巢湖沉積物污染

1、 巢湖沉積物的時(shí)空變化以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)摘要 巢湖是我國五大淡水湖之一，近些年來，流域人口劇增，工農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，導(dǎo)致重金屬污染物經(jīng)由各種途徑進(jìn)入巢湖中，研究表明，進(jìn)入水體的重金屬污染物絕大部分易于由水相轉(zhuǎn)入懸浮物，隨著懸浮物的沉降進(jìn)入沉積物中，在環(huán)境條件變化時(shí)沉積物又向水相釋放重金屬，造成二次污染。本文通過閱讀關(guān)于巢湖重金屬污染的文獻(xiàn)，給出一般性的結(jié)論，并結(jié)合實(shí)際情況，給出相關(guān)結(jié)論。Abstract： Chaohu Lake is one of China's five largest freshwater lakes, in recent years, with the growth

2、of basin population, rapid industrial and agricultural development, leading to heavy metal contaminants from entering the lake via a variety of routes, studies show that the vast majority of heavy metal pollutants into the water body readily from water phase into the suspension, with the settlement

3、of suspended solids into the sediments, changes in environmental conditions the release of heavy metals in sediment ED aqueous phase, causing secondary pollution. By reading the literature on heavy metal pollution in Chaohu, given a general conclusion, combined with the actual situation, given the r

4、elevant conclusions.1、前言 巢湖位于安徽省中部，位于長江和淮河之間，是我國五大淡水湖之一，水域面積為780k，平均水深3.06，入湖主要河流有南淝河、派河、豐樂河、杭埠河、裕溪河、兆河、白石天河、柘皋河等1。巢湖不僅具有航運(yùn)、漁業(yè)、農(nóng)灌、防洪等多種功能，更是合肥和巢湖市區(qū)及沿湖城市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的重要水源2。然而，近些年來，流域人口劇增，工農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，導(dǎo)致重金屬污染物經(jīng)由各種途徑進(jìn)入巢湖中，重金屬元素具有難降解、易積累、毒性大的特性，且存在通過食物鏈危害人類健康的潛在危險(xiǎn)，一直備受環(huán)境工作者的高度關(guān)注3,4。研究表明，進(jìn)入水體的重金屬污染物絕大部分易于由水相轉(zhuǎn)入懸

5、浮物，隨著懸浮物的沉降進(jìn)入沉積物中，在環(huán)境條件變化時(shí)沉積物又向水相釋放重金屬，造成二次污染。因此，水體沉積物能明顯地反映湖泊受重金屬污染狀況。沉積物是水環(huán)境中重金屬污染程度的“指示劑”，能明顯地反映湖泊受重金屬污染狀況，并對湖水具有持久影響5，6.在閱讀的參考文獻(xiàn)當(dāng)中，一般以選取分析表層沉積物中 Zn、Hg、Cr、Pb、Ni 和 Cu 6種重金屬為主，從而判斷重金屬元素的時(shí)空含量變化特征，并采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法7對不同時(shí)空條件下重金屬的污染情況進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。當(dāng)然在不同文獻(xiàn)當(dāng)中，根據(jù)具體研究對象的不同，所選取的分析評價(jià)元素會(huì)有所差異。2、 材料與方法2.1 樣品采集在進(jìn)行具體采樣工作之前，

6、根據(jù)課題研究的內(nèi)容，選取采樣點(diǎn)并進(jìn)行記錄。在采樣過程當(dāng)中，使用 GPS 進(jìn)行導(dǎo)航定位，對巢湖附近區(qū)域的采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，如圖 1（摘自參考文獻(xiàn)）。各具體采樣點(diǎn)名稱如下：1# 杭埠河入湖區(qū)；2# 派河入湖區(qū)；3#十五里河入湖區(qū)；4# 南淝河入湖區(qū)；5# 姥山；6# 湖心點(diǎn)；7# 巢湖中埠鄉(xiāng)；8# 裕溪河口。采沉積物樣品時(shí)，使用柱狀采樣器采集表層的沉積物樣品。但是根據(jù)具體研究課題的不同，需要采集不同深度的沉積物樣品。一般研究對象為表層沉積物樣品，則采取深度在12cm，并按照 02、27、712 cm 的間隔進(jìn)行分層，分別裝入封口袋內(nèi)，排出袋內(nèi)空氣，密封。如果進(jìn)行其他重金屬實(shí)驗(yàn)，分析不同年份重金屬污染

