（环境工程专业论文）紫色土土气界面汞交换特征及其影响因素研究.pdf

紫色土土，气界面汞交换特征 及其影响因素研究 环境工程专韭颈士研究童：张成 指导教师：王定勇教授 杨学春副研究员 ( 摘要) 环麓汞秀染运嚣鑫籀整纪5 0 年我基本袭垒承侯瘸( m i n a m a 擐d i s e a s e ) 枣律绫来，一熹 是环境科学领域的研究热点问题之一。最近十几年来，人们发现汞可以通过太气环流发生长 距离传辘污染，因藤犬气汞的蓐拓量及其糖入与赣出遵缀受至4 特别关注。据估 中，全球每年 输入到大气中汞的总激约为6 0 0 0 7 5 0 0t ，菇中自然释泶约占1 1 3 。在自然释汞源中，土壤楚 最主要的柬源之一。散发到大气中的汞经过定时间和距离的传输席，超过9 0 的都分墩终 会圈落到薅速生态系绞，荠遵过藏生食携链藏耪a 娄筵瘫。嚣蓑，瓣汞在茂赛嚣翔蕊交换 通量国外穗有大量的研究，我国程这方面的研究相对较少。因此，本文以重庆市的主要耕作 土壤一紫色土( 紫饿常湿雏形土，p u r p l i - u d i c c 壤n b o s o l s ) 为调畿研究对象，采取实她调拦 釉模援试簸搪缩台，逶翔动力逶爨稼与r a - 9 1 5 + 汞分祈搜联焉技零辩重庆市酶紫色土，气弊 筒汞交换特征进行实地脏测，并谯试验室模拟自然条件下研究土壤性质和气氖变化对紫色土 土线巽面敷交换遵耋艟影璃研究结条如t ： 实蛾簸浏结果发现，不弼类型紫色土的士，气界面汞交换通量膏一定差异，随着p h 憾的 增加，汞交换通量的平均值增大，具体表现为：酸性紫色土3 9 0 1 士2 7 0 2n gi n 2 t l 1 ，中性紫色 3 4 9 。0 - 圭2 5 8 。6 n 9 8 产，石获往紫毪3 0 7 ，9 i 2 3 7 ，3 n g # p 扩，污染审经蘩毪主9 0 6 8 圭7 7 5 8n g m _ 2h 1 。土，气羿面汞交换受光照、气温、土壤温度和空气相对湿度等因索的影响，汞交换遇攫 与光照气温和土壤濑发呈授显蔫正相关关聚，与相对瀑盎呈援最罄受翱关关系，与大气鹾 相关性不聪箍。 模拟试验结果显牙哥。加入硝酸汞的土壤汞交换通量犬予加入硝酸征汞的土壤汞交换通量 警驽篷，竣骞攘努漂袋的壤释救翡汞逶重嫩，l 、。天气竣捷薅汽赛瑟汞交接避量畜较大影 响，在光照强烈或天气晴朗的时假象能在土壤中大量释放，而一旦天气阴暗或者下雨，汞释 西南大学醺士学位论文 摘璺 放适量就急舞4 下降，甚至会出现受数，即发生汞的沉酶，在降雨蘑的第2 或第3 个晴天， 壤汞又产生大量的释放。 不同p h 值紫色土模拟试验结果表明，柱来添加汞溶液的土样中，没有污染的三种紫色土 的汞交换遴量乎璃壤攘差不太，蒺俸表褒势：酸蛙紫畿l 为1 9 7 3 - + - 2 8 4 。5n gm 。| f ，酸健紫 色土2 为1 8 0 3 士2 8 1 0 n gm 2h 1 ，中性紫色土2 0 6 6 1 3 1 8 3n g m 2 h ，污染中性紫色士7 5 2 9 - 士7 6 4 1 n g m 。h - 1 ；加入硝酸溅汞和硝酸激处理后。不同p h 值士榉的汞交换通量有较大变化，其最通 亮平海缓辩表孺为；游粢中性紫色土 中穗紫色土 酸豫紫色土2 酸性紫色l 。 添加不同量的有机肥后，备处理土样承交换通量麓别不明显，但不同有机质含量士样的 汞交换遁鬟平均藿却骥萋壤中务掇囊含量的增翔鸯黪甄熬楚势。土壤漫度对土，鼍界瑟泶交 换通量有徽大影喃随着土壤禽承量的增加，汞交换通蟹有增加的趋势，在土壤湿度接避土 壤饱和湿度的6 0 时达到最大，土壤湿度继续增加，泶通量又急捌下降。浇水对土壤汞的交 换逶耋瞧蠢较丈静影骥，当淘主壤中筠匀热窳惹，壤中汞魏释皴蘩急捌下降，下降拯魔迭 到4 2 4 7 3 5 ；水分在土壤中混合均匀艏，土壤汞释放量又磁渐增加，加水后大约2 3 小时，汞释放逶量才套这刭或超过期求以翦的汞释放邋髓水平。 当光照强度相两或者相差不夫对，壤泶含量是影响土壤汞释放盼主要鞠索：而当壤 汞宙量相差不大时光照强度却是最主要因索。当光照强度增加时，不仅增强了光致还暇作 蠲，还导致气温和主壤湿度舞囊，空气翦籀瓣浸霾和吏壤含瘩量鞯低，土，气嚣瑟汞交按滋薰 也急剧增加。 基于试验测得的数据，对模拟试验过程中壤向大气释放的承量进行了憾算。从土壤总 汞含量采番，模攒试虢后各楚瓒豹土壤蕊霰含量都育掰降低，蔼髂篝的壤泵释放蟹均低子 土壤总汞的损失量。 