滇池沉积物溶解性有机质对Cu和Pb吸附行为的影响研究

摘要

滇池位于中国西南部，是一个高富营养化的湖泊。通过对沉积物的调查和采样，测量了Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Fe、Mn和Cd的总量。运用多元统计分析了这些重金属的空间分布特征和来源。结果表明，重金属呈现出三种明显的分布特征，Cu、Ni、Zn和Pb分布相似，Cd和Cr分布相似，与这些金属相比，Fe和Mn分布特征明显不同，这表明了Fe、Mn有不同的污染来源和地化学过程。相关性和聚类分析给出了金属的来源，聚类分析的结果与三种分布特征一致。主成分分析进一步给出了重金属的来源和影响因素，即Cu、Ni、Zn、Pb、Cd和Cr来自于人为污染源，Fe、Mn来自于自然过程。应用地积累指数法，潜在生态危害指数法，沉积物质量基准法对沉积物中重金属污染进行了评价。结果表明，总体上，Cd的潜在毒性最大，Cu和Pb有中度的潜在生态风险，Cr、Zn和Ni有轻微的潜在生态风险，Fe、Mn无污染。不同评价方法的对比表明每种方法都有它的局限性，可能会使评价结果有偏差，使用不同的评价方法，再结合当地实际的情况可以实现对重金属污染比较全面的了解。统计分析显示出了N、P对Fe、Mn和其他重金属的影响不同，表明在做重金属的风险评价时，尤其是对于富营养化水体，营养盐的影响应该考虑在内，虽然营养盐的影响机制还需要进一步的研究。
　　 对滇池3个代表性湖区（草海、湖心区、外海南部）表层沉积物(0～10cm)的粒径组成进行了分析，并测试分析了不同粒径沉积物的主要理化性质和Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Fe、Mn、Cd8种金属的含量。根据测试结果，对沉积物中重金属的粒径效应做了校正。结果表明，滇池表层沉积物粒径主要分布在小于250μm的范围内，粉砂组分(4～63μm)所占的比例最大，平均达到60％。粘土组分（＜4μm）次之，平均达到19％。重金属在沉积物细粒径组分(＜63μm)所占的比例平均达到79％，显著高于其它粒径组分(63～125μm、125～250μm)。Cr、Cd、Cu、Pb、Zn和Ni具有相似的富集吸附特性，浓度高值均出现4～63μm的沉积物颗粒中。而Fe和Mn在各个粒级组分中的分布相对均匀，这是由于这两种元素与其它元素具有不同的来源和地球化学过程。采用粒径校正与采用参比元素校正的结果基本一致。经粒径校正后，沉积物中金属元素的含量趋于稳定。建议在制定标准方法研究沉积物的重金属污染、对比不同实验室测定的不同地区的金属元素含量、鉴定污染源时，要充分考虑沉积物中重金属元素含量变化的粒径效应。
　　 采用平衡渗析实验法、离子计分析、紫外吸收光谱与三维荧光等技术研究了滇池表层沉积物中DOM的分子量分布特征及不同分子量的DOM对金属Cu和Pb结合能力的影响。结果表明，草海和外海沉积物中DOM的分子量组成有显著差异，草海中分子量＞3500u的DOM占61％，主要以3500＜Mw≤5000u的组分为主;外海沉积物中分子量≤3500u的DOM占74％，主要以500～2000u的组分为主。总体上草海沉积物DOM的分子量高于外海。滇池各级分子量范围DOM的E3/E4（表征有机质的腐殖化程度、芳香性以及相对分子质量等性质）值在1.57～6.00之间，并且随着分子量的增加，DOM腐殖化程度以及芳香性等也逐渐增大。离子计分析和三维荧光光谱特征表明，Cu趋向于和2000＜Mw≤3500u的DOM结合而Pb趋向于和分子量≤500u的DOM结合。用结合容量(C)和分配系数(Kd)表征了Cu、Pb与DOM在两相中的结合能力，结果表明，2000＜Mw≤3500u的DOM中的w(Cu)最大，分别为717.65mg/g（草海）和340.27mg/g（外海）;在分子量≤500u的DOM中w(Pb)范围的值最大，分别为2988.84mg/g（草海）和5073.45mg/g（外海）。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．2 国内外研究动态

1．3 研究内容及创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 创新点

第二章 滇池概况与采样分析

2．1 滇池概况

2．2 样品的采集、处理与测试

2．2．1 样品的采集

2．2．2 沉积物DOM的提取

2．2．3 沉积物理化性质的测试

2．2．4 重金属总量的测试

2．3 实验方法

2．3．1 沉积物粒径分级实验

2．3．2 平衡渗析实验

2．4 仪器参数

2．5 数据处理与质量保证

2．5．1 数据处理

2．5．2 质量保证

第三章 滇池沉积物的重金属的空间分布和来源解析

3．1 滇池沉积物的重金属的空间分布

3．1．1 沉积物的理化性质

3．1．2 重金属含量和空间分布

3．2 运用多元统计分析重金属的分布特征和来源

3．2．1 重金属和理化性质的相关性分析

3．2．2 聚类分析

3．2．3 主成分分析

第四章 滇池不同粒径沉积物中重金属的分布特征

4．1 滇池表层沉积物的粒径组成及理化性质

4．1．1 沉积物的粒径组成

4．1．2 不同粒径沉积物的理化性质

4．2 滇池表层沉积物重金属元素分布与粒径的关系

4．2．1 不同粒径沉积物中重金属的含量

4．2．2 重金属分布与粒径的关系

4．2．3 重金属与理化性质的相关关系

4．3 滇池沉积物重金属粒径校正

4．3．1 粒径校正方法

4．3．2 沉积物重金属粒径校正

第五章 滇池沉积物不同分子量溶解性有机质分布与Cu、Pb的相互作用

5．1 滇池沉积物中DOM的分子量分布特征

5．2 不同分子量DOM的荧光光谱特征

5．2．1 不同分子量DOM的紫外光谱特征

5．2．2 不同分子量DOM的三维荧光特征

5．3 不同分子量DOM与Cu、Pb的结合特征

5．3．1 不同分子量DOM溶液中Cu、Pb总浓度的分布

5．3．2 不同分子量DOM溶液中Cu、Pb结合态的分布

5．3．3 不同分子量DOM对Cu和Pb的结合容量

5．3．4 不同分子量DOM对Cu和Pb的分配系数

第六章 滇池重金属污染状况评价

6．1 重金属地积累指数法评价

6．2 重金属潜在生态危害指数法评价

6．3 沉积物质量基准(SQGs)

6．4 不同评价方法结果对比

第七章 结论

参考文献

攻读硕士期间研究成果

致谢

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