污染防治論文城市降水重金屬污染濃度

　　降水的重金屬含量水平對于受納水體的水質保障具有重大影響，本篇污染防治論文盡管針對城市降水重金屬濃度已有部分研究，也對降水重金屬含量的影響因素、污染來源等進行了分析，但這些研究基本是在局部區(qū)域針對降水重金屬含量進行的監(jiān)測研究。降水重金屬含量影響因素眾多，還需要加強局部區(qū)域長時間跨度的場次降水研究，最終形成降水重金屬含量水平與環(huán)境條件的響應、預測模型，為城市水環(huán)境管理提供依據(jù)。

　　《環(huán)境污染與防治》(月刊)創(chuàng)刊于1979年，由浙江省環(huán)境保護科學設計研究院主佃。獲獎情況：全國自然科學類核心期刊;2000年獲第一屆全國環(huán)境類期刊評比一等獎;1997-1998年度優(yōu)秀期刊二等獎。《環(huán)境污染與防治》“宣傳環(huán)境保護基本國策，刊登有關環(huán)境污染防治技術的研究報告和綜述等學術文章，交流各級政府部門及企事業(yè)單位環(huán)境管理經(jīng)驗，報道國內外環(huán)境保護的新動態(tài)”是《環(huán)境污染與防治》雜志社的辦刊宗旨，竭誠為廣大作者提供發(fā)表優(yōu)秀研究成果的園地，為廣大讀者提供最新、最快的優(yōu)秀學術文章是《環(huán)境污染與防治》雜志社的辦刊原則。

　　摘要：根據(jù)國內外最近幾年的研究情況，從城市降水重金屬濃度、重金屬賦存形態(tài)、重金屬濃度影響因素等方面詳細介紹了關于城市降水重金屬污染的研究現(xiàn)狀�，F(xiàn)有研究結果表明，城市降水重金屬含量時空差異明顯，降水pH、人為因素、氣象因素、季節(jié)因素等均會對城市降水的重金屬濃度水平產(chǎn)生影響。今后，建立重金屬含量與影響因子的映射關系將是城市降水重金屬污染研究的一個重要方向。

　　關鍵詞：城市降水;重金屬;濃度;影響因素;賦存形態(tài)

　　隨著城市化進程的快速推進，城市面源污染對水環(huán)境的影響日益凸顯，逐漸成為城市受納水體污染的重要來源[1]。降水是城市面源污染發(fā)生的驅動力，其水質狀況反映了城市面源污染的本底水平。有研究表明，降水是城市水體重金屬污染的主要來源之一[2]。降水作為地殼水文循環(huán)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，是地殼層物質循環(huán)、能量流動和信息傳遞的重要載體，也是重金屬遷移轉化的重要途徑。重金屬因其高毒性、高致癌性、污染長期性、易生物富集性等原因，很容易對生物圈和人體健康造成不可逆威脅[3]。因此，降水中的重金屬污染特征研究是受納水體水質保障的必要前提。同時，降水重金屬含量水平與周圍環(huán)境質量狀況密切相關，降水的隨機性使降水重金屬濃度呈現(xiàn)出諸多不確定性[4]。論文綜述了近幾年關于城市降水重金屬的研究成果，旨在了解城市降水重金屬濃度及其賦存形態(tài)的時空差異特性，明晰城市降水重金屬含量的主要影響因素。

　　1城市降水重金屬監(jiān)測發(fā)展歷程

　　城市降水重金屬污染作為很重要的非點源污染之一，歐洲[5-6]、北美洲[7]、亞洲[26-36]等許多國家都相繼開展了降水重金屬的監(jiān)測和研究工作，如EMEP(European Monitoring and Evaluation Programme)、Helsinki Commission(Baltic Marine Environment Protection Commission)、AMAP(Arctic Monitoring and Assessment Program)等[5]。在國外，早在1988年，EMEP的部分監(jiān)測點開始逐步監(jiān)測降水重金屬濃度;1995年，美國建立了大氣中重金屬Hg沉降的 MDN監(jiān)測網(wǎng);1999年，重金屬的監(jiān)測被列入到統(tǒng)一規(guī)范中，Pb、Hg、Cd、Cr、Ni、Zn、Cu和As被列為8種優(yōu)先檢測重金屬。除了上述監(jiān)測網(wǎng)在大區(qū)域對重金屬的監(jiān)測外，還有一些關于特定地區(qū)重金屬污染的研究。Bard(1999)通過分析重金屬沉降通量發(fā)現(xiàn)大氣輸送是北極地區(qū)許多難降解污染物的重要來源[8];Azimi等人(2005)研究了法國巴黎地區(qū)降水中重金屬的時間變化特征[9];Sakata等人(2006)對日本10個站點觀測資料的研究表明Hg的濕沉降量大于干沉降量[10]。

