污染防治论文城市降水重金属污染浓度

　　降水的重金属含量水平对于受纳水体的水质保障具有重大影响，本篇污染防治论文尽管针对城市降水重金属浓度已有部分研究，也对降水重金属含量的影响因素、污染来源等进行了分析，但这些研究基本是在局部区域针对降水重金属含量进行的监测研究。降水重金属含量影响因素众多，还需要加强局部区域长时间跨度的场次降水研究，最终形成降水重金属含量水平与环境条件的响应、预测模型，为城市水环境管理提供依据。

　　《环境污染与防治》(月刊)创刊于1979年，由浙江省环境保护科学设计研究院主佃。获奖情况：全国自然科学类核心期刊;2000年获第一届全国环境类期刊评比一等奖;1997-1998年度优秀期刊二等奖。《环境污染与防治》“宣传环境保护基本国策，刊登有关环境污染防治技术的研究报告和综述等学术文章，交流各级政府部门及企事业单位环境管理经验，报道国内外环境保护的新动态”是《环境污染与防治》杂志社的办刊宗旨，竭诚为广大作者提供发表优秀研究成果的园地，为广大读者提供最新、最快的优秀学术文章是《环境污染与防治》杂志社的办刊原则。

　　摘要：根据国内外最近几年的研究情况，从城市降水重金属浓度、重金属赋存形态、重金属浓度影响因素等方面详细介绍了关于城市降水重金属污染的研究现状。现有研究结果表明，城市降水重金属含量时空差异明显，降水pH、人为因素、气象因素、季节因素等均会对城市降水的重金属浓度水平产生影响。今后，建立重金属含量与影响因子的映射关系将是城市降水重金属污染研究的一个重要方向。

　　关键词：城市降水;重金属;浓度;影响因素;赋存形态

　　随着城市化进程的快速推进，城市面源污染对水环境的影响日益凸显，逐渐成为城市受纳水体污染的重要来源[1]。降水是城市面源污染发生的驱动力，其水质状况反映了城市面源污染的本底水平。有研究表明，降水是城市水体重金属污染的主要来源之一[2]。降水作为地壳水文循环过程中的一个重要环节，是地壳层物质循环、能量流动和信息传递的重要载体，也是重金属迁移转化的重要途径。重金属因其高毒性、高致癌性、污染长期性、易生物富集性等原因，很容易对生物圈和人体健康造成不可逆威胁[3]。因此，降水中的重金属污染特征研究是受纳水体水质保障的必要前提。同时，降水重金属含量水平与周围环境质量状况密切相关，降水的随机性使降水重金属浓度呈现出诸多不确定性[4]。论文综述了近几年关于城市降水重金属的研究成果，旨在了解城市降水重金属浓度及其赋存形态的时空差异特性，明晰城市降水重金属含量的主要影响因素。

　　1城市降水重金属监测发展历程

　　城市降水重金属污染作为很重要的非点源污染之一，欧洲[5-6]、北美洲[7]、亚洲[26-36]等许多国家都相继开展了降水重金属的监测和研究工作，如EMEP(European Monitoring and Evaluation Programme)、Helsinki Commission(Baltic Marine Environment Protection Commission)、AMAP(Arctic Monitoring and Assessment Program)等[5]。在国外，早在1988年，EMEP的部分监测点开始逐步监测降水重金属浓度;1995年，美国建立了大气中重金属Hg沉降的 MDN监测网;1999年，重金属的监测被列入到统一规范中，Pb、Hg、Cd、Cr、Ni、Zn、Cu和As被列为8种优先检测重金属。除了上述监测网在大区域对重金属的监测外，还有一些关于特定地区重金属污染的研究。Bard(1999)通过分析重金属沉降通量发现大气输送是北极地区许多难降解污染物的重要来源[8];Azimi等人(2005)研究了法国巴黎地区降水中重金属的时间变化特征[9];Sakata等人(2006)对日本10个站点观测资料的研究表明Hg的湿沉降量大于干沉降量[10]。

