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《兰州大学》 2012年
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兰州市排污沟渠表层沉积物重金属元素环境地球化学研究

安娟  
【摘要】:近年来,伴随着城市建设的不断发展和生活水平的逐渐提高,许多城市将美化城市环境、恢复城市水生态环境作为重要任务,因此城市排污河道的综合整治与生态恢复工作被提到议事日程。 来自城市的工业废水及生活污水长期无处理或处理不达标排放是造成城市河流污染的重要原因。在众多的污染物中,重金属由于其在环境中的持久性、生物地球化学可循环性以及潜在的生态威胁而倍受关注。河流沉积物是水体的重要组成部分,具有水体重金属污染的蓄积库与二次污染源的双重功能。因此研究沉积物中重金属含量、分布特征对于探寻重金属的来源、评价污染现状、预测对整个生态系统的影响及治理河流环境具有重要的现实意义。 兰州地处黄河上游,处于“两山一河”的猍长河谷地带,其独特的地理位置造就城市沟渠较多,而这些沟渠多为季节性河流且水量较小。作为一个重工业城市,其境内沟渠因长期接纳大量污水及随意堆放垃圾已被严重污染,逐渐演变成为排污沟渠,而沟渠内污水又直接注入黄河,导致黄河兰州段水质污染严重。 本文以兰州市排污沟渠为研究对象,分析了排污沟渠表层沉积物中理化性质及重金属元素Cu、As、Pb、Zn、Cu、Co、Ni的含量、分布特征及来源,以此来研究兰州市排污沟渠表层沉积物的环境地球化学特征;并采用2种沉积物重金属污染评价方法,对排污沟渠沉积物的污染状况及其潜在生态风险进行了综合评价。主要结论概括如下: (1)兰州市排污沟渠表层沉积物pH平均值为8.16,为弱碱性沉积物。沉积物主要以粉砂及黏土矿物为主,粒径组成为粘土8.47%,粉沙粒53.93%,沙粒37.60%,但各排污沟渠之间也存在差异性,其中七里河沟颗粒较粗;沉积物中有机质含量的平均值为4.5%;沉积物中常量元素组分与兰州黄土中的相似,这与排污沟渠源头都来源于黄土的自然背景特征一致。 (2)兰州市排污沟渠表层沉积物中除Ni元素外,Pb、Cr、Cu、Co、Zn、As的平均含量均高于兰州市黄土地球化学元素平均值和甘肃省土壤元素背景值;从研究区域的总平均来看,各重金属元素的平均含量从大到小的顺序为:ZnCrCuPbNiAsCo.由于周边环境的影响,各元素在不同点位富集程度存在差异。重金属元素在四条排污沟渠的分布有一定的一致性,表现为在上游和下游含量较高,富集较为严重。 (3)相关分析表明:在本研究区域沉积物pH与重金属含量的相关性不显著;而高有机质和较细的沉积物有利于重金属元素的迁移、富集。沉积物中Cu、 Pb, Ni、Co、As与常量元素组分中K2O、MgO、Fe2O3、Al2O3呈现出显著的正相关关系,与Na2O、SiO2呈现出负相关关系;Zn、Cr与常量元素相关性较弱。这表明沉积物中重金属元素的含量与沉积物矿物组成和沉积物环境密切相关。 (4)来源分析表明:兰州市排污沟渠表层沉积物中Zn和Cr元素可能以人为来源为主,自然来源为辅,而As、Pb、Cu、Ni、Co元素可能以自然来源为主,人为来源为辅,但是虽然受人为影响相对较小,也造成了一定程度的污染。兰州市排污沟渠沉积物中重金属主要源于黄土及工业废水、生活污水、固体垃圾、汽车尾气及大气粉尘等,排污沟周边生产生活活动的多污染源对沉积物中重金属的蓄积有直接影响。 (5)基于地累积指数法的评价,6种重金属元素的Igeo平均值由大到小依次为Zn(0.35)Pb(0.11)Cr(-0.14)As(-0.26)Cu(-0.29)Co(-0.50),地累积指数平均值均小于1,属于无污染到中度污染范畴,其中Cr、As、Cμ、Co为无污染水平,Zn、Pb为轻度污染水平。以潜在生态风险指数法进行评价,从单元素污染指数Cfi平均值来看,6种重金属元素的污染程度排序:ZnPbCrAsCuCo,与地累积指数法的评价结果相一致;从各元素的潜在生态风险系数Eri‘来看,6种重金属元素对兰州市排污沟渠构成生态危害的顺为:AsPbCuCoCrZn,潜在生态风险参数Eri值都小于40,均为轻微生态风险等级。As和Pb是研究区的主要生态风险因子,As虽然含量相对较低,从地化特征方面分析其人为来源较少,但由于其毒性系数较高,因此比其它重金属元素表现出更强的生态风险。从重金属综合潜在生态风险指数(RI)来看,兰州市排污沟渠的潜在生态风险指数RI均小于150,属于轻微生态风险等级。各排污沟渠层沉积物重金属的潜在生态风险指数的顺序为:排洪沟烂泥沟大沙沟七里河沟。 综合评价表明,兰州市各排污沟渠沉积物中已蓄积了一定量的重金属,并且具有多污染源特性,这些重金属直接排入黄河后对黄河兰州段及下游存在潜在的生态危害,应做好监控与治理。
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