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乌梁素海污染物在冰—水体系中的分配研究

吕宏洲  
【摘要】:乌梁素海是典型的寒旱区湖泊,由于人为因素的影响,乌梁素海出现较为严重的富营养化、盐化以及部分重金属污染,现已受到广泛关注。本文以重金属(Cu、 Fe, Mn、Zn、Pb、Cd, Cr、Hg、As)、总氮、总磷、Na+、Cl-为研究对象,通过野外取样分析和室内模拟实验,分析各物质在冰-水介质中的迁移特征,研究初始浓度、结冰温度对物质分布的影响。同时尝试运用第一性原理计算冰体与其中各物质间的结合能,得出以下结论:乌梁素海水体结冰过程中污染物由冰体向冰下水体中迁移;冰体各冰层中污染物的浓度分布为中层小于顶层小于底层;湖水中不同污染物的分配系数不同:对于重金属,镉的分配系数最大,金属铬、砷的分配系数较小;总氮的分配系数小于总磷;各物质分配系数的大小顺序为:总氮、总磷重金属Na+、C1-。对含有单一重金属(Cu、Cr、Hg、As)、总氮、总磷和氯化钠的水样在不同初始浓度、环境温度条件下进行室内结冰模拟,得出:水样中各物质在单向结冰过程中从冰相向冰下水相迁移。水样初始浓度增加,物质由冰体向水体的迁移能力减弱;环境温度相对升高,物质的迁移能力增强。同一初始浓度下,不同物质分配系数K值不同。随着水样初始浓度的增大,冰体中重金属、总氮、总磷的K值呈下降趋势;而Na+和Cl-的K值呈上升趋势;相同初始浓度条件下,随环境温度的升高,各物质的K值均减小;通过单因素方差分析(a=0.05):Cu、Cr、Hg、As、总氮、总磷、Na+和Cl-的初始浓度、环境温度对其在冰-水介质中的分布有显著的影响。初始浓度同为10mg/l的不同重金属(Cu、Fe、Mn、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、 As)溶液在-25℃、-15℃条件下结冰,冰体中的浓度大小顺序为:FeCuMnZnAsCdPbHgCr。运用VASP软件计算结合能后,与相应浓度值进行相关性分析(α=0.05)得出:-25℃、-15℃下,9种重金属浓度值与结合能值具有相关性。


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