关键词：紫色土( 鬣色常温瞧彤)泶土，气界面释簸通量 拄 西南太学硕士学位论文a b m r a e t 曼曼曼邕鼎囊量曼曼曼e 詈蝴舞皇曼曼舅罾删i l l li li l l l 墨葛愚 s t u d yo ne x c h a n g ec h a r a c t e r i s t i co fm e r c u r yo ns o i l a i r i n t e r f a c ea n di t si n f l u e n c ef a c t o r si np u r p l i - u d i cc a m b o s o l s a p p l i c a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：c h e n gz h a n g s u p e r v i s o r ：p r o f d i n g y o n gw a n g a p r o x u e c h u ny a n g a b s t r a c t m e r c u r yp o l l u t i o ni s s u eh a sa l w a y sb e e no n eo f t h er e s e a r c hf o c u s e si ne n v i r o n m e n t a ls c i e n c e f i e l ds i n c em i n a m a t ad i s e a s ee v e n t , w h i c ho c c u r r e di nj a p a ni nt h ee a r l y1 9 5 0 s i nr e c e n tt e ny e a r s , p e o p l eh a v ek n o w nt h a tm e r c 哪蝴蛔n s 辨娃f o rv e r yl o n gd i s t a n c eb ya t m o s p h e r ec i r c u l a t i o n , s 。 t h es t o c ko fa t m o s p h e r i cm e 聪u r ya n di t sf l u x e so fi m p o r ta n de x p o r tr e c e i v e ds p e c i a la t t e n t i o n a c c o r d i n g t o t h ee s t i m a t e ，t h e g l o w t o t a la m o u n t o f m e r o u r y i m p o r t e d i n t o a t m o s p h e r e w a s 6 0 0 0 7 5 0 0ta n n u a l l y , a n dt h en a m r a ls o u r c e 叠a c c o u n t i n gf o r1 3 ，i nw h i c ht h es o i lw a st h em a i no n e w h e nm e r c u r yt r a n s p o r t e do v e rs o m et i m ea n dd i s t a n c e si nt h ea t m o s p h e r e ，m o s t ( 9 0 ) w o u l d c o m eb a c kt ot h et e r r e s t r i a le c o s y s t e ma n dt h r e a t e nt h eh e a l t ho fp e o p l et h r o u g ht h ef o o dc h a i n t h e r e w e r e l o t s o f s t u d i e s u n t h e s o i l a i r i n t e r f a c ee x c h a n g e a b r o a d 。b u t f e w 鑫t h o m e b a s e do na b o v ec a u s e s , t h em a i nc u l t i v a t es o i l s ( p u r p l i - u d i cc a m b o s o 厶) o fc h o n g q i n gw e r e r e g a r d e da so b j e c t i v eo fi n v e s t i g a t i o ni nt h i s 鼬露b yf i e l di n v e s t i g a t i o nc o m b i n e dw i t hs i m u l a t i v e e x p e r i m e n t t h em e r c u r ye x c h a n g ec h a r a c t e r i s t i co v e rs o i v m ri n t e r f a c eo fd i f f e r e n tp u r p l es o i l ( d y s t r ep u r p h - u d i ec a m b o s o k , t y p i cp u r p l i - u d i ec a m b o s o l s c a l c a r i ep u r p l i - u d i cc a m b o s o l s ) w e r es t u d i e db yr a 一9 1 5 + m e 端u r ya n a l y z e r a n dd y n a m i cf l u x e sc h a m b e r t e c h n i q u eo i lt h es p o t t h e i n f l u e n c e so f s o i lc h a r a c t e r sa n dw e a t h e rc o n d i t i o n so nm e r c u r ye x c h a n g ef l u x e sw e r es t u d i e du n d e r t h es i m u l a t e dn a t u r ec o n d i t i o n 攮l 曲。 