微量元素的各种污染源的排放报表是建立全球微量元素质量平衡模型、确定气溶胶浓度及组成与全球循环模式关系的前提;而微量元素污染源强度的估测则是设计污染治理程序、评价大量排放在不同环境中微量元素的长期生态效应的基础。本文报道的由各种途径排放到全球大气、水系和土壤生态系中的微量元素估测结果,为评价全世界有毒金属的环境污染首次提供了较详细的资料。

排放系数

大气中微量元素的排放系数基于西欧、美国、加拿大及苏联的研究,而水土环境的排放系数来自于文献中的报道结果。由于发展中国家的环境污染治理措施不及欧美国家,再加之一些次要的小污染源未予统计,故微量元素的实际污染水平要高于本文报道的结果。

大气中的排放率

工用及民用燃煤是大气中Hg、Mo(钼)和Se的1主要来源,也是As、Cr、Mn、Sb和Ti的重要来源之一;燃油是大气中V(钒)和Ni的重要来源,也是Sn的主要来源;有色金属工业是绝大多数Pb、As、Cd、Cu和Zn的排放源,而黑色金属工业向大气主要排放Cr和Mn。

根据所有的工业生产和消费总量及相对应的排放系数,计算得1983年全世界大气中的微量元素排放率分别是:Asl8.8、Cd7.6、Ca35.4、Hg3.6、In0.02,Mn38.3,Mo3.3、Ni55.6、Pb332.4、Sb3.5、Sn6.1、Ti5.1、V86和Znl31.9千吨/年。

将此人为排放率与自然排放率比较则显而易见,工业活动是影响微量元素在大气中循环的主要因素。大气中As、Cd、Cu、Ni和Zn的人为排放率是本底的2倍,Pb高达17倍。

水系中的排放率

包括海洋在内的水生环境的微量元素污染主要来自民用废水(主要是As、Cr、Cu、Mn和Ni)、火力发电厂(主要有As、Hg和Se)和金属冶炼厂(含Cd、Ni、Pb、Se、Cr、Mo、Sb和Zn)废液的排放、普通垃圾(含As、Mn和Pb)的摒弃。水中的Pb主要来源于大气,另外,约有40%的V也来自于大气。

水系中微量元素的排放率分别是:As41、Cd9.4、Cr142、Cu112、Hg4.6、Mn262、Mo11、Ni113 x Pb138、Sb18、Se41、V12、Zn226千吨/年。对大多数微量元素而言,每年排入水系的量要大于排入大气中的量,大气的有毒金属已确定为致癌因素,而大量排放的有毒金属对淡水资源的影响尚有待于全面评价。

假定仅有25%的工业废液排入总水量为1.3×1016立升的江河湖泊中,那么,淡水中微量元素的平均浓度将分别增加:Hg90、Cd180、Se和As800、Cu和Ni约2200、Zn2500、Pb大于4000纳克/立升,高出未污染淡水好几倍,即目前由工业生产排入淡水中的微量元素远远超过了其本底负荷。大多数废液是由欧洲、北美及一些亚洲国家排放,在这些地区,淡水资源的微量元素污,更为严重。

土壤中的排放率

根据排放系数及有关的全世界工业生产和消费品总量,计算得微量元素在土壤中的排放率分别为:As98、CD27.4、Cu2071、Hg10.1、Mo101.5、Ni416.5、Pb1350、Sb58、Se41.7,V241和Zn2243千吨/年。这些微量元素主要来源于煤灰和普通垃圾,同时,与畜牧业、伐木业、农业及食品生产有关的大量废物对很多土壤微量元素的增减有重要影响。尽管城市垃圾不一定是很重要的污染源,但其中微量元素含量往往过高而不宜于撒布于土壤。

如果排放于土壤的微量元素均匀地分布在16×1012平方米的耕作土中,那么耕作土中微量元素的排放率分别为:Cd和Sb1.0、Pb、Cu和Cr50、Zn和Mn65克/公顷。土壤承受微量元素的能力有限,目前的人为排放率,日本和中欧的许多土壤已经或即将超负荷,因此,土壤有毒金属去污染技术有待于发展。

结论

统计结果清楚表明,人类已成为影响微量元素进行全球生物地球化学循环的最重要因子,人为造成的微量元素进入生物圈的量分别是:As120、Cd30、Cu2150、Hg11、Mo110、Ni470、Pb1160、Sb72、Se79、V71和Zn2340吨/年。实际上,这些微量元素的总毒力要超过放射物质和有机废物毒力之和。每年有成百万吨的“新”微量元素产生并继而在生物圈中再分配。随着微量元素从水、土、气三圈环境进入人类食物链循环过程的加快,势必对后代造成不可预料的危害,此乃亟待解决的一个重要问题。

[Nature,1988年5月12日]