2018年嘉峪关市大气降水的化学特征及其成因分析

褚明天，张艳萍

（1.嘉峪关市生态环境局；2.嘉峪关市和诚路小学，甘肃 嘉峪关 735100）

大气降水化学特征是由溶入降水中的大气污染物所决定的，并随着地域、时段、降雨量、污染物类型等因素的变化而变化。随着城市化进程进一步加快，各类污染物的排放量剧增，大气环境呈现出不同程度的恶化，使人体健康受到严重威胁。通过系统分析嘉峪关市2018年降水数据，笔者深入研究了嘉峪关市降水化学特征及其成因，为其打赢大气污染防治攻坚战提供理论依据。

1 样品来源及分析方法

降水采样点位于嘉峪关市生态环境局办公大楼楼顶，该采样点四周开阔，无其他高大建筑物，根据当地气象和环境条件，其具有较好的代表性。样品采集和分析方法均按照《酸沉降监测技术规范》（HJ／ T165-2004）的要求进行，监测项目为降水时间、降水量、水质pH 值、电导率、和K+。

2 降水pH 值的变化

降水pH 值不仅可以表示降水酸度的强弱，还能间接地反映当地大气环境污染的程度。pH 值越小，降水的酸度越强，对环境的破坏就越大[1]。根据2018年降水监测数据，人们可以发现嘉峪关市降水中pH 值的季度变化（降水中pH 平均值采用氢离子浓度加权平均法），具体变化如图1所示。

由图1可以看出，2018年嘉峪关市降水中pH 值季均值的范围为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，按酸度强弱顺序依次是：第二季度＞第四季度＞第三季度＞第一季度。由此可知，嘉峪关市降水呈弱碱性，其pH 值的变化与季节有关。

图1 嘉峪关市2018年降水中pH 值季度变化

3 降水电导率的变化

降水的电导率是表示降水中所含的各种可溶性阴阳离子多少的综合指标，电导率的大小体现了降水中离子浓度的高低，离子浓度则反映出大气中各种污染物的含量。根据2018年降水监测数据，人们可以探寻嘉峪关市降水中电导率的季度变化，具体情况如图2所示。

图2 嘉峪关市2018年降水中电导率季度变化

从图2可以看出，2018年嘉峪关市降水电导率季均值的范围为7.58 ～51.8 uS/cm，其中第一季度的电导率季均值最低，第二季度的电导率季均值最高。嘉峪关市地处西北，全年气候干燥，尤其是夏季久旱无雨，导致大气中污染物处于高浓度状态，经过降水对大气污染物的清除，降水中的离子总浓度较大，电导率出现最高值。

4 降水中离子含量的变化

通过对大气降水中阴阳离子含量的研究，人们可以深入了解嘉峪关市大气中主要污染物的状况。降水中的阴离子一般为SO42-、NO3-、Cl-、F-、HCO3-等，阳离子为NH4+、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、H+等。因受生产周期和地理气候等因素影响，嘉峪关市大气中离子的含量随季节的变化呈明显差异，各类离子监测结果如表1所示。

表1 嘉峪关市2018年降水中离子监测结果

由表1可知，以ρ（SO42-）/[ρ（SO42-+NO3-+Cl-+F-）] 依次对阴离子进行计算，2018年嘉峪关市降水中Cl-浓度占50.2%，大于SO42-、NO3-和F-的比重。与去年相比，SO42-比重由83%下降到24%，NO3-比重由6.9%上升到19.5%，SO42-浓度有下降的趋势，而NO3-呈现出上升的趋势，但是SO42-与NO3-比重的差距进一步减少，由此可以说明嘉峪关市大气污染类型由燃煤为主的硫酸盐型大气污染向燃煤与机动车尾气污染并存的复合型大气污染转变。嘉峪关市降水中Cl-浓度较高，源于温室气体（尤其是大部分制冷剂）经过光解，使当地大气中Cl-浓度上升[1]。以ρ（NH4+）/ [ρ（NH4++Ca2++Mg2++Na++K+）]依次对阳离子进行计算，2018年嘉峪关市降水中K+的比重最高，其次依次为Ca2+、Na+和NH4+。

5 成因分析

大气降水的化学特征是由溶入降水的大气污染物经过复杂的化学反应而形成的，并且易受地形、季节、生产活动和气象条件的因素影响。由于目前监测条件不足，人们对嘉峪关市降水化学特征的研究不够全面，通过样品分析得到的结论与实际情况相差甚远。因此，大气降水化学特征的研究需从各个因素综合考虑。

5.1 降水中离子浓度对pH 值和电导率的影响

2018年嘉峪关市降水离子的监测结果中，SO42-占离子总浓度比重为17%，NO3-占离子总浓度比重为10%，Cl-占离子总浓度比重为10%，NH4+占离子总浓度比重为7%，Ca2+占离子总浓度比重为10%，并且酸根离子的比重高于NH4+与Ca2+比重之和，由此可知酸根离子对降水的pH 值高低起主要作用。尤其在第二季度，酸根离子总浓度出现最高值，pH 值则表现出全年的最低值。

降水中的电导率是由降水中所含离子的浓度所决定的，离子总浓度越高，导电能力就越强，降水的电导率就越大，反之则越小[2]。在第二季度大气降水中，离子总浓度最高，电导率表现出全年最 高值。

5.2 各类污染物排放总量的影响

嘉峪关市作为我国西北地区最大的碳钢和不锈钢生产基地，已形成以冶金工业为主体，化工、电力、建材、机械、轻纺、食品为辅的工业体系。2017年，嘉峪关市工业二氧化硫排放量28 815 t，同比增长-3.96%；工业氮氧化物排放量24 823 t，同比增长-16.3%[3-4]。自2018年起，嘉峪关市全面启动污染防治攻坚战，不断加大大气污染防治力度，积极开展燃煤锅炉淘汰，有序推进农村改暖、改炕、改灶、改厨综合改造工程项目，严格控制各类污染物排放总量，使当地降水一般呈弱碱性，未出现酸雨（pH ＜5.6）现象。

5.3 地理地貌和气候条件的影响

嘉峪关市辖区略呈平行四边形，境内地势平坦，土地类型多样。工业园区主要分布在城市的周边，企业排放的各类污染物处于城市的下风向，可有效地降低大气中各类污染物的含量。嘉峪关市属于温带大陆性荒漠气候，日照长而强烈，蒸发量大，降雨量少，大风天气多，昼夜温差大。特别是冬季、凌晨和夜间易形成逆温层，使近地面的烟尘、污染物、水汽凝结物无法扩散。

6 控制建议

为了创造良好的生态环境，确保打赢蓝天保卫战，要不断加强执法监管，突出重点区域、重点领域和重点行业，统筹兼顾、分类施策、精准发力，形成政府统领、企业施治、创新驱动、公众参与、社会监督的大气污染防治新机制。

强化燃煤污染综合整治，全面完成辖区内燃煤锅炉综合整治，加大煤质管控力度，并做好总量控制。强力推进工业污染源治理，严格执行“三同时”制度和建设项目竣工环境保护验收工作，严控“两高”行业新增产能，限制“两高”行业项目建设，切实化解过剩产能。

完善重点行业环境监管体系，加大对重点企业污染排放源的监督、监察和监测力度。同时，积极开展大气污染排放源全面达标排放治理改造，鼓励企业实施清洁生产，大力发展循环经济，应用先进的脱硫脱销技术和生产工艺，使企业有效地减轻环境污染[5-6]。