雾霾能够诱发水体富营养化
编者按：近年来我国水环境治理效果明显，但水体富营养化仍是当前需要迫切解决的水环境问题。实际上，导致水体富营养化的主要元凶——氮、磷等营养物质不仅有人为源，也存在天然源，人为源多是显性的，而天然源往往是隐性而不易察觉。防治水体富营养化首先是阻断外源氮、磷进入，然后才能跟进其它技术措施。然而，在阻断外源方面，关注较多的是人为源这样的显性源(农业面源、污水点源、城市面源等)，很少注意到天然源(岩石侵蚀、浮尘下沉、雾霾降水等)那样的隐性源。监测数据显示，无论是干沉降还是湿沉降(降雨)，从大气进入地表水体的氮、磷负荷可能高于城市污水点源排放浓度，大大超过致水体富营养化之营养物标准。因此，我们在治理水污染的同时，还需下大力气治理大气污染。只有做到水、气、固三管齐下，我国水体富营养化问题才能得到有效根除。本期将回顾2018年发表于《中国给水排水》文章，辨析雾霾干、湿沉降中氮磷含量及进入水体的营养物负荷，确定它们在大气环流或降雨时诱发水体富营养化现象。
前言
近年来，我国水体富营养化现象较为严重，为此我国投入了大量财力、物力和人力进行“综合”治理，但像滇池、太湖、巢湖等湖泊蓝藻暴发现象未曾中断，可以说是事倍功半。从根源上思考：导致水体富营养化的元凶——氮磷等营养物质既有人为源(多数是显性)，也有天然源(往往是隐性)。治理水体富营养化首先需要阻断外源氮磷进入。然而，我们关注较多的是如何阻断人为源这样的显性源(农业面源、污水点源、城市面源等)，却很少注意到天然源(岩石侵蚀、浮尘下沉、雾霾降水等)那样的隐性源。欧洲地表水中磷的来源分析表明，岩石侵蚀进入水体中的磷负荷(10%)在其他适宜环境(氮、硅酸盐等含量与温度、阳光、水流等物理条件)足以导致水体富营养化。另一方面，大气环流和降雨在水体营养物质循环中也扮演着一定角色;如今频繁出现的雾霾天气必定会诱发营养物循环，但问题在于雾霾在干、湿沉降下是否产生导致水体富营养化的氮、磷水平。因此，很有必要探讨雾霾与水体富营养化的关系。
01雾霾特征与组成
雾霾即雾(由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统)和霾(主要组成成分为二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物; 前两者为气态污染物，后者颗粒物则是加重雾霾污染天气的罪魁祸首)的合称，用来表示大气污染的状态。其中近地空气中各种可吸入细颗粒物含量可以用PM10和PM2.5两个综合指标表示。
表1 PM10和PM2.5的定义及来源
通过分析雾霾来源可知，雾霾中氮氧化物普遍存在，虽然表1未明确提及磷的成分，但不难推断，只要空气中存在扬尘、浮土，磷也应该包含其中，重点在于辨析或分析雾霾干、湿沉降中氮磷含量及进入水体的营养物负荷，以确定它们能否在大气环流或降雨时诱发水体富营养化现象。
02雾霾致水体中氮、磷含量
大气环流作用对地表水体中氮、磷含量的贡献涉及环境学、大气科学中的干/湿沉降概念;干沉降表示不降水时，大气中的污染物质被植被吸附或重力沉降到地面的现象; 湿沉降表示发生降水时(雪、雾、露、雹 等)高空雨滴吸附包含污染物继而下降的现象。