　　我國降水重金屬污染研究歷史較短，目前還處于發(fā)展階段。中國科學院地質研究所和香港理工大學于2001年-2002年探究了我國珠江三角洲降水重金屬來源和季節(jié)分布特征[11]。叢源等(2008)采用被動方式分析了北京市干、濕沉降樣品中重金屬元素的年沉降通量[12]。成都、貴陽、焦作、唐山、長春、上海、西安、泰山、臺灣、西藏、鄱陽湖流域、太湖流域等地方先后開展了降水重金屬相關研究工作，研究內容包括降水重金屬污染源解析，以及污染物的污染特征、時空分布及其影響因素分析，為大氣、水、土壤的重金屬污染評價、控制與治理提供了有力的理論依據(jù)。

　　2城市降水中重金屬濃度分析

　　國內外部分城市降水重金屬濃度的研究結果見表1、表2，可以看出，降水重金屬濃度空間分布特征明顯且具有區(qū)域差異性[30-32]。Al、 Fe、Mn的濃度在土耳其梅爾辛市降水中已偏高[16]，而伊斯坦布爾降水中Fe、Al、Cu的濃度則分別是梅爾辛的約4倍、16倍、368倍[18]; 發(fā)達國家降水重金屬濃度普遍較低，如日本、美國、法國等。在國內，降水重金屬濃度同樣存在空間分布不均勻的現(xiàn)象。西藏降水總汞濃度低于空氣污染嚴重的中國東部的北京和長春等大都市[37];上海和唐山取樣時間段相似，但唐山降水重金屬濃度比上海高許多，如Fe濃度高了近8倍;同時段的西安降水重金屬濃度明顯高于永壽。

　　3降水重金屬賦存形態(tài)

　　重金屬的賦存形態(tài)決定了其在水體中的遷移轉化規(guī)律、毒性大小以及環(huán)境毒理效應[17]。降水重金屬的形態(tài)大體可分為溶解態(tài)和顆粒態(tài)兩種，兩種形態(tài)重金屬濃度均有時空變化現(xiàn)象，即使是同一地區(qū)降水，各重金屬溶解態(tài)和顆粒態(tài)的濃度差異也較大[13]。由于稀釋效應溶解態(tài)重金屬濃度隨降水量增加呈現(xiàn)穩(wěn)步減少的雙曲線關系[16]，空氣中的粗顆粒隨首場降水落下，此后短時間內重金屬濃度值會降低。以汞為例，加拿大多倫多大氣降水中總汞的濃度要比甲基汞高得多[41];西藏拉薩非季風季節(jié)的總汞和顆粒態(tài)汞濃度明顯高出季風季節(jié)，而溶解態(tài)汞濃度則相反[37]。墨西哥降水重金屬中以顆粒態(tài)和溶解態(tài)鋁的加權平均濃度最高，在其余顆粒態(tài)重金屬中，Mn>Pb>Ni>V>Cd>Cr，而溶解態(tài)重金屬中，Mn>V>Ni>Pb>Cd>Cr[13]。

　　4降水重金屬濃度影響因素

　　分析降水重金屬濃度影響因素有助于進一步追溯重金屬來源，為重金屬防治與評估提供理論依據(jù)。降水重金屬濃度受自然因素、人為因素、pH值、空氣質量等的綜合影響。

　　4.1pH值

　　降水pH值對重金屬溶解度有直接影響，且降水重金屬含量與pH值呈正相關性[28]或負相關性[26-27]。pH值受降水持續(xù)時間、季節(jié) [32]、燃煤量、交通量[26-27]等影響。同等條件下pH呈酸性且pH值越低重金屬濃度越高，相反，pH呈堿性且pH值越高重金屬濃度越低。例如日本[22]、泰山[31]的酸性降水使重金屬濃度增高[31];日本沖繩島在冬季具有相對低的pH值，重金屬濃度 Zn>Al>Fe>Mn>Cu，其與降水pH值、監(jiān)測點位置、風速和方向等因素有關[22];梅爾辛的堿性降水，使得Al、 Fe、Mn和Ni的溶解度低于在世界平均水平[16]。

　　4.2人為因素

　　降水重金屬分為自然源和人為源，可利用富集因子法、聚類分析法、氣團軌跡法、主成分分析法等分析自然源和人來源對雨水重金屬濃度的貢獻率 [13-16，38]，也可根據(jù)不同重金屬濃度之間的相關性來推斷重金屬來源的異同[15-17，22，24]。采用因子分析[34，36]、 SPSS17.0軟件[29]對降水重金屬相關性進行溯源分析，結果表明大多數(shù)城市降水重金屬主要來自人為源[15-16，24-25]，主要有冶金企業(yè)煙氣粉塵[33-34，39]、土壤塵[33，22]、建筑工地[39]、揚塵[34，39]等，而少數(shù)重金屬來自自然源[16]。

