基于渗透泵的时间序列采样器的研制及其在水体重金属监测中的应用

摘要

随着工业化进程的日渐加快，水体中的重金属污染日益严重。监测水中的重金属含量对保护环境和人类健康具有重要意义。受各种自然或人为因素的影响，重金属在不同区域水体中的浓度存在较大差异，而即使是同一地点，也可能时刻发生变化。高时空分辨率的监测数据有助于更好地研究重金属的污染分布及其随时间变化的规律。
　　目前常用的水环境采样技术，如定时定点人工采样和薄膜扩散梯度(DGT)采样技术，时空分辨率低。渗透泵采样作为一种新型采样技术，可长时间在现场采集样品，得到布放期间内污染物的时间序列浓度，提高数据的时间分辨率。然而，现有的基于渗透泵的时间序列采样器存在结构复杂、价格高、时间标记不够准确等缺憾。
　　本论文针对现有渗透泵时间序列采样器的不足，研制了一种新的渗透泵时间序列采样器;在实验室和现场水域测试其性能，并将其应用于九龙江流域重金属的时间序列监测。主要研究内容和结果如下:
　　(1)设计渗透泵时间序列采样器，选择、制作组成渗透泵采样器的各部件，考察其性能，组装成渗透泵时间序列采样器。该采样器具有如下特点:1）结构简单。将商品反渗透（RO）膜置于自制的有机玻璃外壳中并密封好，即可组装出渗透泵;2）成本低。与商品Alzet泵相比，商品RO膜便宜，故组装的渗透泵成本低廉;3）采样流速恒定。用阳离子和阴离子交换树脂分别去除进入渗透泵淡水端的Na+和Cl-，并将渗透泵以立置的方式放置，可使渗透泵的流速恒定，即采样流速恒定;4）时间标记准确。通过定期往样品带中注入间隔气泡，将所采集的水样分隔成段，既能准确标记时间，又防止了水样段间的扩散混合;5）添加试剂方便。用渗透泵在线添加保护试剂，简单方便。
　　(2)以水体中的Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb8种重金属为目标物，在实验室及现场水域对所研制的渗透泵时间序列采样器进行性能测试。实验室测试结果表明:渗透泵时间序列采样器的仪器空白满足水样中8种重金属监测的要求;在采集的空白加标水样中，8种重金属8d内每天一次测试的加标回收率在78.8％～131.3％之间，多数在95‰105％之间。现场测试结果表明:若采样器布放时间少于半个月，生物污损可忽略;采样器存储盘管中的重金属标准溶液在布放期间保存良好;渗透泵采样器和定时定点人工所采集水样中的重金属浓度大体一致。以上的测试结果说明，所研制的渗透泵时间序列采样器具有良好的稳定性和可靠性。
　　(3)将自制的渗透泵时间序列采样器用于九龙江北溪（江东库区站位）和西溪（中山桥站位）为期一周的重金属时间序列监测。结果表明:在北溪江东库区站位，渗透泵和定时定点人工所采集的水样中，Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Cd的测定结果偏差小，且具相同的变化趋势。各金属的浓度范围分别是:Cr，0.09～0.30μg·L-1; Mn,103～109μg·L-1;Co,0.09～0.30μg·L-1; Ni,0.8～1.4μg·L-1;Cu，0.9～1.1μg·L-1; Cd，0.03～0.05μg·L-1。在西溪中山桥站位，两种采样方式所采集的水样中，Mn、Co、Ni、Cu的测定结果偏差小，变化趋势也大致相同。各金属的浓度范围分别是:Mn，204～344μg·L-1; Co，0.23～0.40μg·L-1; Ni，0.7～4.2μg·L-1;Cu，1.0～1.7μg·L-1。两个采样点的测定结果都显示，Mn、Co在采样的前期浓度较高，中后期浓度较低，这可能与采样器布放前期当地下大雨，径流带来了较高的Mn、Co输入有关。应用结果表明，自制的渗透泵时间序列采样器基本上能满足现场长时间采样的要求，但尚有改善和提升的空间。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 重金属概况

1．1．1 水体中重金属的来源

1．1．2 重金属的性质与危害

1．2 水体重金属的研究

1．2．1 水体中重金属的空间分布研究

1．2．2 水体中重金属浓度随时间变化规律的研究

1．3 水样采集技术

1．3．1 常规采样技术

1．3．2 新型采样技术——渗透泵采样

1．4 本课题的提出、研究目标及研究内容

1．4．1 课题的提出

1．4．2 研究目标和研究内容

第二章 基于渗透泵的时间序列采样器的研制

2．1 引言

2．2 渗透泵采样器的设计

2．3 渗透泵采样器各部件的选材和制作

2．3．1 前置过滤器

2．3．2 渗透泵

2．3．3 水样存储盘管和试剂盘管

2．3．4 气泡添加装置

2．4 渗透泵采样器主要部件的性能测试

2．4．1 渗透泵性能的测试

2．4．2 气泡添加装置性能的测试

2．5 渗透泵采样器的装配

2．6 本章小结

第三章 渗透泵时间序列采样器的实验室及现场采样的测试

3．1 引言

3．2 样品的处理与分析方法

3．2．1 仪器和试剂

3．2．2 器皿和采样器部件的清洗

3．2．3 水样的预处理

3．2．4 样品测定

3．3 采样器的实验室测试

3．3．1 空白测试

3．3．2 加标回收率测试

3．4 现场采样测试

3．4．1 第一次测试

3．4．2 第二次测试

3．4．3 第三次测试

3．5 本章小结

第四章 渗透泵采样器在九龙江河水重金属时间序列监测中的应用

4．1 引言

4．2 研究区域概况

4．3 实验步骤

4．4 结果与讨论

4．4．1 北溪的实验结果与讨论

4．4．2 西溪的实验结果与讨论

4．5 本章小结

第五章 贡献与展望

5．1 本研究的贡献

5．2 本研究的不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与申请的专利

致谢