7、情況，則采取深度在30cm以上為宜。采集好的樣品及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室冷凍干燥，干燥完畢后，除去植物和貝類等殘?bào)w，用瑪瑙研缽研磨，過 100 目篩，低溫避光保存，磨樣過篩的過程當(dāng)中避免接觸金屬制品，以免對重金屬分析產(chǎn)生認(rèn)為的操作誤差。采樣同時(shí)用虹吸管收集柱狀采泥器內(nèi)距底泥表層 0.5 m 處水樣用于現(xiàn)場測定水溫、溶解氧（可用YSI2000 DO 儀）、pH 值（可用PHB-1便攜式 pH 計(jì)）等水體理化指標(biāo)。圖1：采樣點(diǎn)地圖2.2 試驗(yàn)方法2.2.1 微波消解法沉積物前處理可采用自動(dòng)微波消解儀消解（Multiwave3000，Anton PaarGmbH），利用原子吸收分光光度計(jì)測定重金屬含量；總氮測

8、定用半微量凱氏定氮法；總磷測定用鉬銻抗比色法；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀外加熱容量法；氧化還原電位（Eh）采用電位法；表層沉積物含水率測定：稱取濕沉積物于坩堝中，置于烘箱105110下烘68至恒重，監(jiān)測方法見文獻(xiàn)。酸可揮發(fā)性硫化物測定采用 Glenn提供的方法8,9。同步浸提金屬（simultaneouslyextractedmetals，SEM）含量分析測定，把反應(yīng)瓶內(nèi)的沉積物離心，取間隙水并過濾膜，用原子吸收分光光度法測定其SEM（Cu、Pb、Zn、Cd、Ni）含量。所有試劑均為優(yōu)級純，所有器皿用的鹽酸浸泡以上，并用超純水沖洗幾次。2.2.2 四酸消解法分別稱取干燥過篩（100 目）后的巢湖沉積物樣

9、品 0.5 g 于聚四氟乙烯燒杯中，加入 10 mL 濃硝酸，待劇烈反應(yīng)停止后，放置于通風(fēng)櫥內(nèi)，低溫電熱板加熱至不產(chǎn)生棕黃色煙霧，稍冷后加入 HClO45 mL 蒸發(fā)至近干，殘?jiān)鼮榛野咨?，加?1硝酸 25 mL 加熱煮沸溶解殘?jiān)?，移?100 mL 容量瓶中定容，自然沉淀后取清液備測。2.2.3 分析儀器將處理好的樣品于 Z-8000 塞曼偏振原子吸收分光光度計(jì)上測定 待分析的重金屬元素的含量。分析過程當(dāng)中加入相應(yīng)的進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)作內(nèi)控樣進(jìn)行質(zhì)量控制，記錄儀器分析得到的重金屬元素的參考值、實(shí)測值和回收率，保證重金屬元素的回收率在試驗(yàn)允許范圍之內(nèi)。2.2.4 數(shù)據(jù)處理及誤差分析所有數(shù)據(jù)均采用Exce

10、l2003軟件進(jìn)行預(yù)處理，重金屬和有機(jī)碳等因素之間相關(guān)性分析用SPSS17.0軟件，并進(jìn)行單因素方差分析和檢驗(yàn)，作圖運(yùn)用Excel2003,Sigmaplot軟件。重金屬總量和同步浸提金屬含量采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制，保證回收率。3 評價(jià)方法3.1 評價(jià)方法簡介富集因子法和地積累指數(shù)法是區(qū)分自然與人類活動(dòng)引起重金屬對環(huán)境影響評價(jià)的重要方法，可以較為準(zhǔn)確地判斷人類活動(dòng)對土壤污染的貢獻(xiàn)，區(qū)分自然異常對土壤帶來的富集以及環(huán)境引發(fā)的元素污染與損耗，從自然異常中分離人為異常。根據(jù)指數(shù)分級確定研究區(qū)域的污染程度，為污染治理提供依據(jù)。本文采用這兩種方法對巢湖表層沉積物中的重金屬污染現(xiàn)狀分別進(jìn)行了評價(jià)。（1）

11、富集因子法為了減少采樣和制樣過程中人為影響以及保證各指標(biāo)間的可比性與等效性，以參比元素為參考標(biāo)準(zhǔn)，對測試樣品中元素進(jìn)行歸一化處理。參比元素要求不易受所在環(huán)境與分析測試過程的影響，性質(zhì)較穩(wěn)定，常用的參比元素為 Sc、Mn、Ti、Al、Fe、Ca。富集因子的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中：EF 為重金屬在土壤中的富集系數(shù)；Cn （sample）、Bn （background）分別為某元素在測試區(qū)和參照區(qū)濃度；Cref（sample）、Bref（background）分別為參比元素在測試區(qū)和參照區(qū)濃度。Sutherland11根據(jù)富集因子將重金屬污染分為 5個(gè)級別（表 1）。EF 是一種非常有用的反映環(huán)境污染程

