瑞丽市大气降水的化学组成特征分析

瑞丽市大气降水的化学组成特征分析

康昌必

德宏州生态环境局瑞丽分局

摘要：依据瑞丽市2019年降雨监测数据分析，瑞丽降雨均无酸雨现象，pH值范围5.89~7.74，雨量加权平均值为6.49，累计降雨量为1230.5mm，降雨中主要的离子为Ca²⁺ 、SO₄^2-、Mg²⁺ 、NH₄⁺ 、NO₃^-，主要来源于非海洋源的人类活，分析离子项目存在阴离子的缺失。

关键词： 大气降水 化学组成特征 离子成分来源

降水对大气可溶性物质的清除方面有着重要的影响，降水的化学组成与大气中污染物密切相关，气象因子、地形结构和地理位置等环境因素也对大气的化学组成产生一定的影响。自然界降水可视为一个与大气处于平衡状态的水溶液体系，通常认为pH 5.6是降水与大气中CO₂相平衡的天然酸度，其酸性增加认为来自人为污染[3]。降雨可以明显改善环境空气质量，但随着我国经济快速发展 ,煤炭、石油等化石燃料消耗迅速增长 ,相应向大气环境排放的酸性物质大幅增加 , 中国长江以南成为继欧洲和北美之后的世界第三大酸雨区[5 ]，给我国南部地区的环境和经济造成了严重影响。文章选取瑞丽市2019年大气降水样品数据，分析pH、电导率（EC）及其化学组分，大气降水的化学组成及化学特征，分析当前瑞丽市降水水的酸化程度、化学组成。

1 监测点位与分析仪器方法

瑞丽市属南亚热带季风性气候，全年分旱雨两季，基本无霜，年平均气温21 ℃ ，降雨充沛。大气降水监测地点位于瑞丽市兴安路37号，瑞丽分局楼顶，东经97.8579、北纬24.0080。按照《酸沉降监测技术规范》（HJ/T165-2004），降水监测项目为降雨量、pH、EC及其化学组分钠、铵、钾、镁、钙、氟、氯、硝酸盐、硫酸盐。单个样品采集时间为上午9:00时到次日9:00的24h内的降雨，若期间有多次降雨则合并为一个样品。样品使用青岛诶仑色谱科技有限公司的isc-8降雨采样器采集，分析采用后选用成都世纪方舟PHS-4C+智能酸度计, 上海仪电DDS-307A电导率仪，瑞士万通883型离子色谱仪进行样品分析，选用的的分析方法见表1。文章选取的数据不包含当日降雨量小于1.6mm的降雨数据。

表1 大气降水监测项目分析方法表

2.结果与讨论

2.1降雨的pH与电导率（EC）

2019年共采集71次降雨进行分析累计降雨量1230.5mm。监测数中pH范围5.89~7.74，雨量加权平均值为6.49，电导率0.40-244μs/m，算数均值为37.8μs/m。年内pH、EC变化如图1。

图1pH、电导率采样顺序的分布

表2 2019年瑞丽市各月采集的降雨的次数及月降雨量

将所测离子组分按照雨量加权平均值计算，所监测的离子成分离子当量浓度及所占总离子比值见表3，中H⁺与HCO₃^-按照酸沉降监测技术规范计算得来。

表3 瑞丽市的降雨中离子浓度

瑞丽年内降雨pH均大于5.6，均无酸雨现象。总体上看瑞丽市降雨的气候存在明显的旱季和雨季之分，电导率变化较大，旱季每次降雨的电导率值均偏大且变化幅度较大，雨季里降雨的电导率较小，变化不明显。结合瑞丽环境空气监测数据看，在瑞丽市降雨量较小时，环境空气颗粒物浓度值较大，降雨受了到大气污染的影响，电导率值增大。

