雾霾干湿沉降对地表水质的影响及危害

来源:http://www.shuizhifenxi.com/ 作者:余氯检测仪 时间:2019-08-19

  [摘 要]水资源短缺与水环境污染是当今世界面临的两个重要水问题,水环境污染又进一步加剧了水资源短缺的现状。在进行水环境污染的研究中人们往往忽视大气中的污染物粒子沉降对地表水的影响。本文介绍了空气中组成雾霾的每种气溶胶粒子主要成份和来源,气溶胶粒子进入地表水体后的存在形式、对地表水水质的影响和对人体的危害。

  [关键词]雾霾 气溶胶粒子 干沉降 湿沉降 危害

  随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,环境问题越来越突出,一方面表现在人们对水资源的需求不断增加,出现了地表水资源利用的用水矛盾。另一方面是近几年全国大范围暴发雾霾,大气中的气溶胶颗粒物越来越多,雾霾天气已成为一种常见环境灾害污染事件。这两个问题实质上存在紧密联系:雾霾中的各种气溶胶粒子可以通过干湿沉降进入地表水体影响地表水水质,甚至污染地表水,使符合质量标准的地表水减少,从而导致各用水部门可利用的水资源短缺,进一步加深了我国地表水资源利用中存在的矛盾。因此,研究雾霾与地表水体的作用机理、对地表水水质的影响以及被污染的地表水对人体的危害具有极其重要的意义和价值。

  1. 雾霾的定义、成因及其主要成分

  雾和霾是自然界两种天气现象。根据气象学上的定义,霾是大量极细微的干气溶胶粒子均匀地浮游在空中,使水平能见度小于10Km的空气普遍混浊的现象。当空气中水汽较多时,某些吸水性强的干气溶胶粒子会吸水、长大,并最终活化成云雾的凝结核,产生更多、更小的云雾滴,使能见度进一步降低,低于1Km时被定义为雾[1]。大气中的气溶胶粒子是形成雾霾的主要原因。在近二三十年中,随着人类活动的加剧,气溶胶粒子的来源逐渐从自然产生转变为人为排放。人为排放的大气气溶胶粒子包括:矿物气溶胶粒子、硫酸盐气溶胶粒子、硝酸盐气溶胶粒子、铵盐气溶胶粒子等。

  2.气溶胶粒子对地表水水质的影响及危害

  2.1 矿物气溶胶粒子对地表水水质的影响及危害

  大气中的矿物气溶胶粒子可以经扩散、惯性碰撞或重力作用,以干沉降的形式直接落入地表水体中。也可以伴随着降雨、降雪,以湿沉降(雨除和冲刷)的形式降落于地表水体之中。对地表水水质有影响的矿物元素包括钡、锰、镉、锌、镍、砷、铬、汞、铜、钴、铍、钼、硒等。其中影响较大的有镉、铬、锰、砷、汞矿物气溶胶粒子。镉来源于有色金属的冶炼、煅烧,矿石的烧结,废钢铁的熔炼,塑料制品的焚化等。饮用含过量镉的水会损害多个脏器功能,造成急性中毒;铬来源于铁铬合金生产、不锈钢生产、皮革加工、电镀、垃圾焚烧等。当人体内+3铬元素浓度过低时有可能诱发湿疹,过高时则可能影响人体内脂肪及葡萄糖的正常代谢。一般认为+6铬元素的毒性比+3铬元素的毒性大100倍。美国环保署将+6铬元素视为高毒害物质[2];锰来源于冶金、采矿、铸造、金属焊接和切割等。进入人体后引起中枢神经系统方面的疾病,如记忆力减退、乏力、手指震颤等;砷主要来源于工业废气排放,对人的肠胃、心血管、神经系统等部位产生毒害,也是一种致癌物质;汞来源于燃煤、有色金属冶炼和水泥制造行业。该矿物气溶胶粒子沉降入地表水中,未被处理被人饮用后,汞离子可与人体中酶的琉基结合而抑制其活性,使细胞膜改变其通透性,破坏细胞的离子平衡,抑制营养物质进人细胞,引起细胞坏死,进而加速神经系统、消化系统、呼吸系统及肾脏等损害,导致人的死亡[3]。

