夏季青岛大气粗细粒子中微量元素的浓度、溶解度及干沉降通量

利用2016年6~7月在青岛采集的PM_(2.5)和总悬浮颗粒物(TSP)样品,分析其中12种微量元素总态和溶解态浓度,讨论了微量元素在粗、细粒子中的浓度及溶解度的分布特征,并估算了微量元素的沉降通量.结果表明,青岛气溶胶中地壳元素Al、Fe、Sr、Mn、Ba总态浓度的55%~60%集中在粗粒子中,人为元素Cr、Ni、V、Zn、Pb、As、Cd的65%~85%集中在细粒子中.但无论是地壳元素还是人为元素其溶解态浓度均主要分布在细粒子中,Al、Fe、Mn、Ba在细粒子中的占比为50%~80%,Cr、Ni、V、Zn、Pb、As、Cd的为70%~90%.微量元素溶解度在细粒子中的高于粗粒子中的,细粒子中微量元素的溶解态浓度与酸组分呈显著正相关,溶解度与p H呈显著负相关,表明酸化作用可能是影响细粒子中微量元素溶解度的主控因子.不同微量元素的总沉降通量中溶解态部分的贡献不同,Al和Fe溶解态部分的贡献仅为1%~2%,Sr、Ba、Cr、Pb的约为30%~40%,Mn、Ni、V、Zn、As、Cd的约为50%~60%.大气沉降的溶解态Fe可支持(194±150)mg·(m2·d)-1浮游植物碳的生产,对黄海初级生产力的贡献约为10%.     

青岛大气降水中微量元素的浓度及溶解度

利用2016年6月~2017年5月在青岛采集的35个降水样品,分析其中8种微量元素的总态和溶解态浓度,讨论了大气降水中微量元素的浓度及其溶解度的变化特征,并探讨了影响大气降水中微量元素溶解度的因素.结果表明,青岛降水中微量元素的总态浓度以Al和Fe的最高,其次是Zn、Mn、Ba、Pb、Sr、V的较低;溶解态浓度以Zn的最高,其次是Al、Mn、Fe、Ba、Sr、Pb和V的较低;溶解度以地壳元素Al和Fe的最低,为5%左右,受到人为源影响的元素溶解度相对较高,Pb和Ba的为10%~40%,Mn和Sr的为20%~60%,Zn和V溶解度最高,平均约为55%.季节变化显示不同元素总态和溶解态浓度基本呈现冬、春季明显高于夏、秋季,溶解度基本表现为春季最高.持续降雨的前后期微量元素的总态和溶解态浓度均呈现明显降低,但溶解度的变化趋势在不同降雨过程中不一致,pH变化是控制降水中微量元素溶解度的主要因子.     

青岛大气气溶胶中微量元素溶解度及影响因素

利用2012年12月在青岛采集的31个总悬浮颗粒物（TSP）样品,分析其中11种微量元素的总浓度和溶解态浓度,讨论了沙尘负载、气溶胶来源、酸过程及天气条件对微量元素溶解度的影响.结果表明,Fe和Al的溶解度<5%,Pb、Ba、Bi的为10%左右,Cu、V、Cd、Mn的为20%~30%,Zn和As的约为40%.随着沙尘负载量的增加,气溶胶中微量元素溶解度呈规律性递减.气团后向轨迹聚类分析和正矩阵因子分析（PMF）结果显示,受人为源影响的气溶胶中微量元素溶解度明显高于受沙尘源影响的,受二次生成源和海洋源影响的的气溶胶中微量元素溶解度明显高于受土壤源影响的.大气酸过程是造成这些差异的主要原因.相关性分析表明,SO₄^2-、NO₃^-和有机酸等酸组分均对微量元素溶解度有一定影响.霾天时气溶胶中微量元素溶解度明显低于雾天的,其原因为酸组分在较高的相对湿度下更能促进微量元素溶解度的提高.     

