重庆主城降尘中六种金属及其化学形态研究

论文摘要

降尘是气溶胶的重要组成部分,对大气环境、生态系统及地.气物质交换会产生一系列的影响作用。实际上降尘也是土壤细土物质和盐分的重要来源,它可使土壤的组成、性质发生深刻变化,对土壤成份构成有重要的作用。因此,降尘中有毒重金属也必然会给周围环境带来重要影响,其全量及各化学形态的分布,对分析评价重金属进入土壤及水循环系统之后,是否会给人类及生物圈系统带来危害具有重要的指导意义。本文研究了重庆主城大气降尘中重金属的污染现状,从有毒重金属全量及其化学形态构成特征方面分析了重庆大气降尘中重金属元素对环境的危害性,从而为重庆市控制大气降尘和重金属污染治理提供了理论依据和数据支持。研究中为了突出城市不同区域降尘的特性,在分析重庆主城不同行政区降尘量的同时,还将主城不同行政区以工业、道路、城建工地、文教、商业、旅游进行了功能分区,以此深入研究了各功能区降尘中的六种重要有毒重金属（Pb、Zn、Cu、Ni、Cd、Cr）全量及四种化学形态的时空分布特征和影响因素;同时利用富集因子法（EF）对各功能区内6种有毒金属的来源特征（即人为源还是自然源）进行了分析。在降尘量的时空分布研究中,降尘监测在渝中区、江北区、南岸区、沙坪坝区、渝北区、大渡口区、九龙坡区、巴南区、北碚区和缙云山（清洁区对照点）设点进行。为了使采集的降尘样品具有代表性,采用区域网格布点的方法确定了各区采样点;样品采集周期为每次一月,总时间为两年;样品采集方法为集尘缸湿法采集,降尘量的测定采用GB/T15264—94方法测量。主要功能区采样时间确定为2007年,样品的采集、测量方法同上,每次样品的采集周期为3个月,总时间为一年（针对降尘的四季变化研究）。在降尘重金属全量及化学形态研究中,主要参考Tessier关于自然界固体物中重金属的化学形态的划分理论,把重金属元素划分为四种形态,即酸溶态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣晶格态;降尘量的测定借荐了“水中不可滤残渣——悬浮物”（即GB11901—89）的测量方法,以避免标准方法（GB/T15264—94）加热蒸煮而改变元素的化学形态;化学形态分析的样品前处理则参考欧盟“Measurement and TestingProgramme”制定的四步萃取法（Tessier逐级提取）进行逐级提取,提取出含有各元素不同化学形态的各级上清液再经过滤、浓缩后定溶至25ml,利用火焰/石墨炉原子吸收光谱法进行元素的定性定量测定。研究的结果表明,重庆主城降尘及其所含的五种重金属污染严重,具体结论如下:a.主城降尘污染仍然较严重,但各功能区污染程度不同。自2005年重庆主城实施“蓝天”行动以来,重庆主城降尘污染有了显著改善,但到目前为止仍高于标准值40%,因此主城降尘污染仍然较严重。各功能区降尘量由大到小的顺序为:道路区＞城建区＞工业区＞文教区＞商业区＞旅游区（背景区）。b.研究的六种有毒重金属元素Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni中,除Ni外的其余五种元素在降尘中都有显著的富集。其中Cd、Pb富集水平最高（Pb的富集因子最高达到125,Cd则达到了689）,Cr富集水平较低,Zn、Cu富集程度居中;据计算2007年重庆主城有总计约691.1吨的Cd、Pb、Cu、Zn、Cr重金属随降尘落于地面,总量较大。c.在各功能区降尘中,有显著富集效应的五种重金属元素的Ⅰ.酸溶态、Ⅱ.铁锰氧化物结合态和Ⅲ.有机结合态三种化学形态之和含量很高（尤其Pb、Zn、Cd）,活性强,危害大。根据其在降尘中的浓度、活性特点,综合评价五种重金属元素危害性为Pb、Zn、Cd最大,Cu次之,Cr相对较弱。d、人为源的污染物排放（工业生产及燃料燃烧等）即是导致降尘中重金属元素富集,也是导致元素化学活性增强的重要因素。e.降尘的近源污染显著。在六个主要功能区中,按降尘量及五种有毒重金属元素的浓度、活性综合评价,工业、道路及城建区降尘及重金属污染最严重,商业、旅游及文教区受污染相对较轻。f.降尘污染具有明显的季节特征,但在各功能区内又有不同的规律。在四个季节中的污染情况表现为:旅游区,春＞夏＞秋＞冬;文教区,春＞夏＞冬＞秋;商业区,夏＞春＞秋＞冬;城建区,春＞秋≈冬＞夏;道路区,冬＞春＞夏＞秋;工业区,春＞冬≈秋＞夏。降尘主要排放源区春、冬季的污染较重,夏季污染较轻,而非主要排放源区则是春、夏季污染重于秋、冬季。总而言之主城区春季是降尘主要污染季节,冬季由于扩散等气象条件的影响,污染也很显著,秋季较夏季稍重。g.气候条件对降尘量及其中重金属的富集存在着明显影响。2007年春、冬季静风比例（30%-40%）和逆温频率（60%-80%）较高,雨水少,大气颗粒物扩散能力弱,长期飘浮于大气中,利于重金属富集,重金属污染严重;夏、秋季的大量降水对大气颗粒物的净化有着明显的作用,降水冲刷了大气及路面的颗粒物,即净化空气,同时也减少地面扬尘,使得重金属在大气颗粒物中的富集变得困难,重金属污染相对较轻。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 引言
