霧霾幹濕沉降對地表水質的影響及危害

來源:http://www.wsgwwz.com/ 作者:餘氯檢測儀 時間:2019-08-19

  [摘 要]水資源短缺與水環境汙染是當今世界麵臨的兩個重要水問題,水環境汙染又進一步加劇了水資源短缺的現狀。在進行水環境汙染的研究中人們往往忽視大氣中的汙染物粒子沉降對地表水的影響。本文介紹了空氣中組成霧霾的每種氣溶膠粒子主要成份和來源,氣溶膠粒子進入地表水體後的存在形式、對地表水水質的影響和對人體的危害。

  [關鍵詞]霧霾 氣溶膠粒子 幹沉降 濕沉降 危害

  隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高,環境問題越來越突出,一方麵表現在人們對水資源的需求不斷增加,出現了地表水資源利用的用水矛盾。另一方麵是近幾年全國大範圍暴發霧霾,大氣中的氣溶膠顆粒物越來越多,霧霾天氣已成為一種常見環境災害汙染事件。這兩個問題實質上存在緊密聯係:霧霾中的各種氣溶膠粒子可以通過幹濕沉降進入地表水體影響地表水水質,甚至汙染地表水,使符合質量標準的地表水減少,從而導致各用水部門可利用的水資源短缺,進一步加深了我國地表水資源利用中存在的矛盾。因此,研究霧霾與地表水體的作用機理、對地表水水質的影響以及被汙染的地表水對人體的危害具有極其重要的意義和價值。

  1. 霧霾的定義、成因及其主要成分

  霧和霾是自然界兩種天氣現象。根據氣象學上的定義,霾是大量極細微的幹氣溶膠粒子均勻地浮遊在空中,使水平能見度小於10Km的空氣普遍混濁的現象。當空氣中水汽較多時,某些吸水性強的幹氣溶膠粒子會吸水、長大,並最終活化成雲霧的凝結核,產生更多、更小的雲霧滴,使能見度進一步降低,低於1Km時被定義為霧[1]。大氣中的氣溶膠粒子是形成霧霾的主要原因。在近二三十年中,隨著人類活動的加劇,氣溶膠粒子的來源逐漸從自然產生轉變為人為排放。人為排放的大氣氣溶膠粒子包括:礦物氣溶膠粒子、硫酸鹽氣溶膠粒子、硝酸鹽氣溶膠粒子、銨鹽氣溶膠粒子等。

  2.氣溶膠粒子對地表水水質的影響及危害

  2.1 礦物氣溶膠粒子對地表水水質的影響及危害

  大氣中的礦物氣溶膠粒子可以經擴散、慣性碰撞或重力作用,以幹沉降的形式直接落入地表水體中。也可以伴隨著降雨、降雪,以濕沉降(雨除和衝刷)的形式降落於地表水體之中。對地表水水質有影響的礦物元素包括鋇、錳、鎘、鋅、鎳、砷、鉻、汞、銅、鈷、鈹、鉬、硒等。其中影響較大的有鎘、鉻、錳、砷、汞礦物氣溶膠粒子。鎘來源於有色金屬的冶煉、煆燒,礦石的燒結,廢鋼鐵的熔煉,塑料製品的焚化等。飲用含過量鎘的水會損害多個髒器功能,造成急性中毒;鉻來源於鐵鉻合金生產、不鏽鋼生產、皮革加工、電鍍、垃圾焚燒等。當人體內+3鉻元素濃度過低時有可能誘發濕疹,過高時則可能影響人體內脂肪及葡萄糖的正常代謝。一般認為+6鉻元素的毒性比+3鉻元素的毒性大100倍。美國環保署將+6鉻元素視為高毒害物質[2];錳來源於冶金、采礦、鑄造、金屬焊接和切割等。進入人體後引起中樞神經係統方麵的疾病,如記憶力減退、乏力、手指震顫等;砷主要來源於工業廢氣排放,對人的腸胃、心血管、神經係統等部位產生毒害,也是一種致癌物質;汞來源於燃煤、有色金屬冶煉和水泥製造行業。該礦物氣溶膠粒子沉降入地表水中,未被處理被人飲用後,汞離子可與人體中酶的琉基結合而抑製其活性,使細胞膜改變其通透性,破壞細胞的離子平衡,抑製營養物質進人細胞,引起細胞壞死,進而加速神經係統、消化係統、呼吸係統及腎髒等損害,導致人的死亡[3]。