青岛大气气溶胶中微量元素浓度及溶解度的粒径谱分布

利用2016年1~3月在青岛采集的Anderson分级气溶胶样品,分析其中10种微量元素总浓度和溶解态浓度,讨论了微量元素的浓度及溶解度的粒径谱分布特征及大气酸化过程的影响.结果表明,微量元素总浓度的粒径谱多数呈现单峰分布,Fe、Al、Ba、Sr等地壳元素总浓度的50%~60%出现在2.1~7.0μm粗粒子上;Cd、As、Zn、Pb等人为元素总浓度的60%~70%出现在0.43~2.1μm细粒子上;但Mn和Ni的粒径谱分布没有明显优势.溶解态微量元素的粒径谱也多呈现单峰分布,70%左右的Fe、Al、Ba、Sr、Mn集中在0.43~4.7μm粒子上;80%左右的Cd、As、Zn、Pb集中在0.43~2.1μm细粒子上;Ni的粒径谱分布与其总浓度的相似,在各粒级上无明显优势.微量元素溶解度的粒径谱分布呈现细粒子中的高于粗粒子中的,尤其是地壳元素这种分布趋势更为明显.气溶胶pH值的粒径谱分布特征及其与微量元素溶解度的显著相关关系表明,大气酸化过程是控制微量元素溶解度随粒径变化的主要因子.     

青岛大气气溶胶中铁的溶解度及其影响因素

大气气溶胶的干湿沉降带来的铁对海洋初级生产和固碳能力有着重要影响,但这种影响从根本上决定于沉降铁的溶解度.本文利用2012年12月在青岛连续采集的31个总悬浮颗粒物(TSP)样品,分析了其中微量元素Fe的总浓度和溶解态浓度,讨论了颗粒物浓度、气溶胶来源及酸化过程对Fe溶解度的影响.结果表明,气溶胶中Fe的总浓度和溶解态浓度分别为(3248±1683)ng·m-3和(43.3±16.4)ng·m-3,溶解度为0.57%~4.86%,平均为1.63%±1.02%.随着气溶胶中总Fe浓度的增加,Fe溶解度呈现规律性降低.气溶胶中Fe的溶解度与富集因子(EF)无相关关系,而与无机和有机酸性离子存在显著正相关关系.气团后向轨迹的聚类分析显示,观测期间,64.5%的气溶胶样品主要受北方沙尘源(DS)影响,35.5%的样品主要受到华北城市群等人为源(AS)影响.AS样品中Fe的溶解度平均为2.06%,高于DS样品中的1.36%.两组样品中Fe的EF值相当,但AS样品中酸性离子与溶解度的相关关系明显好于DS组,表明酸化过程可能是造成两组样品Fe溶解度差异的主要原因.     

青岛地区大气沉降物的化学成分研究——Ⅰ.微量元素

用原子吸收分光光度法测定了青岛地区大气干、湿沉降物中微量元素Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Ph、Zn等,并测定了雨水的 pH。分析表明,雨水中微量元素的溶解态浓度与降雨量是反相关,且高于海水和世界河流平均值,表明青岛地区雨水对海洋可能成为一个污染源。酸雨促进了大气颗粒物的溶解,改变了元素溶解态与颗粒态之间的配比,对大气、海洋环境系统构成一定程度的危害。在此基础上本文讨论了干、湿沉降物的浓度变化和通量,并就干沉降与南黄海沉积物、青岛地区雨水溶解态与未污染区域的溶解态元素之间的潜在关联以及冬、夏季雨水中溶解态、颗粒态化学要素和大气干沉降的浓度差别,进行了对比分析。     

