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重庆主城区大气汞时空分布特征及人为排放研究

杨永奎  
【摘要】: 汞是一种高毒非必需元素,常温下以液态形式存在,具有较高的蒸气压,因而易于挥发进入大气。汞在大气中主要以气态单质汞(Hg~0)形态存在,占大气总汞的90%以上,在大气中的驻留时间最长可达1 a,因而能够通过大气循环进行远距离迁移,从而造成全球环境的汞污染。大气汞可以通过干湿沉降返回地表,并能在水陆生态系统中甲基化和生物富集,进而对人体健康产生危害。因此,研究大气汞状况,对了解区域汞污染现状,探索汞的生物地球化学循环规律,探寻汞污染防控措施均具有重要意义。 目前,欧美地区对大气汞的研究相对比较系统,而国内仅开展过零星的研究,且大多局限于某一个或几个采样点进行的短期监测工作,缺乏大范围、长时间地系统地研究。重庆市作为我国西南地区的工业重镇,对能源具有极大的需求,其中70%以上来源于煤炭,而化石燃料的燃烧是大气汞人为源的主要贡献者。为了弄清目前重庆地区大气汞的浓度现状、时空分布特征、影响因素及人为排放状况,本文以重庆土城区为研究范围,利用Lumex~(?)RA-915~+多功能汞分析仪对其大气气态单质汞(因其所占比重大,可代表大气总汞,下文简称为大气汞)浓度进行了深入系统地研究。结果如下: 重庆主城区大气汞浓度范围为4.65-7.89 ng m~(-3),均值为6.45±0.21 ng m~(-3),几乎是全球大气汞浓度背景值的4倍(1.5-2 ng m~(-3)),表明重庆地区已经受到一定程度的大气汞污染。最新研究成果得出,全球城市环境大气汞浓度范围为1.8-9.8 ng m~(-3),除墨西哥外,亚洲城市的大气汞浓度明显高于北美地区。 重庆主城区大气汞空间分布具有一定的区域性特征。交通区,工业区和商业区大气汞浓度分别为7.07,7.05和6.71 ng m~(-3),差异性不显著,但是显著地高于文教区(5.97 ng m~(-3))和自然保护区(4.65 ng m~(-3))。可以看出,重庆地区移动源(汽车尾气排放)和工业源(燃料燃烧)仍然是大气汞人为源的主要贡献者。同时,商业区大气汞浓度与交通区,工业区相当,表明商业区也存在着一定的大气汞污染问题。相比,文教区和自然保护区大气汞浓度较低。 重庆主城区大气汞浓度具有明显的月变化和日变化特征。2006年8月至11月大气汞浓度逐渐升高,11月达到峰值(8.24ng m~(-3)),而后下降并趋于相对稳定。其中,8月份大气汞浓度仅为5.36 ng m~(-3),明显低于夏季其它月份,估计与7,8月的大气温度垂直分布有关。大气汞浓度的日变化特征受到地区空气污染状况的影响。在缙云山自然保护区,大气汞浓度白天高于夜间,在西南大学和火力发电厂昼夜变化特征与其刚好相反。三个采样点2006年9月与2007年1月两次监测期间的日变化趋势一致,且大气汞浓度9月均低于1月,日变化幅度9月都高于1月。 利用缙云山,西南大学和火力发电厂的日变化监测数据进行相关分析。可以发现,大气汞浓度与气温、相对湿度和光照强度显著相关,且这种相关性具有明显的地域性差异。在缙云山,大气汞浓度与气温显著正相关,与光照也是显著正相关;在西南大学和火力发电厂,大气汞浓度与温度和光照均成显著负相关。此外,在三个采样点,大气汞浓度与相对湿度都成显著正相关,但大气汞浓度和气压之间没有形成一致的显著相关性。研究还发现,湿沉降过程对大气汞去除作用明显,降雨期间大气汞浓度日均值从6.64降至4.34 ng m~(-3),日变化幅度也不明显。 人为活动对重庆主城区大气汞浓度具有重要的影响。不同的人为活动构成了具有不同区域特征的功能区分布。工业区建有火力发电厂,钢铁厂等重工业企业,其均是燃煤大户;交通区机动车流量大,堵车问题尚未完全解决,尾气排放污染严重;商业区人群密集,空气流动性差,以上种种人为排汞活动导致区域大气汞浓度较高。而人为排汞少的文教区和几乎无人为干扰的自然保护区,大气汞浓度较低。 利用排放因子法和灰色预测法对重庆大气汞的人为排放进行了研究。结果表明,重庆市2005年人为源释放汞量为9.47 t。其中,燃煤,水泥制造和垃圾焚烧所占比重最大,分别占到64.5%,22.2%和7.7%。重庆直辖以来大气汞人为源释放量逐年增加,从1997年到2005年人为排汞从4.65 t增加到9.47 t。如果不采取积极有效的措施,2010年人为释放汞量将高达13.79 t。为了更好地对重庆人为汞排放进行有效控制,建议深入开展以下工作:改造现有燃煤的烟气控制设备,提高其脱汞效率;科学管理生活垃圾,采用先进焚烧技术,提高焚烧效率;进一步完善和改进道路交通及车辆内燃机燃烧技术等。


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