• 1.1 降尘的定义及形成机制
• 1.2 降尘的对环境的影响
• 1.2.1 降尘对人类及生态环境的影响
• 1.2.2 降尘对地-气系统物质交换的影响
• 1.3 降尘领域的研究现状
• 1.3.1 降尘分布特点研究
• 1.3.2 降尘中金属元素研究
• 1.3.3 降尘中有机物研究
• 1.4 本论文研究目的和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究意义
• 1.4.3 研究内容
• 1.5 研究区域降尘中重金属来源概况
• 1.5.1 降尘中重金属来源
• 1.5.2 土壤背景及三种人为排放源中的重金属含量水平
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 研究技术路线及实验材料
• 2.1.1 研究技术路线
• 2.1.2 实验材料
• 2.2 样品的采集方法
• 2.2.1 采集原则
• 2.2.2 采集频次及地点
• 2.3 降尘量的测量方法
• 2.3.1 直接加热式测量方法
• 2.3.2 水中不可滤残渣（悬浮物）测量方法
• 2.4 重金属化学形态（CHEMICALSPECIES）研究方法
• 2.4.1 重金属元素的选择依据
• 2.4.2 重金属元素化学形态的划分原则
• 2.4.3重金属元素化学形态分析的预处理
• 2.4.4 重金属元素的测量方法
• 2.4.5金属离子标准溶液的配制
• 第3章 重庆主城降尘量的污染水平研究
• 3.1 重庆主城各行政区降尘水平及趋势特点
• 3.2 重庆主城各功能区降尘水平及趋势
• 3.3 本章小结
• 第4章 重庆降尘中六种重金属元素全量（BULK）研究
• 4.1 春季重庆主城各功能区降尘中重金属全量研究
• 4.1.1 春季重庆降尘中各重金属全量分布特征
• 4.1.2 春季重庆降尘中各重金属富集程度及来源分析（富集因子EF法）
• 4.2 夏季重庆主城各功能区降尘中重金属全量研究
• 4.2.1 夏季重庆降尘中各重金属全量分布特征
• 4.2.2 夏季重庆降尘中各重金属富集程度及来源分析（富集函子EF法）
• 4.3 秋季重庆主城各功能区降尘中重金属全量研究
• 4.3.1 秋季重庆降尘中各重金属全量分布特征
• 4.3.2 秋季重庆降尘中各重金属富集程度及来源分析（富集因子EF法）
• 4.4 冬季重庆主城各功能区降尘中重金属全量研究
• 4.4.1 冬季重庆降尘中各重金属全量分布特征
• 4.4.2 冬季重庆降尘中各重金属富集程度及来源分析（富集因子EF法）
• 4.5 本章小结
• 第5章 重庆降尘中五种重金属元素的四种化学形态（CHEMICALSPECIES）研究
• 5.1 春季降尘中重金属元素化学形态分布特征及危害性分析
• 5.1.1 春季各区降尘中重金属元素化学形态分布特征分析
• 5.1.2 重庆主城春季各区重金属危害性分析
• 5.2 夏季降尘中重金属元素化学形态分布特征及危害性分析
• 5.2.1 夏季各区降尘中重金属元素化学形态分布特征分析
• 5.2.2 重庆主城夏季各区重金属活性及污染性分析
• 5.3 秋季降尘中重金属元素化学形态分布特征及危害性分析
• 5.3.1 秋季各区降尘中重金属元素化学形态分布特征分析
• 5.3.2 重庆主城秋季各区重金属活性及污染性分析
• 5.4 冬季降尘中重金属元素化学形态分布特征及危害性分析
• 5.4.1 冬季各区降尘中重金属元素化学形态分布特征分析
• 5.4.2 重庆主城冬季各区重金属活性及污染性分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 本研究的主要结论
• 6.2 关于本研究的今后工作的一些建议
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表的文章