夏季青岛大气气溶胶中不同形态磷的浓度、来源及沉降通量

利用2016年6~7月在青岛采集的总悬浮颗粒物(TSP)样品,分析了其中不同形态磷的浓度,讨论了夏季气溶胶中总磷(TP)、溶解态磷(DP)、溶解态无机磷(DIP)和溶解态有机磷(DOP)的分布特征及来源,并估算了大气P的沉降通量.结果表明,夏季青岛大气气溶胶中TP的浓度为(49.3±30.6)ng·m~(-3),其中DP浓度为(15.5±10.4)ng·m~(-3),对TP的贡献为30.9%±11.0%.DP中以DIP占主导,其贡献平均约为60%.气溶胶中不同形态P的来源分析结果显示,夏季青岛气溶胶中P的来源复杂,受地壳源、人为源、生物质燃烧、农业施肥等多种源的共同影响.其中TP的38%来自土壤源的贡献,农业活动源和工业源的贡献分别为20%左右;DP中DIP主要受到农业活动源及燃烧源的影响,其贡献分别为51%和24%;DOP主要来源于土壤源及农业活动源,其贡献分别为41%和27%.观测期间,大气TP的干沉降通量为(51.7±31.7)μg·(m~2·d)~(-1),其中DP对TP干沉降通量的贡献为23.2%±8.2%.DP中DOP有重要贡献,约为DP干沉降通量的40%.DP的干沉降通量可支持黄海(0.5±0.3)mg·(m~2·d)~(-1)浮游植物碳的生产,对新生产力的贡献约为1%.     

太原市夏季降水中溶解态重金属特征及来源

为了解太原市大气降水中溶解态重金属污染特征及来源,采用干湿沉降自动采样器采集了太原市2013~2015年夏季61场降水样品,使用ICP-MS测定了其中12种溶解态重金属,并对其浓度水平、湿沉降通量及来源进行分析.结果表明,太原市2013~2015年夏季降水p H值范围为4.34~7.95,降水量加权平均值为5.37.溶解态重金属平均浓度为236.931μg·L-1(范围66.324~1 029.212μg·L-1),主要元素是Zn和Fe,占总浓度的53.39%.12种溶解态重金属的湿沉降总通量为1.735mg·(m2·d)-1.降水中Ba、Cu、Sr、Zn、As、Cd和Pb的富集因子大于100,受到严重的人为源影响.PMF模型分析表明太原市夏季降水中重金属的主要来源为钢铁冶金、燃煤源、机动车源和地面扬尘,贡献率分别为38.34%、23.06%、20.45%和18.15%.气团的后向轨迹分析表明西南气团和东南气团对太原市夏季降水贡献最大,分别达到38%和35%,运城-临汾-晋中和晋城-长治-晋中的南部工业源污染应该引起重视.     

青岛地区总悬浮颗粒物中金属元素沉降通量

于2001 05～2002 04在青岛近海三个采样点采集了100多个大气气溶胶样品,用ICP测定了元素Al、Fe、Mn、Cu、Pb、Zn的浓度,讨论了这几种元素入海通量的季节变化和年平均值。结果表明,三类地壳元素春季在青岛近岸海域的沉降通量占全年的50%以上,而夏季不到10%;Cu秋季≈冬季(各占30%左右)>春季>夏季;Pb、Zn四季沉降通量的变化规律为冬季>春季>秋季>夏季。     

上海气溶胶中可溶态营养盐含量及影响因素

为研究上海气溶胶中可溶性营养盐的含量及其变化趋势,在上海华东师范大学采集大气干沉降样品,并分析了2007年6月至2009年3月期间的27个样品中的可溶态营养盐,包括NO3-+NO2-、NH4+、PO43-和SiO32-.以Milli-Q水和盐酸(pH2)连续提取发现,绝大部分硝酸盐/亚硝酸盐(94%)和铵盐(96%)可直接溶解在水中,但硅酸盐(34%)和磷酸盐(50%)在水中溶出的量小于或等于在盐酸中溶出的量.结合大气后向轨迹分析发现,气溶胶的起源和传输途径对营养盐的含量有重要影响.陆源气溶胶颗粒中水溶态NO3-+NO2-和NH4+的质量浓度大于其他类型的气溶胶,但水溶态PO43-和SiO32-在不同类型气溶胶中的浓度差别不大.在降水和来源的双重因素影响下,大气中水溶态营养盐浓度表现为春冬季节高于夏秋季节,具有明显的季节变化特征.     