　　我国降水重金属污染研究历史较短，目前还处于发展阶段。中国科学院地质研究所和香港理工大学于2001年-2002年探究了我国珠江三角洲降水重金属来源和季节分布特征[11]。丛源等(2008)采用被动方式分析了北京市干、湿沉降样品中重金属元素的年沉降通量[12]。成都、贵阳、焦作、唐山、长春、上海、西安、泰山、台湾、西藏、鄱阳湖流域、太湖流域等地方先后开展了降水重金属相关研究工作，研究内容包括降水重金属污染源解析，以及污染物的污染特征、时空分布及其影响因素分析，为大气、水、土壤的重金属污染评价、控制与治理提供了有力的理论依据。

　　2城市降水中重金属浓度分析

　　国内外部分城市降水重金属浓度的研究结果见表1、表2，可以看出，降水重金属浓度空间分布特征明显且具有区域差异性[30-32]。Al、 Fe、Mn的浓度在土耳其梅尔辛市降水中已偏高[16]，而伊斯坦布尔降水中Fe、Al、Cu的浓度则分别是梅尔辛的约4倍、16倍、368倍[18]; 发达国家降水重金属浓度普遍较低，如日本、美国、法国等。在国内，降水重金属浓度同样存在空间分布不均匀的现象。西藏降水总汞浓度低于空气污染严重的中国东部的北京和长春等大都市[37];上海和唐山取样时间段相似，但唐山降水重金属浓度比上海高许多，如Fe浓度高了近8倍;同时段的西安降水重金属浓度明显高于永寿。

　　3降水重金属赋存形态

　　重金属的赋存形态决定了其在水体中的迁移转化规律、毒性大小以及环境毒理效应[17]。降水重金属的形态大体可分为溶解态和颗粒态两种，两种形态重金属浓度均有时空变化现象，即使是同一地区降水，各重金属溶解态和颗粒态的浓度差异也较大[13]。由于稀释效应溶解态重金属浓度随降水量增加呈现稳步减少的双曲线关系[16]，空气中的粗颗粒随首场降水落下，此后短时间内重金属浓度值会降低。以汞为例，加拿大多伦多大气降水中总汞的浓度要比甲基汞高得多[41];西藏拉萨非季风季节的总汞和颗粒态汞浓度明显高出季风季节，而溶解态汞浓度则相反[37]。墨西哥降水重金属中以颗粒态和溶解态铝的加权平均浓度最高，在其余颗粒态重金属中，Mn>Pb>Ni>V>Cd>Cr，而溶解态重金属中，Mn>V>Ni>Pb>Cd>Cr[13]。

　　4降水重金属浓度影响因素

　　分析降水重金属浓度影响因素有助于进一步追溯重金属来源，为重金属防治与评估提供理论依据。降水重金属浓度受自然因素、人为因素、pH值、空气质量等的综合影响。

　　4.1pH值

　　降水pH值对重金属溶解度有直接影响，且降水重金属含量与pH值呈正相关性[28]或负相关性[26-27]。pH值受降水持续时间、季节 [32]、燃煤量、交通量[26-27]等影响。同等条件下pH呈酸性且pH值越低重金属浓度越高，相反，pH呈碱性且pH值越高重金属浓度越低。例如日本[22]、泰山[31]的酸性降水使重金属浓度增高[31];日本冲绳岛在冬季具有相对低的pH值，重金属浓度 Zn>Al>Fe>Mn>Cu，其与降水pH值、监测点位置、风速和方向等因素有关[22];梅尔辛的碱性降水，使得Al、 Fe、Mn和Ni的溶解度低于在世界平均水平[16]。

　　4.2人为因素

　　降水重金属分为自然源和人为源，可利用富集因子法、聚类分析法、气团轨迹法、主成分分析法等分析自然源和人来源对雨水重金属浓度的贡献率 [13-16，38]，也可根据不同重金属浓度之间的相关性来推断重金属来源的异同[15-17，22，24]。采用因子分析[34，36]、 SPSS17.0软件[29]对降水重金属相关性进行溯源分析，结果表明大多数城市降水重金属主要来自人为源[15-16，24-25]，主要有冶金企业烟气粉尘[33-34，39]、土壤尘[33，22]、建筑工地[39]、扬尘[34，39]等，而少数重金属来自自然源[16]。