t h ef i e l ds t u d ys h o w e dt h a tm e f c u r ye x c h a n g ef l u x e so fs o i f m ri n t e r f a c ei nd i f f e r e n tp u r p l e s o i l sh a ds o m ec h a n g e t h ea v e r a g eo f m e r c u r ye x c h a n g ef l u x e si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go f s o i t p h t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tm e r c u r yf l u x e so fa c i dp u r p l es o i l ，n e u t r a lp u r p l es o i l ，c a l c a r e o u s p u r p l es o i ia n dn e u t r a lp u r p l es o i lp o l l u t e dw e r e3 0 7 9 女- 2 3 7 3n gm 4h ，3 4 9 0 - - t ：2 5 8 6n gm 。h - 1 ， 3 9 4 ) 1 丧2 7 0 2 n g m 2 h 一，9 0 6 8 - 圭7 7 5 8 n g 武2 ，r e s p e c t i v e l y t h e r e w e r ec l o s er e l a t i o n s h i p s b e t w e e n l i l 西南大学硕士学位论文 a b s t r a c t m e r c u r yf l u x e sa n de n v i r o n m e n t a lp a r a m e t e r s t h e r ew e t ss i g n i f i c a n t l yp o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e n m e r c u r ye x c h a n g ef l u x e sa n ds o l a rr a d i a t i o n ，a i rt e m p e r a t u r e ，s o i lt e m p e r a t u r e t h er e l a t i v eh u m i d i t y w a ss i g n i f i c a n t l yn e g a t i v ec o r r e l a t e dw i t hm e r c u r yf l u x e s ，a n dt h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nm e r c u r y f l u x e sa n da t m o s p h e r i cp r e s s u r ew a sm u c hw e a k e r t h er e s u l t so fs i m u l a t i v ee x p e r i m e n t si n d i c a t e dt h a tm a x i m u mm e r c u r yf l u x e so c c u r r e di nt h e s o i l sa d d i n gh g ( n 0 3 h ，t h em e r c u r yf l u x e so fs o i la d d i n gh 9 2 ( n 0 3 ) 2f o l l o w e d ，a n dt h em i n i m u m m e r c u r yf l u x e sw e r eo b s e r v e di nt h es o i l sw i t h o u ta d d i n gh g ( n 0 3 ) 2o rh 9 2 ( n 0 3 h t h i ss t u d ya l s o i n d i c a t e dt h a tc l i m a t i cc o n d i t i o n sh a das t r o n gi n f l u e n c eo nm e r c u r ye x c h a n g ef l u x e so fs o i l a i r i n t e r f a c e t h e r ew a sl a r g er e l e a s eo