上海大气总悬浮颗粒物中金属的可溶性特征

大气颗粒物中金属的可溶性对于评估金属的生物可利用性和环境迁移性具有重要意义.采集上海大气总悬浮颗粒物(TSP)样品,利用高分辨率电感耦合等离子体质谱,测定经微循环淋溶提取的金属水、酸(p H=2)可溶含量,并计算水、酸溶解度.结果表明,大气TSP中金属的溶出是一个快速过程,仅需几分钟就达到溶解度最大值.Co、Cr和Cd的可溶含量较低,V、Ni、Cu处于中间,Fe、Al、Zn、Mn和Mg较高.结合大气后向轨迹分析,金属可溶含量受到气团来源的显著影响.多种金属的水、酸溶解度差异性较大,Fe水溶解度最小仅为2.0%,其次为Al、Cr、V、Pb、Co、Ni、Cu、Cd、Mn、Mg和Zn.金属溶解度随溶剂p H值的减小而增大.元素本身性质是影响金属溶解度的内在原因,且金属的离子势与水溶解度呈一定的负相关性.     

氧化亚铁硫杆菌生物浸出污泥中的重金属离子

为研究氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,At. f)对污泥中重金属的浸出机制,进行了空白、直接浸出(At. f)、加亚铁浸出(At. f +Fe2+)、加亚铁和硫酸浸出(At. f+Fe2++H2SO4)4组生物淋滤实验,分析淋滤前后污泥的成分和物相变化.结果表明加亚铁和硫酸浸出淋滤后Cu、Zn、Ni、Pb和Cr的去除率可分别达到90.8%、100%、87.5%、51.6%和83.3%,高于其他3种体系;定量计算和动力学拟合结果表明,5种金属在直接-间接(加亚铁)浸出中的质量含量和速率常数(k)均高于直接浸出.EDS和XRD证实污泥浸出前后样品组分主要是C(26.2%~37.5%)、O(32.5%~45.7%)和一些无机化合物(如铝盐和SiO2),生物淋滤后会造成营养元素(P和Ca)的部分流失.此外,ICP-MS分析表明其他金属(如Cd、Fe、Mn)也能同时被溶出.基于结果分析,提出FeSO4·7H2O和H2SO4的加入有助于生物淋滤系统的启动,其中Cu、Pb、Cr和Ni主要以间接浸出为主,而Zn是直接和间接浸出共同作用.     

Wet and dry deposition fluxes of heavy metals in Pearl River Delta Region (China): Characteristics, ecological risk assessment, and source apportionment

The atmospheric deposition of heavy metals poses serious risks to the ecological system and human health. To advance our knowledge of atmospheric dry/wet heavy metal deposition in the PRD region, monthly fluxes were examined based on soluble/insoluble fractions of five heavy metal elements(Cu, Pb, Cd, Cr and Zn) in samples collected from January 2014 to December 2015 at Guangzhou(urban) and Dinghushan(suburban) sites. The ratios of wet/dry deposition fluxes indicated that heavy metal deposition was governed by wet deposition rather than dry deposition in the PRD region. Affected by the shifting of the Asian monsoon, wet deposition fluxes exhibited significant seasonal variation between summer monsoon seasons(April to September) and winter monsoon seasons(October to February) in this region. Cd was classified as an extremely strong potential ecological risk based on solubility and the Hakanson ecological risk index. Source contributions to wet deposition were calculated by PMF, suggesting that dust, biomass burning, industries,vehicles, long-range transport and marine aerosol sources in Guangzhou, and Zn fertilizers,marine aerosol sources, agriculture, incense burning, biomass burning, vehicles and the ceramics industry in Dinghushan, were the potential sources of heavy metals.     