　　城市降水重金属人为来源非常广泛，涉及有化石燃料燃烧、汽车尾气、工业废气、冶金烟尘、燃煤发电、粉尘等。约旦北部降水重金属来源有道路交通排放、燃烧产物和二次气溶胶[19];日本冲绳岛降水中Al和Fe来源于道路交通[22];梅尔辛降水中Ca、Fe、Al、Mn来源于气溶胶[16];西班牙则来自城市交通[25]。上海市降水中Fe、Al和Pb主要来自于工业活动的直接排放或者燃煤排放[33];鄱阳湖流域人为源重金属主要来源于冶金企业烟气粉尘、土壤尘、建筑工地、局地扬尘、矿业开采、化石燃料燃烧和汽车尾气等[29]，即降水重金属主要来源于第二产业和第三产业。

　　4.3季节因素

　　冬春季节大气层稳定、污染物扩散能力较差;夏季空气上下对流旺盛、降水频繁、降水量大，大气污染物容易扩散稀释，降水过后清除作用明显。受此影响，城市降水重金属浓度的季节差异突出[23-24，41]，表现为秋冬季高、春夏季低[30，36，39]或冬春季高、夏秋季低[31-34]的特点。此外，也有城市的冬季雨水重金属浓度较高其他季节较低[21，41]或夏季低春冬季高[24]。根据太湖流域重金属湿沉降率随四季更替的变化情况(见图1)可知，不同重金属浓度变化趋势各异，湿沉降中重金属浓度季节变化存在显著差异。在贵阳市大气降水中，冬春季的Zn重金属含量明显高于夏秋季，约17 倍，而Sr的浓度冬春季是夏秋季的2倍，说明重金属浓度受季节因素影响显著[27]。美国华盛顿降水重金属中As的浓度的峰值在夏季，最小值在初秋，而 Cd的峰值在秋季[15]。然而，也有研究指出法国[20]、加州蒙特利湾[42]雨水中微量重金属浓度与季节变化无关。

　　4.4气象因素

　　降水重金属含量还受气温[32]、相对湿度[32]、降水持续时间、降水量[36-37，40]、风速风向[32，36]、降水时间间隔等气象因素影响。胡建等对贵阳市降水重金属含量进行测定，发现，1月、9月、10月、12月份的重金属浓度高于其余月份的数倍[27](图2)。而在西安，冬季的西北风盛行，市区处于西郊发电厂的下风向，同时逆温天气的频频发生又限制了污染物的扩散，西安冬季降水中各重金属含量比永寿高出近1倍，可见降水量和风力条件也可引起痕量金属含量的季节性变化[36]。另一方面，特殊气象因素也会影响降水重金属浓度，如台风可以造成降水重金属浓度偏高[35]。

　　4.5大气跨区域传输

　　大气圈是一个整体，区域环境差异使降水重金属浓度易受大气圈跨区域传输的影响[19]。Uygur等(2010)运用功能模型PSCF分析发现伊斯坦布尔降水重金属是从欧洲、俄罗斯、地中海国家、土耳其西部地区的工业区，通过远距离输送而来的[18]。日本则将气溶胶中Pb和Zn的浓度比作为亚洲大陆远距离运输物质的评价指标[21]，且日本冲绳岛降水重金属浓度受亚洲大陆气团输送的影响显著[22]。在冬春季节，源自西北的矿物气溶胶会携带较多的地壳元素，从而造成唐山降水中重金属浓度的增加[34]。

　　5展望

　　降水重金属含量水平的空间分异性明显。一方面需要加强场次降水历程中重金属浓度的变化规律，明确其时间分布特征;另一方面需要借助GIS等空间信息管理平台，健全网络监测布点，加强大区域降水重金属浓度研究，借以明确降水重金属浓度空间差异的耦合关联，为跨区域环境管理提供理论依据。

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