大氣干濕沉降物中金屬元素對潔凈水體的污染研究

金小天，李利平

(1.廣東省環境保護職業技術學校，廣東廣州 510655；2.廣東環境保護工程職業學院，廣東佛山 528216)

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大氣干濕沉降物中金屬元素對潔凈水體的污染研究

金小天1，李利平2

(1.廣東省環境保護職業技術學校，廣東廣州 510655；2.廣東環境保護工程職業學院，廣東佛山 528216)

[目的]為了較準確地了解大氣干濕沉降物對地面水體的污染影響，探索大氣顆粒物與地面水體水質之間的相互關系及變化規律。[方法] 使用一定容積的玻璃缸作為采樣裝置，缸內盛一定體積去離子水，露天連續放置1年,觀測玻璃缸中去離子水受到大氣干濕沉降物和沙塵暴塵的污染狀況，期間每隔5 ～ 10 d 從缸內抽取一定體積的水樣，使用ICP-MS對水樣中Ba、Be、Cd、Cu、Co、Fe、Mo、Mn、Ni、Pb、Sb、Ti、Tl、V、Zn等16種金屬元素進行分析。[結果] 元素檢出率均達到100%，被測元素濃度總體呈明顯富集和逐漸升高趨勢。[結論] 通過實驗現象和測定結果闡述大氣干濕沉降物和沙塵暴降塵對潔凈水體的污染過程。

潔凈水體;干濕沉降;水體污染;金屬

大氣作為環境系統的重要組成部分，對整個生態系統有著重大的影響[1]。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對生存環境的要求越來越高，大氣污染的危害越來越受到人類的重視，特別是吸附在大氣顆粒中的微量重金屬元素，對人類健康有著直接和間接的影響[2]。在對大氣環境污染物或水體污染的研究中，許多研究者只是關注其中的一類污染現象，很少將這兩者聯系起來進行相關研究。筆者通過干濕沉降物整體被動式采樣方法，開展了大氣干濕沉降物對潔凈水體的污染研究。通過連續1年的觀測實驗，證明大氣干濕沉降物對潔凈水體無論從外觀、水質質量、多種金屬元素等方面都產生非常嚴重的污染。該研究同時向人們提出了一個新的研究課題——要重視大氣干濕沉降對我國眾多的內陸湖泊水體生態環境可能存在的長期影響和污染問題。

1 材料與方法

1.1 采樣點設置樣品采集實驗點位于蘭州市城區中心的東方紅廣場統辦二號樓頂(36°3′6″ N，103°50′20″ E)，距地面高度約45 m。干濕沉降物對水體影響的采樣時間開始于2007 年2 月9 日，結束于2007 年12 月23 日。累計露天放置316 d，全年共取得有效樣品37個。原計劃連續試驗1年。由于進入冬季玻璃采樣缸被凍裂，試驗提前終止。試驗基本完成了春、夏、秋、冬4 個季節的全部采樣過程[3]。

1.2 樣品采集選用一次壓鑄成型的標本缸(北京玻璃集團龍源玻璃制品廠生產，以下簡稱“采樣缸”)。采樣缸內無任何化學黏接劑。缸體長、寬、高分別為285、180、280 mm。試驗時，缸內盛放或補充去離子水，采樣水體體積始終保持在0.01 m3設計實驗體積范圍內。采樣缸連續放置1年，中途只補充水，不換水，不清缸。在采集過程中以及分析前，不向樣品加任何化學試劑。由于受蒸發等因素的影響，采樣缸內水體水量將會減少，在每次取樣結束后均補充或添加新水使缸內水位始終在采樣體積0.01 m3刻度線。

采樣時，通過連接在50 ml 玻璃注射器上的100 mm 聚乙烯管，先沖洗注射器，再從方缸內4 個角的中層位置分別抽取10 ml 水體樣品，轉入80 ml 取樣瓶內混合，每次累計取樣約50 ml。將樣品采集編號、采樣時間等信息記錄在樣品瓶上。以盛放潔凈水體的采樣缸放置于露天實驗場的當日為采樣開始日期，從缸內抽取50 ml 樣品作為空白值，在對其他時間段的樣品分析時扣除被測元素本底濃度值。之后約每隔5～10 d 取樣一次，采集后的水體樣品應盡快分析或在5 ℃條件下保存。

1.3 樣品分析使用XSERIES Ⅱ型電感耦合等離子體質譜儀(ICPMS)，分析B、Ba、Be、Cd、Cu、Co、Fe、Mo、Mn、Ni、Pb、Sb、Ti、Tl、V、Zn 等16 種元素。儀器測試條件為：冷卻氣流量13 L/min，輔助氣流量0.7 L/min，霧化流量0.8 L/min，采樣深度7.9 mm，提取電壓-98 V[4]。

2 結果與分析

2.1 水體外觀變化在采樣缸放置初期，缸體和水質顏色為透明無色。放置到1個月時，方缸內所富集的大氣沉降物已對潔凈水體造成影響，水體顏色由無色透明逐漸轉變為灰色。當放置到2個月時，由于在此期間受春季沙塵暴的影響，方缸內所富集的大氣和沙塵暴沉降物對潔凈水體已造成非常明顯的影響，水體顏色由無色透明變為紅褐色。當連續放置到6個月時，春季沙塵暴沉降物(紅褐色)、其他干濕沉降物、以及它們所攜帶的微生物在夏季高溫作用下使缸內的水質明顯變壞，水體上層有紫紅色的絮狀物，同時伴有類似發酵的氣泡，水體中層除有少量絮狀物以外相對透明，水體底部仍有半年來所沉積的非水溶固體顆粒物。 當大氣干濕沉降物對潔凈水體的污染影響試驗裝置連續放置到11個月時，由于環境氣溫開始明顯下降，在夏天所看到的水體上層紫紅色絮狀物和伴有類似發酵的氣泡消失，紫紅色絮狀物還在，體積相對有些萎縮。此時，水體中層的水質變得要透明一些。這可能是缸內的絮狀物有吸附水體中懸浮顆粒物作用的緣故。在隨后的環境條件下，氣溫進入0 ℃以下，進入冬季樣品結冰狀況，采樣缸凍裂，試驗終止。