f m e r c u r y ，w h i c ho c c u r r e di ns u n n yd a y s ，w h i l em e r c u r yr e l e a s e d e c r e a s e ds h a r p l ya f t e rr a i no ri nc l o u d yd a y s ，e v e nd e p o s i t i o no f m e r c u r yo c c u r r e d o nt h es e c o n d o rt h i r df i n ed a ya f t e rr a i n ，m e r c u r yr e l e a s ef r o ms o i l si n c r e a s e dl a r g e l ya g a i n t h es i m u l a t e dr e s u l t so fd i f f e r e n tp u r p l es o i l ss h o w e dt h a tt h ea v e r a g eo fm e r c u r yf l u x e sh a d f e wc h a n g ei nt h es o i l sw i t h o u ta d d i n gh g a ( n 0 3 ho rh g ( n 0 3 h ，a n dm e r c u r yf l u x e so fa c i dp u r p l e s o i l1 ，a c i dp u r p l es o i l2 ，n e u t r a lp u r p l es o i l ，n e u t r a lp u r p l es o i lp o l l u t e d w e r e1 9 7 3 = i ：2 8 4 5n g m 2h 1 1 8 0 3 * 2 8 1 0n gm 。h 一，2 0 6 6 i 3 1 8 3n gm 2 h ，7 5 2 9 a ：7 6 4 1n gm - 2h 1 。r e s p e c t i v e l y a f t e ra d d i n g h 9 2 ( n 0 3 h a n d h g ( n 0 3 h ，t h e m e r c u r y f l u x e s o f d i f f e r e n t p u r p l es o i l s h a de v i d e n t c h a n g e ，a n d t h e r e w e r et h es a m et r e n do ft h ea v e r a g em e r c u r ye x c h a n g ef l u x e s ：n e u t r a lp u r p l es o i lp o l l u t e d n e u t r a l p u r p l es o i l a c i dp u r p l es o i l2 a c i dp u r p l es o i l1 a f l e ra d d i n go r g a n i cf e r t i l i z e r , t h em e r c u r yf l u x e so f s o i l a i ri n t e r f a c eh a dl i t t l ec h a n g e ，b u tt h e m e a nm e r c u r yf l u x e sr e d u c e d t h ec o n t e n to fo r g a n i cm a t t e ri n s o i li n c r e a s e d t h es i m u l a t i o n e x p e r i m e n t so f d i f f e r e n ts o i lm o i s t u r e ( ，15 ，1 9 ，2 2 2 5 ) i n d i c a t e dt h a tm e r c u r ye x c h a n g e f l u x e so fs o i v a i ri n t e r f a c ei n c r e a s e dw h e ns o i lm o i s t u r ei n c r e a s e df r o m “t o1 9 a n dr e a c h e dt h e m a x i m u mw h e n1 9 ，b u ti td e c r e a s e ds h a r p l yw h e ns o i lm o i s t u r ei n c r e a s e dt o2 2 o rm u c hh i l g h e r t h i ss t u d ys h o w dt h a tal a r g er e l e a s eo fm e r c u r yo c c u r r e dw h e ns o i lm o i s t u r er e a c h e d6 0 o fs o i l s a t