空氣冷凝水與降雨的化學(xué)成份和大氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系
摘要：探討了家用除濕機(jī)作為空氣水溶性物質(zhì)采集器的可行性。通過(guò)離子色譜儀等對(duì)冷凝水與降雨中化學(xué)成份進(jìn)行分析，探索了空氣冷凝水與大氣環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系，并考察了降雨前后空氣冷凝水中可溶性化學(xué)成份的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，空氣冷凝水與降雨的化學(xué)成份顯著相關(guān)，冷凝水中大部分陰陽(yáng)離子的含量只比雨水低1個(gè)數(shù)量級(jí)。空氣冷凝水的化學(xué)成份在不同的環(huán)境功能區(qū)其濃度存在顯著差異。
關(guān)鍵詞：空氣冷凝水 降水 空氣污染 家用除濕機(jī)
1 前言
近年來(lái)對(duì)于霧水的研究，國(guó)內(nèi)外已有不少研究報(bào)導(dǎo)[1,2]。結(jié)果表明，霧水化學(xué)組成與局地空氣中的物質(zhì)即與局地空氣環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)。霧由水汽生，水汽是霧水的前體物，是霧水聚合物的單體。霧的形成需要特定的環(huán)境條件，而水汽則不需要特定條件，因此研究水汽的采樣、空氣冷凝水中可溶性化學(xué)成份與大氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系很重要。降雨中的化學(xué)組成可以反映大氣環(huán)境質(zhì)量，而水汽冷凝水與降水之間具有相似的物理化學(xué)性狀，因此選擇低空水汽化學(xué)組成與降水化學(xué)組成進(jìn)行相關(guān)比較，可以探討它們之間的聯(lián)系，進(jìn)一步則可以探討與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系。
在酸雨成因的研究中，有報(bào)導(dǎo)用冰冷法采集空氣冷凝水〔3〕。但該方法采樣量小，需要長(zhǎng)時(shí)間采樣才能滿足分析方法的靈敏度要求，同時(shí)也無(wú)法計(jì)量采氣體積。本文提出了利用家用除濕機(jī)作為空氣可溶性物質(zhì)的采樣器這樣一個(gè)既簡(jiǎn)便又適用的采集空氣冷凝水的方法。
2 研究分析方法
2.1 采樣
在廣東省中山市中心城區(qū)采集冷凝水和降水。1組樣品由同一地點(diǎn)的雨前、雨中和雨水3種樣品組成。
降水的采樣與樣品處理：剛剛下雨時(shí)，將一個(gè)清潔過(guò)的聚乙烯塑料盆放在約1m高的木架上，盛集一次降水全過(guò)程的雨樣。
與降雨比較的低空水汽的采樣與樣品處理：于降雨采樣點(diǎn)處，將除濕機(jī)置于1m高的木凳上，使進(jìn)氣口也在1m的高度內(nèi)，在除濕機(jī)正上方撐開(kāi)一扇直徑3m的大陽(yáng)傘，以遮擋陽(yáng)光直射、降塵和降雨。
在降雨前3h內(nèi)收集1個(gè)水汽樣品，在降雨全過(guò)程中收集1個(gè)水汽樣品。
將收集的水汽冷凝水與雨水分別倒入潔凈的、墊有0.45um 的混合纖維素微孔濾膜的3G沙芯玻璃漏斗中過(guò)濾，裝入300mL市售純凈水新鮮塑料空瓶中，貼好標(biāo)簽，于0～8℃冷柜中保存待測(cè)定。
2.2 分析項(xiàng)目與設(shè)備
F－、Cl－、NO2－、NO3－、SO42－、Na＋、NH4＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋ 10種陰陽(yáng)離子，761 compact型離子色譜儀(瑞士萬(wàn)通公司)。
pH，pHS-3D型酸度計(jì)(成都儀器廠)。
電導(dǎo)率，DDS-11A型電導(dǎo)率儀(上海雷磁儀器廠)。
3 檢測(cè)結(jié)果
對(duì)8組雨前水汽、雨中水汽和雨水樣品進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。
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| 表1雨前水汽、雨中水汽、雨水樣品中常見(jiàn)離子的平均值及其相關(guān)系數(shù) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
分別在廣東省中山市的市區(qū)、交通道路、工業(yè)區(qū)、農(nóng)村、自然風(fēng)景區(qū)等不同大氣環(huán)境功能區(qū)中，用家用除濕機(jī)采集空氣冷凝水樣品，每個(gè)地點(diǎn)平行取2個(gè)樣品，分析結(jié)果見(jiàn)表2。
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| 表2不同大氣環(huán)境功能區(qū)水汽樣品中常見(jiàn)離子的平均值（mg/L） |