北京地区大气颗粒物污染的风向因素研究

2005年9月~2006年9月在北京市北部、中部、南部3个点位采集了大气总悬浮颗粒物(TSP)样品,并采用电感耦合等离子体光谱、质谱技术测定了29种无机元素.基于大气浓度数据和气象观测资料,研究了925hPa时不同风向对北京市TSP浓度及Al、Fe、Ca、S、Se、Pb、Zn等特征元素空间分布及来源的影响.结果表明,TSP及Al、Fe等地壳来源元素在东北、西北、西南3种风向下,3点位的平均浓度变化不大,表现出明显的顺东北风递增的特征;Pb、Zn等冶炼排放元素的3点位平均浓度以西南风时为高,并表现出明显的顺西南风递减的特征.Pb、Zn等重金属元素主要来源于北京南部以远地区有色冶金企业排放的大气传输;而地壳元素主要来自北京本地排放源的贡献.     

太湖流域重金属湿沉降特征

为研究太湖流域湿沉降中重金属含量特征及污染现状,采用ICP-MS对2009年8月—2010年4月期间太湖周边10个采样点湿沉降中的ρ(Cr),ρ(Cd),ρ(Pb),ρ(Ni),ρ(Mn)和ρ(Zn)进行监测,结果表明:湿沉降中ρ(Zn)最高(年均值为79.54 μg/L),超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002),占重金属总量的66.3%; 其他依次为ρ(Mn),ρ(Pd),ρ(Ni),ρ(Cr)和ρ(Cd),分别为26.90,6.36,5.12,1.74和0.26 μg/L. 湿沉降中重金属含量季节变化和空间分布存在显著差异,ρ(Cr)和ρ(Mn)以西北部湖区较高,ρ(Cd)和ρ(Zn)以南部湖区较高,ρ(Ni)以西部湖区较高,ρ(Pb)以东部和西部湖区较高. Cr,Cd,Pb,Ni,Zn及Mn的湿沉降率分别为2.14,0.34,7.57,6.18,101和33.1 mg/(m2·a),通过湖面湿沉降年入湖量分别为5.00,0.79,17.7,14.5,236及77.4 t.      

污泥堆肥施用对土壤及地下水影响研究

为探究北京市污泥堆肥产品施用对土壤和地下水的影响,采用原状土柱模拟降雨试验方法,研究了在污泥堆肥产品年施用量为3、6、12kg/m²的条件下,Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Cd、As、Hg 8种重金属元素的迁移和淋溶特征.结果表明,Cd淋溶后残留最少（6.1%~11.9%）,进入淋溶水最多（4.5%~7.3%）;Hg淋溶残留最多（16.0%~22.1%）,进入淋溶水最少（<0.1%）.Hg、Pb、Ni、Cd、Cu在0~20cm土壤层积累最多（52.0%~78.7%）;Cr、Zn、As则在20~40cm层积累最多（42.7%~53.2%）.8种元素在土壤中的含量均符合《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）限值.淋溶水中测得的6种重金属浓度由大至小依次为Zn > As > Cd > Cu > Pb > Cr,受堆肥施用量及降雨量共同影响.淋溶水中Cu、Cr、Ni、Zn、Pb 5种元素的浓度始终在《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）Ⅰ类水质范围内,Cd、As、Hg在Ⅲ类范围内.     

含铁颗粒物的溶解动力学研究进展

气溶胶沉降是开放大洋可溶性铁的主要来源之一,对海洋初级生产力有重要影响.目前气溶胶可溶性铁的沉降通量仍存在很大的不确定性.主要原因包括：（1）不同来源的气溶胶中可溶性铁的含量差异较大;（2）发生在大气传输中的化学反应能够显著影响气溶胶中铁元素的可溶性.本文总结了过去20a国内外关于含铁颗粒物溶解动力学实验室研究的主要结果,以阐明液相反应对铁可溶性的增强作用.归纳了典型含铁颗粒物在质子促进溶解、配体促进溶解及光还原溶解机制作用下的溶解动力学特征,指出pH值、阴离子类型和光照决定了含铁颗粒物的溶解机制,以及铁的存在形式是决定颗粒物中铁潜在可溶性的最主要因素,最后简单展望该领域未来的发展方向.