重庆主城区大气汞时空分布特征及人为排放研究

【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。