  2.2 硫酸鹽氣溶膠粒子對地表水水質的影響及危害

  化石燃料燃燒產生的SO2與一些氧化劑,如氫氧基、臭氧等反應生成SO3,SO3又與大氣中的水蒸氣快速反應生成H2SO4,而H2SO4的蒸汽壓很低,很容易通過氣粒轉化過程形成細粒子硫酸鹽氣溶膠。

  大氣中的硫酸鹽氣溶膠粒子通過幹、濕沉降進入地表水體中,影響地表水水質。水體中的硫酸鹽超標的危害分為兩種;一是對人體的危害,在大量攝入硫酸鹽後出現腹瀉、脫水和胃腸道紊亂等症狀。二是對環境的危害,包括:硫酸鹽的還原產物S2-會與水體中存在的汞形成硫和汞的絡合物,從而加速一種具有較強神經毒性的汙染物質――甲基汞的生成;在水體底部沉積層硫酸鹽還原過程活躍情況下,硫酸鹽的還原產物S2-會和大部分金屬離子結合生成金屬硫化物沉澱,造成水生植物必要的微量金屬元素缺失;水體下層空間的硫酸鹽還原產物硫化氫具有很強的毒性,會導致魚蝦等水生動物滅絕,使水體喪失原有的生態功能。此外,還可造成水體酸化的環境問題。

  2.3 硝酸鹽氣溶膠粒子和銨鹽氣溶膠粒子對地表水水質的影響及危害

  隨著農業活動和工業活動的加強,人類向大氣中排放了大量的NOX等氮的氧化物,這些氮的氧化物經氧化變為NO2,在白天,NO2與OH生成HNO3[4]。大氣中有活性的HNO3趨向於與NH3等顆粒物反應。

  HNO3+NH3NH4NO3

  此反應是可逆反應,是大氣中硝酸鹽氣溶膠粒子和銨鹽氣溶膠粒子的主要生成方式,平衡常數受相對濕度和溫度的影響。微小的顆粒態硝酸鹽粒子和銨鹽氣溶膠粒子通過幹沉降和濕沉降(如酸雨)進入地表水體產生氮汙染。水體中的氮主要以氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮三種形式存在,氨氮可以通過硝化作用被氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮,從而增加水中亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的含量。高濃度的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮會引起變性血色素症,降低紅血球的載氧能力,引起人體嚴重缺氧而導致死亡。亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮在自然條件下有可能轉化為亞硝胺,這是一種強致癌、致變和致畸物質,可增高肝癌、食管癌、胃癌的發病率,對人體心血管係統也有害,還會幹擾機體對維生素A的利用,導致維生素A缺乏症。當人體攝取過量硝酸鹽後,在微生物作用下可被還原成亞硝酸鹽引起高鐵血紅蛋白症,易使消化器官致癌及嬰兒青紫症等[5]。

  3.結語

  隨著霧霾問題的日益突出,許多專家學者對其進行了深入的研究,但其研究的要點主要集中在霧霾對於大氣能見度的影響以及空氣中的霧霾顆粒通過呼吸係統進入人體後對人體的危害。以往在對地表水汙染的研究中,隻注重工業廢水和生活汙水的排放對於地表水水質的影響,忽視了大氣中的霧霾顆粒通過幹濕沉降進入地表水體而產生的汙染。

參考文獻

  [1]中國氣象局.地麵氣象觀測規範.北京:氣象出版社,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]曾昭華.長江中下遊地區地下水中汞元素的背景特征及其形成的影響因素[J].江蘇環境科技,1998,3:12-15

  [4]陳永忠,肖化雲.大氣氣溶膠的種類及其對人類的影響分析[J].江西科學,2009,27(6):912-915

  [5]硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的危害性及國內外研究現狀[Z].2011

  作者簡介:

  1.廖如婷,女,漢族,新疆哈密人,鄭州大學水文與水資源工程2012級本科生;

  2.劉廣山,男,漢族,河南駐馬店人,鄭州大學水文與水資源工程2012級本科生。

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