　　城市降水重金屬人為來源非常廣泛，涉及有化石燃料燃燒、汽車尾氣、工業(yè)廢氣、冶金煙塵、燃煤發(fā)電、粉塵等。約旦北部降水重金屬來源有道路交通排放、燃燒產(chǎn)物和二次氣溶膠[19];日本沖繩島降水中Al和Fe來源于道路交通[22];梅爾辛降水中Ca、Fe、Al、Mn來源于氣溶膠[16];西班牙則來自城市交通[25]。上海市降水中Fe、Al和Pb主要來自于工業(yè)活動的直接排放或者燃煤排放[33];鄱陽湖流域人為源重金屬主要來源于冶金企業(yè)煙氣粉塵、土壤塵、建筑工地、局地揚塵、礦業(yè)開采、化石燃料燃燒和汽車尾氣等[29]，即降水重金屬主要來源于第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)。

　　4.3季節(jié)因素

　　冬春季節(jié)大氣層穩(wěn)定、污染物擴散能力較差;夏季空氣上下對流旺盛、降水頻繁、降水量大，大氣污染物容易擴散稀釋，降水過后清除作用明顯。受此影響，城市降水重金屬濃度的季節(jié)差異突出[23-24，41]，表現(xiàn)為秋冬季高、春夏季低[30，36，39]或冬春季高、夏秋季低[31-34]的特點。此外，也有城市的冬季雨水重金屬濃度較高其他季節(jié)較低[21，41]或夏季低春冬季高[24]。根據(jù)太湖流域重金屬濕沉降率隨四季更替的變化情況(見圖1)可知，不同重金屬濃度變化趨勢各異，濕沉降中重金屬濃度季節(jié)變化存在顯著差異。在貴陽市大氣降水中，冬春季的Zn重金屬含量明顯高于夏秋季，約17 倍，而Sr的濃度冬春季是夏秋季的2倍，說明重金屬濃度受季節(jié)因素影響顯著[27]。美國華盛頓降水重金屬中As的濃度的峰值在夏季，最小值在初秋，而 Cd的峰值在秋季[15]。然而，也有研究指出法國[20]、加州蒙特利灣[42]雨水中微量重金屬濃度與季節(jié)變化無關。

　　4.4氣象因素

　　降水重金屬含量還受氣溫[32]、相對濕度[32]、降水持續(xù)時間、降水量[36-37，40]、風速風向[32，36]、降水時間間隔等氣象因素影響。胡建等對貴陽市降水重金屬含量進行測定，發(fā)現(xiàn)，1月、9月、10月、12月份的重金屬濃度高于其余月份的數(shù)倍[27](圖2)。而在西安，冬季的西北風盛行，市區(qū)處于西郊發(fā)電廠的下風向，同時逆溫天氣的頻頻發(fā)生又限制了污染物的擴散，西安冬季降水中各重金屬含量比永壽高出近1倍，可見降水量和風力條件也可引起痕量金屬含量的季節(jié)性變化[36]。另一方面，特殊氣象因素也會影響降水重金屬濃度，如臺風可以造成降水重金屬濃度偏高[35]。

　　4.5大氣跨區(qū)域傳輸

　　大氣圈是一個整體，區(qū)域環(huán)境差異使降水重金屬濃度易受大氣圈跨區(qū)域傳輸?shù)挠绊慬19]。Uygur等(2010)運用功能模型PSCF分析發(fā)現(xiàn)伊斯坦布爾降水重金屬是從歐洲、俄羅斯、地中海國家、土耳其西部地區(qū)的工業(yè)區(qū)，通過遠距離輸送而來的[18]。日本則將氣溶膠中Pb和Zn的濃度比作為亞洲大陸遠距離運輸物質的評價指標[21]，且日本沖繩島降水重金屬濃度受亞洲大陸氣團輸送的影響顯著[22]。在冬春季節(jié)，源自西北的礦物氣溶膠會攜帶較多的地殼元素，從而造成唐山降水中重金屬濃度的增加[34]。

　　5展望

　　降水重金屬含量水平的空間分異性明顯。一方面需要加強場次降水歷程中重金屬濃度的變化規(guī)律，明確其時間分布特征;另一方面需要借助GIS等空間信息管理平臺，健全網(wǎng)絡監(jiān)測布點，加強大區(qū)域降水重金屬濃度研究，借以明確降水重金屬濃度空間差異的耦合關聯(lián)，為跨區(qū)域環(huán)境管理提供理論依據(jù)。

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