降雨对大气颗粒物和气态污染物的清除效率及机制

摘要

随着南昌工业和科技不断的发展以及人类活动的影响，目前南昌的环境每况愈下，居住环境中的二氧化硫、二氧化氮、总悬浮颗粒物(TSP)等污染物对人体和环境的危害巨大，这几种污染物已经引起了人们的高度重视。如何降低这几种污染物在空气中的浓度，从而缓解空气污染的问题是一项艰巨的任务。很多研究表明降雨是二氧化硫、二氧化氮、总悬浮颗粒物(TSP)浓度降低的主要途径。为了探讨南昌市新城区降雨对气态污染物的清除效率以及机制，而从缓解南昌市新城区的环境问题，本项目在南昌大学前湖校区环境楼楼顶从2014年9月至2015年1月中降雨、二氧化硫、二氧化氮、氨气以及TSP进行采样研究。研究通过对比雨前雨后空气中二氧化硫、二氧化氮、总悬浮颗粒物(TSP)的浓度，从而得到降雨对这几种气态污染物的去除效率，以及各项气象因素对去除效率的影响，本次研究主要获得了以下成果。
　　（1）在降雨期间采样点二氧化硫的平均浓度为35.12μg/m3，二氧化氮平均浓度为46.50μg/m3，氨气平均浓度为58.48μg/m3，TSP的平均浓度为85.48μg/m3。降雨PH的平均值为4.41，降雨的酸性强，而且酸性降雨的频率高，空气污染较为严重。二氧化硫、二氧化氮、氨气、TSP四种污染物的浓度都表现为秋季高冬季低。
　　（2）降雨过后采样点空气中二氧化硫、二氧化氮、氨气的浓度基本上都有所下降，空气质量有所好转。三种气态污染物降雨清除效率有明显的季节性变化，都呈现出秋高冬低的趋势。在同一场降雨中三种气态污染物的降雨清除效率变化趋势是一样的，降雨对氨气的清除效率大于二氧化硫、二氧化氮的降雨清除效率、二氧化硫、二氧化氮的降雨清除效率与氨气的降雨清除效率呈正相关的关系。
　　（3）二氧化硫、二氧化氮、氨气三种气态污染物的降雨清除效率和降雨量之间呈现正线性关系，当降雨量小于1mm时的微量降雨时，污染物的浓度不减反而增大。三种污染物在连续降雨期间浓度都表现出逐日降低的趋势，在前两日降雨对这三种污染物的清除效率较高，后面两天即使有降雨污染物的浓度也基本上不变，降雨对污染物的清除效率很低。三种气态污染物的降雨清除效率与温度的相关系数很小，降水清除效率与温度不相关。三种气态污染物的降雨清除效率和压强成负相关的关系，压强越小降雨对这三种污染物的清除效率越高。降雨对三种气态污染物的清除效率和大气相对湿度呈正相关的关系，大气相对湿度越大，越有利于降雨对这三种气态污染物的清除作用。降雨的pH值越低越有利于降雨对三种气态污染物的清除，他们之间呈现负相关的关系。空气中的二氧化硫、二氧化氮、氨气是通过降雨的吸收作用而进入到雨水中被清除的。降雨对气态污染物的吸收作用包括物理吸收和化学吸收。
　　（4）TSP降雨清除效率的影响因素：降雨对TSP的清除效率在-0.6％-46.07%之间变化，平均清除效率为12.49%。在同一场降雨中降雨对TSP的清除效率大于降雨对二氧化硫、二氧化氮、氨气的清除效率。一般来说降雨量越大越颗粒物会越多的进入到雨水中，他们之间呈正相关关系。在连续降雨期间，前两天降雨对TSP的清除效率高，后两天清除效率低。由于风速等其他因素影响，TSP的降水清除效率与温度不相关。TSP的降雨清除效率和压强成负相关的关系。TSP的降雨清除效率与大气相对湿度呈正相关的关系，相关系数为0.2993。TSP的降雨清除效率和雨水pH值呈负相关关系。
　　（5）布朗扩散、方向拦截、惯性碰撞、热致电泳、扩散电泳和电力机制作用等是降雨清除空气中气溶胶粒子的主要方式，通过这几种作用碰并大气中的气溶胶粒子，从而使污染物被降雨清除。在连续降雨期间，降雨的前期，空气中大粒子的浓度高，降雨对气溶胶粒子的清除以惯性碰撞为主，所以在连续降雨的前两天气溶胶粒子的降雨清除效率很高，气溶胶粒子在空气中的浓度会急速下降。在降雨的后几天，随着气溶胶粒子浓度的下降，粒子的粒径不断减小，降雨对气溶胶粒子的清除机制主要是扩散和迁移，降雨对其的清除效率随着降雨的进行会逐渐降低，最后基本对气溶胶粒子基本上没有清除作用了。
　　（6）中强降雨对大气中的SO2、PM10和PM2.5都有明显的去除效果。大于1mm的小雨对这些污染物也有较为明显的去除效果，但去除效果总体比中强降雨差；小于1mm的降雨，对PM10和PM2.5清除有一定的效率，但对SO2去除效果不明显，浓度反而会升高。降雨对NO2的浓度变化影响不大。污染物的底物浓度，降雨时间，降雨频率也会影响污染物的降雨清除效率。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 大气颗粒物的危害

1.3 二氧化硫、氨气、二氧化氮的危害

1.4 国内外降雨对气态污染和颗粒物影响的研究现状

1.5 本次课题研究框架

第2章 实验条件及研究方法

2.1 样品采集

2.2 样品的处理以及分析

第3章 SO2、NO2、NH3降雨清除效率分及清除机制研究

3.1 采样期间SO2、NO2、NH3、TSP浓度及雨水PH值

3.2 采样期间SO2、NO2、NH3、TSP浓度的季节分布特征

3.3 SO2、NO2、NH3降雨清除效率结果统计

3.4 SO2、NO2、NH3清除效率之间的关系

3.5 SO2、NO2、NH3清除效率季节性变化

3.6 SO2、NO2、NH3清除效率的相关因素分析

3.7 SO2、NO2、NH3降雨清除机制探讨

3.8 小结

第4章 TSP降雨清除效率及清除机制研究

4.1 TSP降雨清除效率结果统计

4.2 TSP清除效率的相关因素分析

4.3 TSP降雨清除机制探讨

4.4 结论

第5章 夏季降雨对SO2、NO2、PM10、PM2.5的清除影响

5.1 降雨对SO2浓度的影响

5.2 降雨对NO2浓度的影响

5.3 降雨对PM10、PM2.5浓度的影响

5.4 总结

第6章 总结

6.1 主要结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献