《降雨中有机碳对地表水污染的研究分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《降雨中有机碳对地表水污染的研究分析（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、降雨中有机碳降雨中有机碳对对地表水地表水污污染的研究分析染的研究分析【格林大讲堂】如果也考虑到降雨中溶解无机碳(DIC)的含量，全球降雨对碳的输送通量则会更大.降雨过程碳的输送不仅对陆地和海洋生态系统起到重要影响，同时也成为全球碳循环中的一个重要组成部分.因此，对雨水中 DOC、DIC 和 TN 的浓度变化和来源进行分析是帮助人们了解大气中污染物来源与组成的重要途径，也是了解降雨过程在区域和全球碳循环中的作用和机制的有效方法.武汉格林环保有完善的服务体系和配套的专业环境工程团队，秉着崇高的环保责任和义务长期维护提供免费的污水处理解决方案，是湖北省工业废水运营管理行业中的品牌。18 年来公司设计
2、并施工了上百个交钥匙式的污水处理工程。以 PM2.5 为特征的大气污染问题日益突出，重雾霾污染天气在全国多地大范围内频发，大气污染不仅造成严重的环境问题，也极大地影响到人们的日常生活和健康.对此，我国目前已高度重视对大气污染的防治，提出向大气污染宣战，且国务院于 2014 年出台了大气污染防治行动计划.伴随着我国工业化和城市化进程的加快，化石燃料的消耗近年来持续增加，至 2014 年，我国煤炭和石油的消耗量已从 2005 年的 21.1 亿 t 和3.0 亿 t 分别增加到 35.1 亿 t 和 5.2 亿 t.10 年来分别增长了 66%和 73%.一方面，大量化石燃料燃烧和工业污染物的排放
3、，使得大量 CO2 排入大气，加剧了温室效应和全球变暖等重大环境问题;另一方面，大规模建筑产生的微小扬尘颗粒等已导致我国大气污染物排放总量急剧增加，对大气污染的有效防治必须建立在了解大气污染物的主要来源和化学组成的基础上.我国大气污染来源多样、成因复杂，有机污染物和各种氮化合物的排放占很大的比例，而降雨过程有移除大气中污染物的作用.近年来的一些研究表明，在世界不同区域降雨中溶解有机碳(DOC)和溶解氮(DN)的含量趋于上升，已成为降雨中主要的溶解化学组分估算了全球降雨中 DOC 的通量达(430150)Tga-1(以 C 计，1Tg=1012g)，其量级相当于世界河流 DOC 和颗粒有机碳(P
4、OC)的年输送总量.我国对酸雨的研究从 20 世纪 70 年代末就已开展，近年的一些研究发现，在我国一些较偏远的山区，都已有酸雨记录基于对深圳连续 5 年(20052009 年)208 次降雨的研究发现，其雨水 pH 值区间为 3.616.89，平均为 4.56.测得降雨的 pH 值在 3.56.3 之间，平均值为 4.5.这些值明显低于本文测定的省 2014 年降雨的 pH 值.雨水和雪水的 pH 值范围分别为：4.86.4，平均为 5.7;4.96.4，平均为 5.7;泰安 6.26.6，平均为 6.4.青岛和两地雨水 pH 值基本一致，均属于弱酸性雨水，泰安 4 场雨的 pH 平均值(6
5、.4)高于和雨水平均值 5.7，接近中性.工业革命后酸雨成为世界范围内的普遍环境问题，随着二氧化碳、二氧化硫及氧化氮等气体的不断排放，世界上几乎所有工业国家都有酸雨出现，对农作物和生态环境都造成了一定程度的危害.降雨中 DOC 的浓度变化范围很大，为 28616molL-1，平均为 217molL-1;为70564molL-1，平均为 266molL-1;泰安较低为 3085molL-1，平均为 64molL-1.这些 DOC 浓度范围与近年来报导的我国和世界各地降雨中 DOC 浓度基本一致，其变化范围很大且受多种因素影响，如大气中有机物污染来源、气压和风向及降雨过程等报导的美国东部沿海区域降
6、雨中 DOC 浓度范围在 28540molL-1 之间;测得韩国首尔降雨中 DOC 浓度为 15780molL-1.在我国北方，分析了采自 10 个地点 483 个雨水中的DOC 浓度，其范围在 200325molL-1 之间.在我国南方，DOC 浓度为 86351molL-1.这些 DOC 浓度范围上限都已高于我国黄河和长江及世界其它主要河流如亚马逊河、密西西比河中 DOC 的浓度通常在 100200molL-1 之间).可见，大气中有机物的污染已经是一个严重的现实问题，这些污染通常来自于化石燃料如煤和石油燃烧后废气的排放，各种工业废气中通常排放的低分子有机酸如甲酸、乙酸、醋酸、草酸等，以及