于20：00至第2天早晨8：00，在廣東省中山市的城區(qū)采樣點(diǎn)采集夜間水汽樣品，并于第2天早晨8：30至第2天20：30采集白天水汽樣品，采樣時(shí)間12h，分析結(jié)果見(jiàn)表3。
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| 表3 夜間與白天城區(qū)水汽樣品中常見(jiàn)離子的平均值（mg/L）1) |
1) 氣象條件：多云有陰，氣溫6～21℃，相對(duì)濕度60%～95%，東北風(fēng)2級(jí)。
4 分析與討論
由表1可知，在同一地點(diǎn)、同一時(shí)間的雨前水汽、雨中水汽和雨水中，可溶性物質(zhì)具有相似性，其化學(xué)組成及其含量具有同步變化的性質(zhì)。雨前水汽、雨中水汽中的化學(xué)組成及其含量極其相似。
10種陰陽(yáng)離子質(zhì)量濃度在水汽和降水樣品的含量明顯不同。雨前水汽中的陰離子排序是：SO42－＞NO2－＞NO3－＞Cl－＞F－；雨水中的陰離子排序是：SO42－＞NO3－＞Cl－＞F－＞NO2－；雨前水汽中的陽(yáng)離子排序是：NH4＋＞Ca2＋＞Na＋＞Mg2＋＞K＋；雨水中的陽(yáng)離子排序是：Ca2＋＞NH4＋＞K＋＞Na＋＞Mg2＋。
降雨前后空氣冷凝水中可溶性化學(xué)成份的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，水汽中大部分陰陽(yáng)離子的含量比雨水低1個(gè)數(shù)量級(jí)。
降雨過(guò)程中的水汽冷凝水與降雨前相比，有些化學(xué)成分下降了，而有些化學(xué)成分則增加。這說(shuō)明降雨過(guò)程對(duì)空氣中污染物濃度的影響并非完全是雨水脫除過(guò)程，當(dāng)高空雨水中含有污染物比較多時(shí)，也有可能有雨增作用。
由表2可知，城區(qū)樣品中檢測(cè)出的總體離子濃度最高，而風(fēng)景區(qū)的總體離子濃度最低，這與城區(qū)總體污染較大有關(guān)。例如，亞硝酸根濃度，城區(qū)與工業(yè)區(qū)的含量高于風(fēng)景區(qū)，農(nóng)村的含值最低，交通道路的含量最高。這可能與機(jī)動(dòng)車(chē)排出的廢氣中含有氮氧化物，且亞硝酸根在大氣中的停留時(shí)間短、容易被水吸收或轉(zhuǎn)化有關(guān)。
由表3可知，白天與夜間的樣品中，各陰陽(yáng)離子濃度的大小排序都有變化。氟離子與硫酸根，夜里樣品的濃度比白天樣品大1倍；亞硝酸根，白天樣品的濃度比夜間樣品大得多；硝酸根，則是夜間樣品濃度高，這也說(shuō)明亞硝酸根在大氣中的停留時(shí)間短、容易被水吸收或轉(zhuǎn)化。
5 結(jié)論
空氣冷凝水與降雨的化學(xué)成份顯著相關(guān)，冷凝水中大部分陰陽(yáng)離子的含量只比雨水低1個(gè)數(shù)量級(jí)。空氣冷凝水的化學(xué)成份在不同的環(huán)境功能區(qū)其濃度存在顯著差異。
6 結(jié)語(yǔ)
分析檢測(cè)的結(jié)果表明，空氣冷凝水與雨水的化學(xué)成份二者具有極好的相關(guān)性，利用除濕機(jī)對(duì)空氣冷凝水取樣將不受氣象條件等的影響。故將監(jiān)測(cè)低空水汽物質(zhì)的方法應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，具有主動(dòng)、及時(shí)、方便、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，對(duì)促進(jìn)大氣氣溶膠水溶性物質(zhì)的研究、預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)空氣環(huán)境質(zhì)量、了解空氣酸堿性、了解空氣腐蝕、了解室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量、空氣污染的雨除效率、酸雨和環(huán)境酸化現(xiàn)象等都有著積極的意義。但空氣冷凝水中的化學(xué)物質(zhì)的濃度比較低，必須用精密的現(xiàn)代分析方法才能測(cè)定，同時(shí)也有可能因空白背景值或操作污染帶來(lái)較大的分析誤差，作為標(biāo)準(zhǔn)采樣方法，還有許多待進(jìn)一步完善之處。
7 參考文獻(xiàn)
1 朱彬，黃玉生. 西雙版納城郊霧水化學(xué)組成分析.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2000，20(3)：316～321.
2李德,邵德民.上海霧天大氣污染及霧水組分研究.上海環(huán)境科學(xué)，1999,18(3):117～120.
3 簡(jiǎn)新立.空氣冷凝水的測(cè)定及意義.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，1995,(2)：25～29.
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