12、度的指標(biāo)，如果 EF 值在 1.0 左右，表明該金屬元素完全來源于地殼和自然風(fēng)化過程。當(dāng) EF 值大于 1.0 時(shí)，表明該金屬元素不僅來源于地殼和自然風(fēng)化過程，還可能來源于人類活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物12。表1: 富集因子與重金屬污染程度的關(guān)系富集系數(shù) EF重金屬污染程度EF2無污染-輕微污染2EF5中污染5EF20重污染20EF40嚴(yán)重污染EF40極重（2）地積累指數(shù)（Igeo）法該方法是德國海德堡大學(xué)沉積物研究所的科學(xué)家 Muller 在 1969 年提出的，它是研究水環(huán)境沉積物中重金屬污染程度的定量指標(biāo)，在歐洲被廣泛采用，我國也有學(xué)者采用過。近年來被國內(nèi)外的學(xué)者專家廣泛用于人為活動(dòng)產(chǎn)生的重金屬對

13、土壤污染的評價(jià)13-15。其計(jì)算公式如下：Igeo=log2式中：Cn為元素 n 在沉積巖中的實(shí)測含量；Bn為粘質(zhì)沉積巖（普通頁巖）中該元素的地球化學(xué)背景值，本文采用當(dāng)?shù)責(zé)o污染區(qū)該元素含量作為背景值12；常量1.5是為消除各地巖石差異可能引起背景值的變動(dòng)轉(zhuǎn)換系數(shù)。沉積物重金屬地積累指數(shù)分級與污染程度之間的相互關(guān)系列于表2。表2： 重金屬地積累指數(shù)分級與污染程度之間的關(guān)系地積累指數(shù)污染程度Igeo5極重污染4Igeo5重污染-極重污染3Igeo4重污染2Igeo3中污染-重污染1Igeo2中污染0Igeo<1無污染-中污染Igeo0無污染3.2 評價(jià)結(jié)果富集因子法評價(jià)選擇 Fe 作為參比元

14、素，主要考慮 Fe 在地殼中豐度高，占地殼元素總量的 4.75%，在中性和堿性環(huán)境中 Fe 的溶解度低，不易淋溶遷移；且生物利用度也低，性質(zhì)較為穩(wěn)定。從實(shí)地測試結(jié)果看，F(xiàn)e 含量是所有測試指標(biāo)中最穩(wěn)定的16-17。重金屬背景值一般引自湖泊沿岸的背景值研究18。3.3重金屬來源分析在同一功能區(qū)內(nèi)，各重金屬含量不盡相同。若金屬元素之間存在顯著性相關(guān)關(guān)系，說明它們的來源可能是相似的，若不存在相關(guān)關(guān)系則來源是不同的。劉文新等19報(bào)道，同一水域沉積物中元素之間存在良好的相關(guān)性，表明這些元素可能有相同的來源。4. 結(jié)果與討論4.1 沉積物基本理化特征大致以巢湖峔山東側(cè)經(jīng)線117°2728為界把巢

15、湖劃分為西湖區(qū)和東湖區(qū)，根據(jù)參考文獻(xiàn)10結(jié)論,巢湖各采樣點(diǎn)的沉積物表層樣品的基本理化特征:總氮（）分布特征是西湖區(qū)大于東湖區(qū)，且具有顯著性差異.4.2重金屬污染巢湖表層沉積物重金屬總量的空間分布不均勻，西湖區(qū)大于東湖區(qū)，河流入湖口大于湖心，且具有顯著性差異，河流入湖口重金屬污染較嚴(yán)重，顯示了人為影響對巢湖污染較高的貢獻(xiàn)率，部分樣點(diǎn)Cu、Cd的濃度超過了ER-L，顯示了Cu、Cd比其他重金屬污染嚴(yán)重。結(jié)合閱讀的參考文獻(xiàn)，基本可以將巢湖的重金屬污染總結(jié)如下：（1） 巢湖的重金屬污染情況為，西半湖東半湖，而且污染元素有較強(qiáng)的區(qū)域分異特征。結(jié)合巢湖地區(qū)的地理位置不難發(fā)現(xiàn)，西半湖靠近合肥市區(qū)，有較多的工

16、業(yè)生產(chǎn)排放，以及城市的生活污染排放等，導(dǎo)致西半湖的污染情況較為嚴(yán)重。（2） 在簡要分析了巢湖的污染情況之后，要將理論應(yīng)用的實(shí)踐。要加強(qiáng)對合肥工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排放的監(jiān)管，以及城市的生活污水排放，要形成相應(yīng)的管理治理規(guī)范。（3） 在分析各參考文章之后發(fā)現(xiàn)，巢湖的東西半湖均受到重金屬Cd的污染，因此如何治理現(xiàn)存的Cd污染極為重要，與此同時(shí)，限制仍然存在的重金屬污染排放也迫在眉睫。（4） 在眾多文獻(xiàn)的相關(guān)性分析中，不難發(fā)現(xiàn)，巢湖的重金屬污染除了工業(yè)排放之外，還受到較強(qiáng)的人為因素干擾，而其中主要的就是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)藥化肥等的施用，如何解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的帶來污染同樣需要我們的努力和思考。5. 參考文獻(xiàn)1 陳衛(wèi), 鄭

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