u r a t e dm o i s t u r e w h e nw a t e rw a sj u s ta d d e dt h es o i lu n i f o r m l y ，s o i lp o r e sw e r ef i l l e du pw i t h w a t e ra n dt h es u r f a c eo fs o i lw 越s e a l e db yw a t e r a st h er e s u l t , m e r c u r ye m i s s i o nw a ss u p p r e s s e d a n dm e r c u r ye m i s s i o nf l u x e sf r o ms o i ld e c r e a s e dq u l c i ( 1 y , t h ed e c l i n er a t e so fw h i c hw e r ea b o u t 4 2 4 7 3 5 w h e nw a t e rm i x e de v e n l yi nt h es o i l s m e r c u r ye m i s s i o ni n c r e a s e dg r a d u a l l y2o r3 h o u r sl a t e r , m e r c u r ye m i s s i o nf l u x e sr e a c h e do re x c e e d e dt h a tw 眦e r e db e f o r e i fs o l a rr a d i a t i o nw a sa l m o s tt h es a m e ，t h em e r c u r yc o n t e n to fs o i lp l a y e dt h em o s ti m p o r t a n t r o l ei nt h ee m i s s i o no fm e r c u r yf r o ms o i l w h i l es o l a rr a d i a t i o n t h em a i nf a c t o r w h e nm e r c u r y c o n t e n to fs o i lw a ss i m i l a r s o l a rr a d i a t i o nn o to n l ye l l l l a n c e dp h o t o r e d u c t i o nf u n c t i o n ，b u ta l s o c a u s e dt l i a ta i rt e m p e r a t u r ea n ds o i lt e m p e r a t u r ei n c r e a s e d r e l a t i v em o i s t u r ea n ds o i lm o i s t u r e d e c r e a s e d ，s ot h em e r c u r ye x c h a n g ef l u x e si n c r e a s e ds h a r p l y 1 v 西南大学硬士学位论文 a b s t r a c t t h em e r c u r yr e l e a s ei m oa t m o s p h e r ef r o ms o i l sw a s p r e l i m i n a r ye s t i m a t e db a s e do f t m e a s u r e m e n td a t ab yd y n a m i cf l u xc h a m b e rm e t h o d ，a s s o c i a t e dw i t hc l i m a t ec h a r a c t e r i s t i co f c h o n g q i n g t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h et o t a lc o n t e n t so fm e r c u r yi nd i f f e r e n ts o i l sd e c r e a s e da f t e r e x p e r i m e n t , a n dt l l em e r c u r ya m o u n tr e l e a s e df r o ms o i l sw e r el e s st h a nt h el o s ta m o u n to ft o t a l m e r c u r yi ns o i l s k e y w o r d s ：p u r p l i - u d i cc a m b o s o l sm e r c u r y s o i l a i ri n t e r f a c e r e l e a s ef l u x v 独创性声明 y9 3 7 5 2 3 学位论文题目：苤鱼氢昼亘丞塞捶挂筵丞甚显喧圈塞盟窥 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 f ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：曰不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：妊浓导师签名：立瘩寓 签字日期：1 “年6 月苟日 签字日期：? 