2.2离子平衡

数据中按照所测指标的雨量加权平均值计算阴离子的当量浓度之和为84.72μeq·L^-1阳离子的当量浓度之和为174.9μeq·L^-1，总离子浓度为249.62μeq·L^-1。按照《酸沉降监测技术规范》（HJ/T165-2004）计算R1和R2值，雨量加权平均值计算的R1为34.7%＞8%。计算的电导率值为27.4μs/m，降雨的电导率平均值为37.8μs/m，R2的绝对值16.0%＞9%。目前所分析离子组分不能完全反应降雨的水溶性离子组分，阴离子分析的组分中存在缺失，有条件应当增加甲酸、乙酸等水溶性有机酸分析。

2.3降雨的化学组分特征

2.3.1 SO4^2- 与N0₃^-的比值

通常将SO4^2- / N0₃^-的值来划分酸雨类型，当SO4^2- / N0₃^-的值大于3.0时为硫酸型或燃煤型，当SO4^2- / N0₃^--的值小于3.0大于0.5时为混合型，当SO4^2- / N0₃^-的值小于0.5时为硝酸型或燃油型。酸雨的类型在一定程度上反映了大气污染的类型。瑞丽市2019年数据SO4^2- 与N0₃^-的比值为2.57，可见瑞丽的酸雨类型为混合型。

2.3.2主要阴离子与阳离子

降雨中当量离子总浓度242.17μeq·L^-1，离子浓度处于较低水平，降雨中各离子当量浓度从高到低顺序为Ca²⁺ ＞SO₄^2- ＞Mg²⁺ ＞NH₄⁺ ＞NO₃^- ＞Cl^- ＞K⁺ ＞Na⁺ ＞F^-, Ca²⁺ Mg²⁺ SO₄^2- NO₃^-是降水中的主要离子做份对降雨的离子总数贡献为81%。将主要的阳离子与阳离子比值与降水pH关系作比较，其结果显示比值的增加表示降水的酸度增加，与王璟选用上海市北区数据研究的《大气降水中离子化学特征及来源分析》[2]中将主要的阳离子与阳离子比值用来参考反应降水酸化程度的定性量度，比值的增加表示降水的酸度增加结果一致。

2.4降水的来源分析

大气化学研究中，富集系数（EF）常被用于大气和降水中元素来源的分析。通常以Na⁺作为纯海洋来源的海盐离子。以Ca₂⁺作为土壤的参考元素计算降水中主要离子的富集系数[2]。富集系数远偏离1时，认为降水中的离子组分对于参考物质被富集或被稀释，各离子的富集系数如表4。

表4离子组分富集系数表

瑞丽降雨中各项离子相对于海水富集系数均大于1，降水中的各离子均被富集，说明瑞丽大气降雨中离子组分来自海洋源的贡献较小，离子大部分来自于非海洋源的贡献，与瑞丽市内陆地理环境存在直接关系。氟、硫酸根离子主要来源于燃煤及工业排放，硝酸根主要来源于机动车尾气及工业排放，而钙镁离子主要来源于地壳源，期中包括了地表扬尘、建筑施工活动等。

3.结论

（1）瑞丽市降雨主要集中在6-9月，其余月份降雨量较小。降雨pH的值大于5.6，降雨量加权平均值6.49无酸雨发生。

（2）降雨量较小月份，降雨的电导率值较大，离子浓度同时增大。离子组分分析存在阴离子缺失现象应，当增加其他水溶性有机酸及其他阴离子分析。

（3）瑞丽市降雨属于酸雨的混合型，降雨的离子组分中主要成分为Ca²⁺ Mg²⁺ SO₄^2- NO₃^-。

（4）瑞丽市降雨较海水源分析各离子产生较大的富集，主要来源于非海洋源的人类活动的排放。

参考文献：

1 《酸沉降监测技术规范》（HJ/T165-2004）

2 王璟 《大气降水中离子化学特征及来源分析》 环境科学与管理 37卷第3期

3 唐孝炎 张远航 邵敏。大气环境化学第二版M 北京高等教育出版社 20116.365-446

4 牛或文 何凌燕 胡敏 《深圳大气降水的化学组成特征》 环境科学 第29卷第四期 2008年4月

5 王文兴 丁国安 中国降水的酸度和离子浓度的时空分布 环境科学研究