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随着全球经济、工业迅猛发展,人口不断增长,各地资源型、水质型缺水问题不断凸显,加之近年来气候变化等因素,淡水资源在未来将变得更加紧缺。如果能够利用大气环境中的水蒸气,转化为可以直接饮用的水资源,对于水资源缺乏的地区,如某些沿海大城市、海岛等地域,将会增加一种供水的新渠道。另外,由于空气冷凝水的组分与周边空气质量紧密相关,可通过空气冷凝水的组分特征来推测周边空气质量的状况。 目前对于空气冷凝水的制备、水质及其与周边空气质量的关系缺乏深入系统的研究,空气冷凝水作为饮用水资源,还需要对此全面的了解才能确定其可行性、安全性。本文研究环境参数对冷凝制水仪产量的影响,通过空气冷凝水中的污染指标含量来研究其与城市空气质量之间的关系,希望通过冷凝水的污染指标来指示城市空气污染的程度,并研究了新兴污染下的水处理方法。 本研究在沿海城市深圳选择了6个不同污染程度的样地,工业区、居民区、商业区、道路、绿地和学校,作为研究地点,采集了6个样地周边的空气冷凝水水样,以分析不同采样点的空气冷凝水化学组分的区别,以及其随着时间的变化特征;并结合现场观察、周边气象站气象数据来分析采样点周边不同污染类型对于空气冷凝水水质的影响程度。主要结果如下: (1)在相对湿度及其他条件一定的情况下,随着空气温度的上升,冷凝水产量成增速递增趋势;在环境温度及其他条件一定的情况下,冷凝水产量随相对湿度的上升而上升,两者呈线性关系。 (2)空气冷凝水的水质可以很好地表达大气中的重金属、水溶性离子及TOC浓度,故而可以作为衡量空气质量的一个方法。空气冷凝水中的水溶性离子成分在指示周边污染源头及类型时,有其独特的优势。由于不同污染源挥发至大气中的离子类型不同,故而可通过水样中不同离子的浓度来分析周边空气的质量,如Ca2+指示建筑材料、NO3-可指示汽油的燃烧、CI-指示海洋蒸发等。 (3)空气冷凝水中的重金属含量、阴阳离子含量、总有机碳含量呈现出很强的区域性差异。在深圳市6个不同样地中,工业区、道路以及绿地周边的空气冷凝水其污染程度较高,工业区样品的Cu浓度最高达261.9μg·L-1,道路周边样品的Mn最高浓度为5.68μg·L-1。商业区、居民区和校园的样品浓度略低,居民区样品的Pb浓度(0.063μg·L-1)约为工业区(0.476μg·L-1)的1/7。 (4)空气冷凝水化学组分具有明显的时间变化特征,主要受城市工业环境及人为活动等的时间周期性的影响。道路周边样品受交通高峰期的影响,17:00-21:00期间重金属及离子浓度上升明显,SO42-,NH4+及NO3-在冷凝水中的浓度分别从1.82、3.10、0.73 mg·L-1上升到交通高峰期的3.67、6.12、2.27mg·L-1。工业区的冷凝水受到工业活动所排放的废气影响十分明显,在排放废气的时间段(17:00-18:00),其冷凝水中相关组分含量明显上升。 总体来说,空气冷凝水的储有量大,分布均匀,可以作为潜在的饮用水来使用。目前,已经有很多实用技术可以应用。经过传统的水处理之后,空气冷凝水中的重金属含量、阴阳离子含量、总有机碳含量、菌落总数都符合国家生活饮用水标准,且水质优于深圳市城市供水水质。利用新能源风光互补供电系统,空气冷凝制水仪可脱离固定电源的局限,全天候在室外条件下工作,完成冷凝水的生产及水质处理,可适用于环境恶劣及基础建设缺乏地区。