7、来自植被和人类排放的易挥发有机物如异戊二烯等.这些有机物进入大气后能够快速溶于雨水中从而导致 DOC 浓度的升高.DOC 浓度随之增高(314molL-1).在其它几次明显的海洋气候生成的降雨中，雨水中 DOC 的浓度也明显较低.这说明降雨中的有机物主要是来源于陆地向大气中的排放.采集雨水点虽处于内陆地不受海洋气候的影响，但采样点位于农村且周边 10km 处并没有明显的工厂排放污染源，这可能是导致雨水中 DOC 浓度相对较低的原因通过对和雨水 DOC 浓度的分析发现，生成于海洋上空的降雨中 DOC 的浓度明显低于生成于陆地上空的降雨.一个最为明显的例证是 2014 年 7 月 25 号，当生成
8、于西太平洋上空的第十号台风登陆和时，两地都记录到全年最大的一次降雨量(达 100mm)，但其 DOC 浓度也是两地全年降雨中最低的(28、70molL-1).另一例证是 4 月 17 日早上的海洋降雨中，DOC 浓度较低(83molL-1)，但当下午风向转为陆地降雨后.本研究的结果也说明降雨过程除可以去除部分大气 CO2 外，也可以通过溶解过程去除大气中的碳酸盐粉尘颗粒物，大大地增高降雨中 DIC 的含量.因此，降雨过程对DIC 的输送通量比理论估算值要高的多.同时，降雨中 DIC 的浓度也可以作为判定大气碳酸盐类微尘颗粒物浓度的间接指标.另外，雨水携带的 DIC 是否会对边缘海的初级生产力产
9、生一定的影响，这也有待于进一步的研究.碳同位素的结果也证实了这一结论，本文测得雨水 DIC 的 14C 年龄也高达 4600a，与同一雨水中颗粒无机碳(PIC)的 14C 年龄非常接近，属于碳酸盐及风化产物溶解释放出的年龄较老的无机碳所致，并非大气中CO2 溶解的结果，因为目前大气中 CO2 的 14C 年龄为现代年龄.通过对这些雨水样品中 DOC 的碳同位素(14C 和 13C)含量测定发现，雨水 DOC 中有机碳的 14C 年龄高达 5400a，平均为 2840a，这些雨水中 DOC 的平均 13C 值为-25.1.显然，雨水 DOC 中如此老的 14C 年龄说明相当一部分的 DOC 是来
10、自化石燃料废气中的老碳向大气的排放并溶于雨水中，从而造成雨水中 DOC14C 年龄的老化和 13C 值的偏负.作为另一有力证据，本文测定的及周边地区大气气溶胶颗粒有机碳(POC)的 14C 年龄值都在 50009000a 之间(未发表数据)，进一步说明了来自化石燃料中老碳的贡献.相比之下，海洋气候生成的降雨中 DOC 的 14C 年龄则明显偏低，说明来自海洋表层新生成有机碳对大气降雨中 DOC 的贡献.通过同位素质量平衡计算，可以定量计算每次降雨中老碳和现代碳(植被来源)对雨水 DOC 的贡献，同时也揭示了降雨作为一种去除大气污染有机物的重要过程和在全球碳循环中的重要性.有关雨水中 DIC 浓
11、度的研究几乎没有报道，原因可能是根据气体溶解定律(亨利定律)，当大气 CO2 的浓度已知时，CO2 在雨水中的溶解度可以很容易计算得到.如在没有任何其它污染的情况下，以目前大气 CO2 浓度 400ppm，并以雨水 pH=5.0 计算，在 10达到平衡状态时，雨水中 CO2 的饱和溶解度大约在 14molL-1.根据这种计算，估算得到全球降雨中 DIC 的通量为 80Tg，相当于降雨中 DOC 通量的 18.6%.但根据本文测定的降雨中 DIC 的数据显示，这一假设并不正确.三地降雨中 DIC 的浓度变化很大，在 22371molL-1 之间，均已超过理论值，且上限远远超过其理论值.这说明除大
12、气 CO2 的溶解外，还有造成雨水中 DIC 浓度升高的主要来源，我们认为，这主要是由于微小的建筑灰尘及尘土颗粒(PM2.5、PM10)飘浮在大气中，这些尘土颗粒含有大量碳酸盐成分，如建筑用的大量石灰(碳酸钙)材料等，这些细小碳酸盐颗粒在酸性雨水中可以溶解释放出碳酸根离子，从而增加雨水 DIC 的浓度.如考虑雨水中 DOC 和 DIC的相关性，两者之间很差的相关性也可以说明雨水中的 DIC 和 DOC 具有不同的来源.自 20 世纪 80 年代末的研究已发现，中国南方广东一带一直是我国酸雨最严重的区域之一，众多的中小型企业和工厂排放大量的 CO2、SO2 和酸性有机化合物至大气中，造成降雨中 pH 值的下降.相比之下，我国北方降雨中的平均 pH 值则稍高，如 Hu 等报导的北京降雨的平均 pH 值为 6.18，与本文测得的降雨平均 pH 值接近.雨水的 pH 值除受大气中二氧化碳、二氧化硫及氧化氮等酸性气体影响外，一些碱性离子也会中和雨水的pH.虽然酸雨的情况在也时有发生，但 4.86.6 的 pH 值基本属于降雨的正常 pH 值区间.