  2.2 硫酸盐气溶胶粒子对地表水水质的影响及危害

  化石燃料燃烧产生的SO2与一些氧化剂,如氢氧基、臭氧等反应生成SO3,SO3又与大气中的水蒸气快速反应生成H2SO4,而H2SO4的蒸汽压很低,很容易通过气粒转化过程形成细粒子硫酸盐气溶胶。

  大气中的硫酸盐气溶胶粒子通过干、湿沉降进入地表水体中,影响地表水水质。水体中的硫酸盐超标的危害分为两种;一是对人体的危害,在大量摄入硫酸盐后出现腹泻、脱水和胃肠道紊乱等症状。二是对环境的危害,包括:硫酸盐的还原产物S2-会与水体中存在的汞形成硫和汞的络合物,从而加速一种具有较强神经毒性的污染物质――甲基汞的生成;在水体底部沉积层硫酸盐还原过程活跃情况下,硫酸盐的还原产物S2-会和大部分金属离子结合生成金属硫化物沉淀,造成水生植物必要的微量金属元素缺失;水体下层空间的硫酸盐还原产物硫化氢具有很强的毒性,会导致鱼虾等水生动物灭绝,使水体丧失原有的生态功能。此外,还可造成水体酸化的环境问题。

  2.3 硝酸盐气溶胶粒子和铵盐气溶胶粒子对地表水水质的影响及危害

  随着农业活动和工业活动的加强,人类向大气中排放了大量的NOX等氮的氧化物,这些氮的氧化物经氧化变为NO2,在白天,NO2与OH生成HNO3[4]。大气中有活性的HNO3趋向于与NH3等颗粒物反应。

  HNO3+NH3NH4NO3

  此反应是可逆反应,是大气中硝酸盐气溶胶粒子和铵盐气溶胶粒子的主要生成方式,平衡常数受相对湿度和温度的影响。微小的颗粒态硝酸盐粒子和铵盐气溶胶粒子通过干沉降和湿沉降(如酸雨)进入地表水体产生氮污染。水体中的氮主要以氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮三种形式存在,氨氮可以通过硝化作用被氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮,从而增加水中亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的含量。高浓度的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮会引起变性血色素症,降低红血球的载氧能力,引起人体严重缺氧而导致死亡。亚硝酸盐氮和硝酸盐氮在自然条件下有可能转化为亚硝胺,这是一种强致癌、致变和致畸物质,可增高肝癌、食管癌、胃癌的发病率,对人体心血管系统也有害,还会干扰机体对维生素A的利用,导致维生素A缺乏症。当人体摄取过量硝酸盐后,在微生物作用下可被还原成亚硝酸盐引起高铁血红蛋白症,易使消化器官致癌及婴儿青紫症等[5]。

  3.结语

  随着雾霾问题的日益突出,许多专家学者对其进行了深入的研究,但其研究的要点主要集中在雾霾对于大气能见度的影响以及空气中的雾霾颗粒通过呼吸系统进入人体后对人体的危害。以往在对地表水污染的研究中,只注重工业废水和生活污水的排放对于地表水水质的影响,忽视了大气中的雾霾颗粒通过干湿沉降进入地表水体而产生的污染。

参考文献

  [1]中国气象局.地面气象观测规范.北京:气象出版社,1979

  [2]Unceta N,Seby F,Malherbe J,et al.Chromium speciation in solid matrices and regulation:A review[J].Anal BioanalChem,2010,397:1097-1111

  [3]曾昭华.长江中下游地区地下水中汞元素的背景特征及其形成的影响因素[J].江苏环境科技,1998,3:12-15

  [4]陈永忠,肖化云.大气气溶胶的种类及其对人类的影响分析[J].江西科学,2009,27(6):912-915

  [5]硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的危害性及国内外研究现状[Z].2011

  作者简介:

  1.廖如婷,女,汉族,新疆哈密人,郑州大学水文与水资源工程2012级本科生;

  2.刘广山,男,汉族,河南驻马店人,郑州大学水文与水资源工程2012级本科生。

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