6 年占月驴日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 第1 章文献综述 汞是一种高毒性的非必需元素，1 9 5 0 年代日本九州水俣湾( m i n a m a t a b a y ) 发生的第一次 汞中毒事件。以及此后在本州新泻( n i i g a t a ) ( 1 9 6 5 ) 和伊拉克( 1 9 7 2 ) 相继爆发的汞中毒事 件以来，汞污染问题已成为一个研究重点( g b o r ，e ta l 2 0 0 6 ；w a n g , e ta l ，2 0 0 3 ；g u s t i n ，p fa 1 ， 2 0 0 0 ；s c h r o e d e ra n dm u n t h e ，1 9 9 8 ；l i n d q v i s t , 1 9 9 1 ；n r i a g u ，1 9 8 9 ；l i n d q v i s ta n dr o d h e ，1 9 8 5 ； a n d e r s s o n , 1 9 7 9 ) 。来自不同领域的科学家们对汞的污染源、污染水平以及汞在环境中迁移转 化规律进行了一系列的研究，认识了汞在环境中特别是水环境中的富集、转化、食物链传递 和生物放大作用以及给人类健康与安全带来的风险( s c h a f e r , e ta 1 ，2 0 0 6 , h u n ga n dc h m u r a , 2 0 0 6 ；h e c k y , e ta l ，1 9 8 6 ) 。2 0 世纪8 0 年代末期以来，由于化石燃料燃烧、金属冶炼等人为过 程不断向大气释放大量的汞，使全球大气汞浓度逐年增加，环境汞污染加剧，汞被公认为“全 球性污染物”再次受到人们关注( p i r r o n e ，e l a l ，1 9 9 6 ) ，引发了新一轮汞污染问题的研究热潮， 并先后于1 9 9 0 至2 0 0 4 年分别在瑞典、美国、加拿大、德国、巴西、日本和斯洛文尼亚召开了7 次“汞作为全球污染物( m e r c u r ya sag l o b a lp o l l u t a n t ) ”的园际会议，咀及2 0 0 6 年即将在美 国召开的第8 次会议，就环境汞污染问题的最新研究成果进行交流和讨论，时至今日，汞污染 问题仍是环境科学研究热点之一。 1 1 汞的物理化学性质与危害 1 1 1 汞的物理化学性质 汞是位于元素周期表第1 i b 族的过渡金属元素，是室温下唯一呈液态的金属，常温下具有 极高的蒸气压( 2 5 时为o 2 5 p a ) ，难溶于水。汞的分子最为2 0 0 6 9 t o o l ，沸点为3 5 6 9 c ， 熔点为- 3 8 9 c ，汞在自然界中以金属汞、无机化合物和有机汞多种形态存在。汞的外层电子 结构是一个封闭的饱和结构( 外层电子：3 2 、1 8 + 2 ) ，所以它很惰性，室温下不易被空气氧化， 也不与酸作用，这是单质汞在自然界能单独存在的原因。但它与硫的亲合力大，且具有较高 的表面张力，较大的密度( 1 3 5 4 6 x 1 0 3 l c g m ，2 0 时) 和较好的导电性。汞在自然界中有七 种稳定同位素和四种放射性同位素，且h g 容易和贵金属( 如金、银、铂、铅) 形成合金，又叫 “汞齐”。金属汞具有较高的扩散性和脂溶性，其重要的化学形态包括h g o 、h g “、h g + 、c h 3 h g + 和c h 3 h g c h ，在汞生物地球化学循环中这些形态可能在大气、水体和陆生生态系统中相互转 化，h g o 具有挥发性，在环境中相对稳定；离子态汞中h d + 作为一种软酸能与无机配位体如 c i 。、s 6 、c n 、o h 等结合形成稳定的络台物，也能与有机化台物如烷基化合物、腐殖酸等生 成一系列稳定的化合物，而h 一+ 多数以二聚体( h 9 2 ”) 的形式存在。 l _ 1 2 汞的危害 在微量的有毒重金属中，汞是最危险的环境污染物之一。汞及其化台物特别是有机汞具 有很强的生物毒性、较快的生物富集放大速率和较长的脑器官生物半衰期。一般来说，有机 汞的毒性强于无机汞，甲基汞( m e h g ) 、二二甲基汞( d m h g ) 是环境中最具毒性的汞形态，尽 管在水环境中含量很低，但在水生食物链中易被生物浓缩放大，其倍数可达1 0 5 ，从而达到极 西南大学硕士学位论文 第1 章文献综述 具危害性的浓度( l i n d 魄e l 口，1 9 9 s ) 。 环境中的汞可以通过直接接触被人体吸收，或通过食物链间接进入人体。气态汞有高扩 散性和脂溶性，可被肺泡吸收。经血液进入全身。血液中的金属汞可通过血脑屏障进入脑组 织，然后在脑组织中被氧化成汞离子。