松花江哈尔滨段沉积物污染评估及重金属富集规律研究

摘要

本课题以松花江哈尔滨市区段底泥沉积物为主要研究对象，对重金属进行了空间分布分析、基于总量的污染特性分析和潜在生态危害性分析、基于可反应性/的潜在生态危害分析、单因素及其正交条件下重金属及氮、磷的富集规律研究。
　　松花江哈尔滨市区段重金属空间分布中，Cd含量超过黑龙江省表层沉积物背景值4.43至6.94倍，Zn含量略超背景值，Cr、Pb和Cu含量低于背景值。就各重金属总量而言：Zn＞Cr＞Cu＞Pb＞Cd，就与背景值的比值关系而言：Cd＞Zn＞Cu＞Pb＞Cr。在选取的4个采样点中，哈尔滨音乐公园附近采样点处污染较严重。重金属多元统计分析结果表明，Cd与Pb具有较高的同源性，且主要来源于工业源和市政污水排放，而Cu、Zn与Cr主要来源于天然母岩，并可能受到一定人类活动的影响。重金属地积累指数法显示A点Cd污染为3级，其余为2级，Cd是此区段主要污染元素，余下元素污染等级为0；潜在风险评价结果4点均为4级偏强度污染，且Cd对RI贡献均超过95％。重金属赋存状态分析中，Cd与Pb可交换态含量较高，具有较大的潜在风险；在可交换态中，Cr、Cu元素以有机硫化物结合态为主，Pb、Zn元素以铁锰氧化物结合态为主；Cd在A点可弱酸提取态明显升高，具有明显的工业源注入。基于可反应性的生态风险评估指数RAC：镉＞铅＞铬＞锌＞铜，各采样点RAC：A＞B＞C＞D。
　　单因素下重金属富集试验表明，温度的提高有助于重金属向沉积物的快速富集，后期温度的降低会促使吸附向正方向进行提高重金属富集量；铬、镉和锌富集量均随着pH的降低而降低，pH值对三者影响的显著性：镉＞锌＞铬；紊流下重金属富集速率高于层流和静置，试验运行后期吸附量铬和锌元素为层流＞静置＞紊流，镉元素为紊流＞层流＞静置，差异源于流速变化对浓度梯度传质驱动力的影响和水体流动对表层沉积物结构及有效吸附层厚度的影响的综合作用。浓度控制结果显示沉积物对于锌和镉具有较大的吸附容量，对铬吸附容量较小。在多因素正交下重金属富集试验中，流速与pH正交下各元素富集规律与单因素下的趋势基本相同。流速与温度正交下各元素富集规律与单因素下的富集规律相似，但相比于单因素正交条件对吸附量差异的显著性有所削弱。单因素下氮磷富集试验结果表明，低温下TN、TP富集量较大；流速控制中的TN、TP吸附量层流＞静置＞紊流；酸碱度对TN富集的影响在于对物理化学吸附和离子交换过程的作用上，对TP富集通过改变磷与金属元素的结合状态和磷酸根离子或磷酸氢根离子的离子交换过程来影响，过酸或过碱均不利于TN、TP的富集。

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第1章绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及研究意义

1.3 重金属与重金属污染

1.4 沉积物中污染物的迁移转化及环境效应研究进展

1.5 重金属污染评价方法

1.6 课题研究目标及技术路线

第2章 材料与方法

2.1 松花江哈尔滨段概况

2.2采样点设定

2.3沉积物样品采集

2.4实验仪器与样品检测方法

2.5重金属污染及风险评价

第3章松花江哈尔滨段沉积物重金属空间分布及污染特性分析

3.1 引言

3.2 沉积物重金属污染空间分布分析

3.2 沉积物重金属污染多元统计分析

3.3 沉积物重金属污染赋存状态分析

3.4 沉积物重金属污染评价与生态风险评估

3.5 本章小结

第4章松花江哈尔滨段表层沉积物重金属等污染物富集规律研究

4.1 引言

4.2 沉积物样本的自然条件强化预处理

4.3 沉积物重金属富集规律研究

4.4 沉积物总氮富集规律研究

4.5 沉积物总磷富集规律研究

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

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