冬季NH3和液态水含量对PM2.5中SNA形成的影响与敏感性分析

冬季NH3和液态水含量对PM2.5中SNA形成的影响与敏感性分析

吕文丽1, 张凯1, 支敏康1, 曹晴1, 黎洁1,2, 罗宇骞1, 刘翰青1    

1. 中国环境科学研究院, 环境基准与风险评估国家重点实验室, 北京 100012;2. 贵州大学资源与环境工程学院, 贵州 贵阳 550025    

摘 要

为了解冬季不同污染等级下NH3和AWC（Aerosol Water Content，气溶胶液态水含量）对PM2.5中水溶性二次离子形成的影响，对保定市冬季颗粒物浓度、二次离子及前体物（SO2、NO2、NH3）浓度进行了分析，并利用ISORROPIA-Ⅱ计算了PM2.5中的AWC和pH.

结果表明：①2017-2018年冬季保定市重污染期（AQI>200）ρ（PM2.5）、ρ（SO2）、ρ（NO2）和ρ（NH3）较优良期（AQI<100）分别升高了3.0、1.1、1.3和0.8倍，气态前体物的二次转化是污染形成的重要原因之一.重污染期ρ（NH4+）、ρ（SO42-）、ρ（NO3-）较冬季平均值分别升高了1.2、0.9、1.3倍，其中ρ（NO3-）升幅最大，其次为ρ（NH4+）.②保定市大气中过剩NH3指数为0.1 μmol/m3，采样期间为富氨环境，NO3-的生成主要受HNO3限制.③重污染期PM2.5中AWC高达93.6 μg/m3，是优良期的20.6倍，观测期间保定市SO42-的二次生成以颗粒物表面液相氧化为主，即SO2被NO2和NH3氧化，NO3-的二次生成包括NH3参与的非均相转化和N2O5的非均相水解过程.④整体而言，pH变化的敏感性表现为TA（总氨）浓度 > TS（总硫）浓度 > TN（总氮）浓度≈TA+TS+TN浓度（同时改变相同比例的总氨、总硫、总氮浓度），随污染等级的升高，pH对TS、TA浓度变化的敏感性减弱，对TN浓度变化的敏感性增强；单独改变TS、TN、TA浓度时AWC敏感性弱，同时改变TS、TN、TA浓度时AWC敏感性较强，AWC变化与二次离子浓度密切相关.研究显示，保定市冬季污染期SNA的形成以液态水参与的液相氧化为主，NH3可以维持颗粒物的高pH，保持氧化过程。