氨浓度与健康：韩国全境研究揭示空气污染新视角

江苏海兰达尔环境科技有限公司

2024/09/30 15:48

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氨浓度与健康：韩国全境研究揭示空气污染新视角

江苏海兰达尔

2024年09月30日 14:57 江苏

原文链接：https://doi.org/10.3390/atmos15091120

引言

空气污染，尤其是细颗粒物（PM_2.5）的污染，已经成为全球性的环境问题，对人类健康和生态系统造成了严重影响。PM_2.5不仅来源于直接排放的一次污染物，还有很大一部分来自于二次污染物的形成，这些二次污染物主要是由大气中的气体前体物通过复杂的化学物理过程转化而来。在这些气体前体物中，氨气因其在大气中的高反应活性而备受关注。

氨气是农业生产中广泛使用的肥料和畜禽粪便管理中的主要成分，同时也是工业活动和汽车尾气排放的产物。在大气中，氨（NH₃）可以与硫氧化物（SO_x）和氮氧化物（NO_x）等其他污染物反应，生成硫酸铵和硝酸铵等二次颗粒物，这些颗粒物是PM_2.5的重要组成部分。因此，了解氨在不同地区的浓度分布和变化特征，对于控制PM_2.5污染、制定有效的空气质量管理策略具有重要意义。

该研究聚焦于韩国，一个工业化程度高、人口密集的国家，旨在通过分析2020年韩国各地区氨浓度的分布特征，探讨氨对二次颗粒物形成的贡献。研究结果将为韩国乃至东北亚地区PM_2.5污染控制和空气质量改善提供科学依据和技术支持。

研究方法

从2020年1月到12月，在韩国的主要地区，包括背景区域，建立了六个空气质量研究中心，以研究PM_2.5的特性和形成机制。在所有研究中心，连续测量了PM_2.5的物理和化学性质，如离子、碳、金属成分和颗粒物大小分布。同时，在同一地点测量了氮氧化物、硫氧化物和氨气等PM的气态前体物。其中六个地区中，济州岛（JI）和白翎岛（BI）中心被建立为背景区域，用于了解空气污染物的背景浓度，并表征它们的长距离传输。首尔（SE）和大田（DJ）中心位于人口密集的城市区域。光州（GJ）中心位于被农业区域包围的城市，因此可以识别这些农业特征，而蔚山（US）中心毗邻大型工业综合体，因此这个地点可用于了解当地排放源的影响。

韩国各空气质量研究中心位置及氨排放源贡献

考虑到实时连续测量的可能性、设备操作和管理的便利性以及测量数据的可靠性，选择了Picarro G2103光腔衰荡光谱（CRDS）分析仪来实时测量氨气。空气以1.9~2.1 L/min的流量采样并注入仪器。氨以1秒间隔测量，使用1小时平均值进行进一步分析。由于氨的高反应性以及可能由于吸附到入口管壁而导致的损失，考虑了一个可以最小化对氨测量阻碍的测量系统。使用PTFE（特氟龙）作为入口材料，以最小化在40℃以下加热条件下分析过程中的吸附/解吸损失。此外，入口长度保持在1.5 m以下，以最小化氨的损失。同时，为了最小化气溶胶颗粒的影响，在入口处安装了47 mm特氟龙过滤器，并每周更换。通过每月清洁入口、设备管理和半年一次的校准来确保测量的可靠性。校准是通过多点氨气（0~30 ppb）进行，通过使用质量流量控制器将氨标准气体（10 ppm）与零空气稀释生成，零空气气体的纯度为99.999%。

研究结果

该研究通过在韩国六个主要地区的空气质量研究中心进行为期一年的连续监测，深入分析了氨（NH₃）浓度的分布和特征，以及其对二次颗粒物（PM_2.5）形成的影响。研究结果揭示了氨浓度在不同地区、季节以及一天中不同时间的变化趋势，并通过氨调节气体比（AdjGR）和铵与硫酸盐的摩尔比（A/S比率）进一步探讨了氨在二次颗粒物形成中的作用。

氨浓度的空间分布

通过对韩国六个地区的氨浓度进行监测，我们发现氨浓度在不同地区存在显著差异。位于农业区附近的光州（GJ）地区氨浓度最高，达到11.4 ppb，这可能与农业活动密切相关，尤其是肥料使用和畜禽粪便管理。相比之下，背景地区白翎（BI）和济州（JI）的氨浓度较低，分别为2.6 ppb和4.5 ppb，这表明偏远地区受人为排放源的影响较小。城市地区如首尔（SE）和大田（DJ）的氨浓度也较高，分别为8.6 ppb和9.0 ppb，这可能与城市地区的人口密度和人类活动强度有关。

氨浓度的季节变化

总体来看，春季和夏季的氨浓度高于秋季和冬季，这可能与温度和湿度的季节变化有关。春季，随着气温升高和农业活动的增加，氨的排放和挥发增强，导致浓度上升。夏季，高温进一步促进了氨的挥发，但同时也可能受到降雨的洗涤作用影响，导致浓度并不总是最高。相比之下，冬季较低的温度抑制了氨的挥发，因此浓度相对较低。

氨浓度的日变化

在城市地区，氨浓度在早晚交通高峰期间出现峰值，这与机动车排放和人类活动的日变化模式相吻合。在农业区，如光州（GJ），氨浓度在早晨达到峰值，这可能与农田施肥和土壤释放氨有关。而在工业区和背景地区，氨浓度的日变化不太明显，这表明这些地区氨排放源的日变化较小。

韩国各地区氨浓度的日变化

氨对二次颗粒物形成的贡献

通过计算AdjGR和A/S比率，研究评估了氨在二次颗粒物形成中的作用。SE和GJ地区的AdjGR值均高于4，表明这些地区处于氨过量状态。这意味着即使减少氨的排放，也可能不会有效降低硝酸盐的形成，因为系统中已有充足的氨供应。此外，随着氨浓度的增加，A/S比率也趋于增加，这进一步证实了在氨过量条件下，硝酸盐的形成更倾向于增加。

SE和GJ地区的月平均AdjGR

不同NH₃和PM_2.5浓度水平下的铵与硫酸盐摩尔比（A/S比率）

结论

这项研究通过对2020年韩国六个主要地区的氨（NH₃）浓度进行为期一年的监测，揭示了氨浓度的空间分布、季节变化和日变化特征。研究发现，氨浓度在农业区光州（GJ）最高，达到11.4 ppb，而背景地区白翎（BI）和济州（JI）的浓度相对较低，分别为2.6 ppb和4.5 ppb。这表明农业活动对氨排放的显著影响。

季节性分析显示，春季和夏季的氨浓度普遍高于秋季和冬季，主要受温度和农业活动的驱动。日变化分析表明，城市地区的氨浓度在早晚交通高峰期间达到峰值，而农业区则在早晨出现浓度高峰。

研究表明，SE和GJ地区的AdjGR值均高于4，指示氨处于过量状态。这意味着减少氨排放可能不会有效抑制硝酸盐的形成，反而可能导致二次颗粒物浓度的增加。

综上所述，本研究为理解氨在PM_2.5形成中的作用提供了重要数据支持，并为制定针对性的空气质量改善措施提供了科学依据。未来的研究应继续关注氨的长期监测和控制策略，以有效应对空气污染问题。

编辑人：陆文涛

审核人：史恒霖

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