以太湖(降雨量较大，以湿沉降为主)为例，2002年7月—2003年6月期间，太湖水面直接受纳的大气TN、TP污染物分别占到环湖河道年输入氮、磷污染物总量的48.8%和46.2%；2007年太湖水体ρ(TN)和ρ(TP) 的年均值分别为2.81mg/L和0.101mg/L；2009年8月—2010年7月期间，湿沉降中ρ(TN)和ρ(TP)的年均值分别为3.16mg/L和0.08mg/L。在远、近距离大气污染物传输的影响下，太湖水体每年从大气沉降途径受纳的TN和TP分别为9881 t/a和715 t/a，其中，经湖面降雨、雾(霾)等湿沉降途径分别占太湖TN、TP大气总沉降量(包括环湖雨水径流)的79.5%和28.4%。太湖水体中氮、磷含量已超富营养化标准，若再加上大气降水的氮、磷，会让太湖水质雪上加霜。
长江口水域富营养化形成机理研究结果显示，TN中城市生活污水点源排放贡献率和工业废水排放贡献率分别为17%和9%，而大气的干/湿沉降高达25%，若出现雾霾时，大气环流带入水体的氮、磷含量将远远超过检测值。
再以内蒙古自治区西部巴彦淖尔市乌拉特前旗境内的乌梁素海(降雨量较小，大气氮沉降以干沉降为主)为例，根据不同来源的氮输入量对比分析发现，监测期内大气氮沉降总输入量占排水干渠、干管(排水干管)等输入湖泊TN负荷的37.5%。监测期内大气沉降方式向湖泊输入的TP占排水干管输入的36.4%。其中，每年6月和7月大气沉降TN、TP量远高于排水干管输入量，分别是排水干管入湖量的1.09倍和1.97倍。显然，大气沉降(干沉降)方式是湖泊获取氮、磷元素的重要来源。
城市景观水体多数处于封闭状态，水体流动性差，水体自净能力弱，更易反映出大气环流作用对水体水质的影响。在不考虑水体自净能力的前提下，以2008年上海城区5个不同类型环境区域的景观水体为例，详细数据见表2。
表2 2008年上海受检测水体 N、P月累积量及水质转化时间
水质检测数据显示，即使在干沉降情况下，由大气进入地表水体的氮、磷含量在很多情况下足以诱发水体富营养化现象。若遇极端雾霾天气和降雨，湿沉降对大气的“清洗”作用将对地表水体产生更大的富营养化威胁。
03大气中氮、磷转移至水体途径
上述检测数据显示，氮、磷从大气转移至地表水体中通常有两种途径，即干沉降和湿沉降。一般情况下，磷多来源于干沉降，氮在湿沉降时含量则会更高。
在形成降水过程中，易溶于水的铵盐、硝酸盐等含氮化合物会随降雨而降落地面，因此，氮在湿沉降时往往含量较高，特别是雾霾等极端污染天气下。磷在正常情况下通常以浮尘颗粒形式存在，大气环流气溶胶中含磷颗粒污染物在气团输移过程中较容易通过重力、粒子间的碰并作用而沉降，从而离开气团。也就是说，大气中的磷主要通过干沉降的方式降落水体或地面(随后通过降雨径流再进入水体) 。有实验表明，由风导致的颗粒物(如雾霾等)传播是大气磷沉降的主要来源，含量大致占全部大气磷沉降的90%。
04结语
从可能诱发水体富营养化角度来说，雾霾中的氮、磷应该属于“隐性”污染源，所以，很少受到关注。然而，许多监测数据显示，因大气环流导致的污染物干沉降和湿沉降中往往含有很多氮、磷成分，特别是在雾霾等极端污染天气出现的情况下。太湖等地非极端天气下监测数据表明，无论是干沉降还是湿沉降，进入地表水体的氮、磷负荷甚至高于城市污水点源排放，其量已足以诱发水体富营养化现象。
因此，雾霾可诱发水体富营养化现象这一观点基本可以定论，特别是在地表水体富营养化还未完全消除的情况下。在对各种地面源采取防治水体富营养化措施(源头截留、水体自净、污水处理)的同时，也需要对雾霾这种“隐性”污染源给予足够的重视。为此，根除水体富营养化需要将水污染和大气污染双管齐下治理方能得到有效控制。这也可能是太湖、滇池、巢湖等著名淡水湖泊久治不愈的原因所在，或原因之一。