由于汞离子较难通过血脑屏障返回血液，因而逐渐积 累在脑组织中，损害脑组织( g o c h f e l d ，2 0 0 3 ) 。吸入高浓度汞蒸气会有金属烟雾热、口腔炎、 消化道症状和皮疹等。无机汞化合物易在肾内积累，导致肾障碍。误服大量汞盐和升汞及甘 汞等可出现急性腐蚀性胃肠炎及汞毒性肾病。慢性中毒轻度表现为神经衰弱综合症和轻度易 兴奋症，中度出现明显的汞毒性震颤，重度出现中毒性脑病及严重的肝肾损害等中毒症状 ( r o 恻l da n d d 哟，2 0 0 5 ；c h ，甜甜，2 0 0 3 ) 。有机汞中的苯基和甲基汞化合物的毒性和挥 发性都较大。由于甲基汞的脂溶性，比无机汞更容易被动物吸收，并且在生物体内具有很长 的半衰期，是对动物危害晟大的汞形态( g u z z i dp i 铲r o ，2 0 0 5 ) 。甲基汞中毒的主要临床 表现为：向心性视野缩小，运动失调、肢端感觉障碍等( b j 细b e f g 。e t 以，2 0 0 5 ；p d i le ta 1 ， 1 9 9 7 ) 。甲基汞中毒所致脑损伤是无可救药的，至今尚无有效疗法，往往导致死亡或终身遗 患( c o u n t e r db u c h a n a n ，2 0 0 4 ) 。1 9 5 3 年在日本发生的水侯病就是由于甲基汞中毒所致。甲 基汞还能通过胎盘侵犯胎儿，胎儿所受影响程度与母体摄入的剂量有关( h a l l ，e t a l ，2 0 0 5 ；c h a n ， “口f ，2 0 0 3 ) ，不过一般甲基形式在动物细胞和组织内存在的量很少( 葛晓立，1 9 9 6 ) 。 1 2 汞在大气中的循环、转化和沉降 1 2 1 大气环境中汞的来源 1 2 1 1 自然排放 一系列的自然过程都涉及到汞的排放和再排放( f i t z g e m l d ，e t 以，1 9 9 8 ) ，这些过程包括： 地幔和地壳物质的脱气作用，以及从表层土壤、水体( 包括淡水和海水) 、植物袭面、野火、 火山和地热源产生的挥发过程。再摊放指的是原来沉降的汞的再挥发。一般认为，汞自然排 放的主要形式是h ，但是某些自然过程( 火山活动或者土壤侵蚀) 将产生与颗粒物相联系的 汞( 颗粒汞) ( n d a g ua n d b e c k e r ，2 0 0 3 ；d a v i d d t m s i n ，2 0 0 3 ) 。虽然h g o 可能是自然排放的 主要化学形态，但是同样不能捧除其他形态的汞的排放，如二甲基汞和氯化汞( 二甲基汞进 入空气之后会被迅速氧化) ( n 珏d ，e t 以，1 9 8 3 ) 。据研究调查，大气汞的背景浓度为l 1 0n g m o ， 欧洲在1 4n gm 。之间，我国北京大气汞浓度为“2 3n gm 。、背景区域西藏南迦巴瓦峰地区大 气汞为2 0 - - 4 3n g n l - j 和拉萨是7 6n g m 、重庆市的大气汞的本底浓度为1 1 4n g m 4 ( 王定勇 等，1 9 9 6 ) 。 1 2 1 2 人为源排放 人为来源的汞污染源的构成主要受到社会经济条件和人口等其他因素的影响，尤其是能源 结构的影响。燃煤、垃圾焚烧( 市政废物、医疗废物以及排污) 和金属冶炼、制造和精炼是目 前发达国家主要的汞污染源( n f i g u 锄dp a c y n a 1 9 8 8 ；c a r p i ，1 9 9 4 ) 。研究认为。每年全球因自 然和人为原因散发到大气中的汞量在7 5 0 0 t 左右，其中人为活动散发主要来自化石燃料燃烧、汞 矿冶炼厂、金矿、垃圾焚烧、联碱工业及有机化工等行业，其中燃煤排汞占绝对多数( h o p e ，2 0 0 6 ： 2 西南大学硕士学位论文 第1 章文献综述 y u d o v i c ha n d k e 城s ，2 0 0 5 ) 。全球因燃煤向大气中捧放的汞总量为2 2 0 0 t 茁1 左右，占人为排汞量 的6 0 以上( 方风满，2 0 0 1 ) 。由于我国以煤为主要能源，能源结构中煤的比例高达7 5 ，而且 由于我国燃煤技术的普遍落后，所以汞的排放量也比较巨大( s t r e e t s ，e ta 1 ，2 0 0 5 ) ，蒋靖坤等 ( 2 0 0 5 ) 建立了分省燃煤汞排放清单。据王启超等( 1 9 9 9 ) 的估算，1 9 9 5 年全国的燃煤汞排 放为3 0 2 9 t ，其中向大气排放为2 1 3 8 t 。我国还有着非常丰富的汞矿资源，汞的开采和冶炼过 程中的污染同样不可忽视( 谭红，1 9 9 7 ) 。垃圾填埋场不仅能通过地表向大气释放气态总汞 ( l i n d b e r g , e t a ，2 0 0 5 ；k i m ，e t a ，2 0 0 2 ) ，而且还会通过排气筒释放高浓度的h 一，和毒性更 强的甲基汞化合物( 单甲基汞和二甲基汞，但主要还是h g ) ( 李仲根2 0 0 6 ：l i n d b e r g , e t a l ， 2 0 0 5 ；汤顺林，2 0 0 4 ；k i m ，2 0 0 2 ) 。 