2.2 金屬元素檢出狀況對采樣缸水體中B、Ba、Be、Cd、Cu、Co、Fe、Mo、Mn、Ni、Pb、Sb、Ti、Tl、V、Zn 等16 種元素的分析結果表明，除Be 只在部分樣品中被檢出外，其余15 種元素的檢出率均達100%。

2.3 金屬元素濃度變化規律將全年所采37次水樣的測定結果取算術平均值，可得所測元素平均濃度最高者為Ba(68.987 μg/L)，其次為B(27.035 μg/L)，第三位為V(7.417 μg/L)，濃度最小的為Be(0.007 μg/L)；Ba、B、Mn、Ti在全年中的濃度變化狀況較有規律。多數元素濃度隨放置時間段的延長呈明顯的上升趨勢，部分呈逐月下降的趨勢。全年中濃度由開始的高位逐步下降的元素有Mn、Zn。其中，明顯上升的元素有B、Ba、Cu、Co、Fe、Mo、Ni、Sb、Ti、V；平緩上升的元素有Tl、Pb；全年中濃度保持不變的有Be、Cd；而V、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sb、Co、Cd、Ti、Pd 在全年中的濃度變化規律性比較差。由圖1可知，各種元素在采樣缸中的濃度總體呈明顯的富集和逐漸升高趨勢。

此外，多數金屬元素濃度呈春季、冬季高，夏季、秋季低的走勢，而Be、Mn、Co、Zn、Tl、Pb則呈春季、夏季、秋季低，冬季高的走勢。

由于進入水體中的不同污染物在水體中的溶解度不同以及元素與其他沉降物之間的相互作用或春季沙塵暴降塵的作用等因素，有些元素在一年中的變化有所不同。這一現象的首次發現對研究地表水尤其是內陸湖泊水體的污染和

自凈問題有重要意義。

3 結論

對水體中B、Ba、Be、Cd、Cu、Co、Fe、Mo、Mn、Ni、Pb、Sb、Ti、Tl、V、Zn等16種元素的分析結果表明，除Be 只在部分樣品中被檢出外，其余15 種元素的檢出率均達到100%；各種元素在采樣缸中濃度的年變化總體呈明顯的富集狀態。多數金屬元素濃度呈春季、冬季高，夏季、秋季低的走勢；Be、Mn、Co、Zn、Tl、Pb呈春季、夏季、秋季低，冬季高的走勢。水體中Ba、B、Mn、Ti 在全年中濃度變化狀況較有規律，而V、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sb、Co、Cd、Ti、Pd 在全年中的濃度變化規律性較差。

大氣干濕沉降物攜帶的金屬元素等污染物對露天放置近一年的潔凈水體造成污染。通過試驗過程中水體外觀的顯著變化可以推知大氣干濕沉降物對地表水質、土壤、農作物環境的影響和污染，尤其是地表水、內陸湖泊的影響和污染。這應引起足夠的重視。同時，干濕沉降物中細菌、病毒、藻毒素等物質以及一些能引起毒性、致突變性反應的化學物質污染問題也不容忽視。

[1] 宋郁東，樊自立，雷志棟． 中國塔里木河水資源與生態問題研究[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，2000：215-241．

[2] 劉培君，朱峰．塔里木河兩岸自然地理條件[C]//梁匡一，劉培軍． 塔里木河下游兩岸資源與環境遙感研究．北京：科學技術文獻出版社，1990：200-220．

[3] 張寧，李利平，殷華，等.用潔凈水體監測大氣沉降物污染的新方法研究[J].環境監控與預警，2013，12(6)：20-23.

[4] 張寧，李利平，趙汝峰，等.煙花爆竹氣溶膠對地面潔凈水的污染研究[J].干旱環境監測，2013，9(3)：104-109.

Study on Clean Water Pollution of Metal Elements from Atmospheric Dry and Wet Deposition

JIN Xiao-tian1, LI Li-ping2

(1.Guangdong Province Environmental Protection Professional Technology Institute, Guangzhou, Guangdong 510655；2.Guangdong Vocational College of Environment Protection Engineering，Foshan, Guangdong 528216)

[Objective]The research aimed to accurately understand the impacts of the pollution of wet and dry atmospheric deposits on the ground water, and explore the relationship between atmospheric particulates and ground water and its change rules.[Method] Certain volume glass tank with deionized water was set as the sampling equipment, and was put out doors for a year. In order to determine the pollution of deionized water due to atmospheric dry and wet deposition and sand storm, water sample of the tank was taken 5～10 days at a time. Metal elements of Ba, Be, Cd, Cu, Co, Fe, Mo, Mn, Ni, Pb, Sb, Ti, Tl, V and Zn in the sample were tested and analyzed by ICP-MS. [Result] The detection rates of the elements all reached 100%. The concentrations of the tested elements showed the trend of enrichment and gradually increase. [Conclusion] The pollution process of the clean water due to atmospheric dry and wet deposition and sand storm was stated by the experimental phenomena and determination results.

Clean water; Dry and wet deposition; Water pollution; Metal elements

金小天(1982- )，男，安徽安慶人，工程師，碩士，從事環境監測與評價方面的研究。

2015-02-02

S 271

A

0517-6611(2015)09-013-01