣候，日照長而強烈，蒸發量大，降雨量少，大風天氣多，晝夜溫差大。特別是冬季、凌晨和夜間易形成逆溫層，使近地面的煙塵、污染物、水汽凝結物無法擴散。

6 控制建議

為了創造良好的生態環境，確保打贏藍天保衛戰，要不斷加強執法監管，突出重點區域、重點領域和重點行業，統籌兼顧、分類施策、精準發力，形成政府統領、企業施治、創新驅動、公眾參與、社會監督的大氣污染防治新機制。

強化燃煤污染綜合整治，全面完成轄區內燃煤鍋爐綜合整治，加大煤質管控力度，并做好總量控制。強力推進工業污染源治理，嚴格執行“三同時”制度和建設項目竣工環境保護驗收工作，嚴控“兩高”行業新增產能，限制“兩高”行業項目建設，切實化解過剩產能。

完善重點行業環境監管體系，加大對重點企業污染排放源的監督、監察和監測力度。同時，積極開展大氣污染排放源全面達標排放治理改造，鼓勵企業實施清潔生產，大力發展循環經濟，應用先進的脫硫脫銷技術和生產工藝，使企業有效地減輕環境污染[5-6]。