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巢湖沉积物重金属质量基准的研究

余秀娟  
【摘要】:湖泊沉积物是湖泊生态系统的重要组成部分和物质循环的中心环节,沉积物作为湖泊水环境中重金属的主要蓄积库,可以反映湖泊受重金属污染的状况及水体污染的历史。本文选取我国东部平原湖区典型浅水富营养湖泊巢湖的沉积物作为研究对象,重点研究了巢湖沉积物中不同重金属的形态分布特征,并结合薄膜扩散梯度技术(DGT)和相平衡分配法初步提出了巢湖沉积物重金属质量基准。主要研究结论如下: (1)巢湖表层沉积物中Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、Co、V和As等重金属元素的总量总体表现出东西高,中间低的分布特征,聚类分析的结果也证实了这一点。相关性分析结果表明Co和V与其他7种重金属元素的来源可能不同。潜在生态风险指数评价结果显示:巢湖表层沉积物中9种重金属元素构成的生态危害顺序为:CdAsPbCoCuNiZnVCr,Cd具有高的生态危害等级,其他8种重金属元素均为低生态危害等级。地积累指数法评价结果表明:巢湖沉积物重金属元素的富集程度为CdZnPbCoCuAsVNiCr,沉积物中Cr、V、As和Ni的平均地积累指数小于0,基本上未受到Cr、V、As和Ni污染。沉积物Co、Cu、Zn和Pb的平均地积累指数在0到1之间,表现出无污染到中污染程度。Cd达到了中污染程度,其平均地积累指数在1和2之间。沉积物重金属质量基准法评价结果表明,东部与西部靠近入湖河口的点位的重金属浓度较高,Ni、Zn、Pb、Cr等重金属元素的浓度明显超过了PEL值,需要引起高度重视。 (2)BCR连续提取法的分析结果表明,巢湖表层沉积物中重金属Cr、As、Ni、V和Cu都以残渣态为主,其比例分别为73.75%、73.54%、67.80%、73.24%和59.46%;Co、Pb、Zn和Cd以可提取态为主,其比例分别为56.54%、70.97%、65.55%和91.6%。相关性分析结果表明,巢湖沉积物中可提取态重金属含量对总量影响较大,不同形态重金属的来源可能具有一致性并且分布类型相似。同时表明沉积物中Co和V这两种金属元素的主要来源可能与其他几种重金属不同。 (3)巢湖沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)和同步可提取金属(SEM)的分布呈西湖区明显高于东湖区的分布趋势。重金属Zn元素对SEM的贡献值最大,Cd的贡献值最小,五种重金属的浓度从高到低依次为ZnCuNiPbCd。沉积物中AVS和SEM的含量明显受到TOC、TN、TP含量和沉积物粒径大小的影响。弱酸提取态、可还原态及可氧化态重金属均与AVS表现出了显著的相关性。这说明在对AVS的提取过程中,弱酸提取态、碳酸盐结合态以及可还原态都可被提取出来。沉积物生物毒性评价结果表明,沉积物中有自由金属离子释放出来,沉积物可能具有生物毒性效应,应引起足够的关注。 (4)本文采用薄膜扩散梯度技术(DGT)测定了巢湖沉积物间隙水中重金属Cr、Cu、Pb、Zn、Cd和As的有效浓度。相对于离心法,DGT方法测定的间隙水中重金属的有效浓度较低。DGT方法测定的间隙水中重金属Cr、Cu、Pb、As、Zn、Cd的有效浓度C_(DGT)与离心法测定结果C_F的比值R平均分别为0.19、0.42、0.21、0.19、0.61和0.22。说明这几种重金属从固相到液相的再补给速率遵从ZnCuCdPbCr=As。巢湖沉积物处于部分缓冲状态,Zn被DGT吸收后,从沉积物固相到间隙水有充足的再补给,而其他几种重金属元素的再补给速率相对较低。Cr和Cu在间隙水中的有效浓度受可还原态含量和总量的影响较大,同时Cu元素的迁移转化主要受有机质的影响。 (5)根据相平衡分配法计算得到Cr、Cu、Pb、Zn、Cd和As的相平衡分配系数KP分别为3924.84、2276.23、17811.30、738.35、10986.54和718.74L/kg。运用相平衡分配法(EqPA),基于我国《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的水质标准值,初步提出了巢湖沉积物中6种重金属(Cr、Cu、Pb、Zn、Cd和As)的沉积物质量基准(SQC)推荐值,其值分别为78.53、56.95、362.93、74.68、23.9和71.84mg/kg,并初步验证了基准的适用性。


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