1 2 2 大气汞的形态与循环转化 l9 8 0 年代，人们认识到汞能够在大气中进行长距离的传输，其传输距离可达1 0 0 0 2 0 0 0 k m ，这表明汞污染不只是在有污染源的地区，即使在距离污染源较远的地区由于大气的传输 和沉降作用也会受到汞污染。n r i a g ua n d p a c y n a ( 1 9 8 8 ) 估计全球范围内的每年释放到大气的 总汞量达7 5 0 0 t 。 大气环境中汞的存在形式主要有单质汞、二价汞及其化合物、有机汞( 主要是二甲基汞) 和颗粒态结合汞( s c h r o e d e ra n dm u n t h e ，1 9 9 8 ；k e e l e l “a 1 ，1 9 9 5 ；l a m b o r g ，e ta 1 ，1 9 9 5 ) ，其中 单质汞是主要形态，占总汞量的9 0 以上( l i n d q v i s t , e t a l ，1 9 9 5 ；m a s o n ，“a 1 ，1 9 9 4 ) ，气态h 一+ 约占总气态汞的3 ( l i n d b c r g ，1 9 9 8 ) ，而颗粒态汞只占总气态汞的0 3 0 , “0 9 ( s l e m r , e ta 1 ， 1 9 8 5 ) ，通过沉降进入各圈层，参与各圈层循环。 大气中汞的化学形态和化学转化对汞的沉降机制和全球汞循环有重要的影响，所有形态 的汞都经历着进入大气、转化并最终输出大气的循环过程( g b o r , e ta l ，2 0 0 6 ；k e e l e r 。“a l ， 1 9 9 5 ) ( 见图1 1 ) 。h g o 在大气中长时间停留( 约为o 5 2a ) 并能够长距离的传输是造成全 球汞污染的一个重要因素( r o s a , e ta ，2 0 0 4 ；s c h r o c d e ra n dm u n t h e ，1 9 9 8 ；l i n d q v i s ta n dr o d h e ， 1 9 8 5 ) 。事实上，大多数汞沉降是氧化态( h 矿) 形式( c o h e n ，e t a l , ，2 0 0 4 ；f i t z g e r a l d ，e t 口f ，1 9 9 1 ) ， 进入大气环境的h g o 在水、气和固相中都有可能与大气中的氧化剂如0 3 、o 、n 0 2 、h _ 0 2 和卤 族元素等发生氧化反应( m u n t h e ，1 9 9 4 ) ，形成二价汞而被雨水冲刷，通过干湿沉降返回地面， 结束大气循环。同时二价汞又可以被亚硫酸盐等还原成g o ，直接进入大气的二价无机汞化合 物因为能溶解于水而迅速沉降下来( h a l l ，1 9 9 5 ) 。研究认为，大气中的光化学过程可能是h 9 2 + 的重要来源，丽大气水的存在加速了h 矿的氧化( l i n d q v i s t a n d r o d h e ，1 9 8 5 ) 。与n g o , , 比， h 9 2 + 在大气中的停留时间较短( 从几天到几个星期不等) ，是因为h 9 2 + 有较高的活性，并趋于 溶解在大气水中和吸附在雨滴颗粒表面，在沉降过程中比h g o 快( s l e m r , e ta 1 ，1 9 8 5 ) 。s c h r o e d e r 盯a 1 ( 1 9 9 1 ) 利用实验获得的热力学数据提出了汞与大气中不同的氧化剂和还暇剂之间的几 个可能的反应，他们认为大气中的0 3 和c 1 2 可能是h g o 重要的氧化剂，而s 0 2 和c o 可能是 重要的还原剂。大气中h 2 0 2 存在也是汞发生相互转化的一个重要因素，它既能氧化h g o 也能 还原h 9 2 + ，从热力学上看，这两个反应是相互促进的，尽管有报道认为h 2 0 2 不能直接氧化 h g o ( w i g f i e l da n dp e r k i n s ，1 9 8 5 ) 。汞在大气中可能存在的几个反应已在实验室条件下进行了 模拟，并测定了反应动力学参数，包括h g ”被亚硫酸盐还原( m u n t h e ，e ta 1 ，1 9 9 1 ) ，h g o 被 鞭南大学疆士学使论支 擦1 章交献综述 毡氧化( m u n t h e , 1 9 9 2 ) 娃及h g ( o h ) 2 瓣先还琢( x i a o , e t a l ，1 9 9 4 ) 。 璁”在太气琢境条转下 徽难存在已得到实验的诚实( m u n t h ea n dm c e l r o y ，1 9 9 2 ) ，因为h + 可能发生歧化反应生成 嚣秘h 9 2 + ，特绷是当大气孛毒嚣控嚣( 如c i 、o h 。) 存在对+ 这个爱痘更翱遮速。篆静大气 化学转化目前只是在实验室条件下的横拟，实际的转化过程骚复杂得多，就汞从大气中去除 瓣言，最瓣液稳转往可辘爨气鞠转诬委黯重要。 臻i - 1 大气蓉瓣撵毅一嚣终簇鼙攘整 f i g 1 一lt h e r e l e a s ea n dd e p o s i t i o no f a t m o s p h e r i cm c r c u r yc y c l em o d e l 1 , 2 3 大气汞的溉降 大