渭河关中段河床沉积物中重金属赋存形态分析

摘要

随着我国经济的快速发展和城市化进程加速,我国城市区域内的河流污染愈来愈严重。在污染河流的众多污染物当中,重金属由于其毒性和持久性而成为影响河流水质较严重的一类。沉积物既是水环境中重金属的主要汇集场所,又是潜在的次生污染源。沉积物作为水环境中重金属的主要蓄积库,反映了水体受重金属的污染状况、程度、扩散范围及污染历史。因此,研究沉积物中重金属含量和形态对河流环境保护具有重要的现实意义。
　　本文以渭河关中段为研究区域,通过野外调查、样品采集和实验分析,研究了渭河关中段河水和沉积物的理化特性;以ICP-AES为测试手段,分析了沉积物中重金属元素As、Cu、Mn、Pb、Co、Ni、Cr及Zn的总量,探讨了重金属的分布特征;采用Tesseier五步连续法提取法分析了重金属的赋存形态;通过相关性分析探讨了重金属含量、各赋存形态之间的相互关系,以期为渭河流域资源合理开发与防治重金属污染提供参考依据。本研究的主要结论如下:
　　1、理化指标分析结果显示:渭河关中段河水的pH为7.85,电导率598μs/cm,Eh260mv,COD45.17mg/L,总硬度3.06mmol/L,碱度255.95mg/L,氨氮1.69mg/L,氟化物0.56mg/L,硫酸盐93.69mg/L,氯化物92.50mg/L。渭河个别河段呈现高污染现象,已不能满足饮用、渔业等用水的水质要求。渭河关中段沉积物的烧失量均大于古土壤烧失量,说明渭河该流域表层沉积物有机质与碳酸盐含量较土壤值高;沉积物基本属于弱碱性或碱性,沉积物常量元素组成与地壳丰度基本一致。
　　2、渭河关中段表层沉积物中Mn、Co和Cr最低值明显高于环境背景值,As和Pb最高值基本与环境背景值持平,Cu、Zn和Ni平均含量高于环境背景值。各重金属水平呈波折多峰形分布,As、Co、Mn、Ni和Zn具有相似的水平分布特征,各断面重金属累积叠加值由高到低依次为:断面1>断面4>断面5>断面3>断面2>断面6。大部分元素高值区均位于河流中下游河段。
　　3、渭河关中段柱状沉积物中各种金属在垂向上明显地呈波折多峰型分布,其中As、Co、Cr、Mn、Ni和Zn在每个断面柱状样中均表现出非常相似的垂直变化趋势,表明它们具有同一物质来源或相同的沉积后再迁移行为。Cu和Pb在垂直剖面上变化规律性不强。
　　4、渭河关中段表层沉积物中重金属形态分析:总体上各重金属元素均以残渣态为主要赋存形态。Cu、Mn、Pb和Co在铁锰氧化物结合态、有机物结合态中的含量较高,在适当的地球化学条件下,Cu、Mn、Pb和Co会被重新释放进入环境中,对周围生态系统构成一定的威胁。
　　5、渭河柱状沉积物中重金属形态分析:Cu、Mn、Pb、Co、Ni和Cr的五种形态含量随深度均呈波折形分布,大多数重金属在可交换态中表现出浅层高于深层,而在残渣态中深层含量明显高于浅层。
　　6、重金属元素间的相关性分析结果显示:As、Co、Ni、Cu和Zn两两间相关性显著,反映了这些重金属元素间共生共存的地球化学特征。Cr与As、Co、Cu、Ni、Zn和Mn的相关性较弱,由于该研究区Cr90％以上的含量都以残渣态存在于矿物晶格中,与其他重金属元素的共变趋势不明显。
　　7、重金属各赋存形态与全量间的相关性分析结果显示:Co的可交换态与碳酸盐结合态显著相关;Cu的碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和残渣态两两显著相关,可交换态与有机物结合态显著相关;Mn的铁锰氧化物结合态、有机物结合态和全量两两显著相关;Cr的碳酸盐结合态与铁锰氧化物结合态显著相关,铁锰氧化物结合态与有机物结合态显著相关;Ni的铁锰氧化物结合态与有机物结合态显著相关,残渣态与全量显著相关;Pb的残渣态与碳酸盐结合态、有机物结合态、总量呈正相关,其余各态间、各态与总量间均呈负相关。

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第一章 引言

1.1选题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3研究区概况

1.4本文的主要工作

第二章 实验材料与方法

2.1采样断面布设与样品采集

2.2 河水常量组成的测定

2.3沉积物烧失量的测定

2.4沉积物重金属的测定

2.5实验数据可靠性分析

第三章 渭河关中段河水及沉积物的基本特征

3.1研究区河水的理化特征

3.2研究区沉积物的理化特征

3.3本章小结

第四章 沉积物中重金属含量及分布特征

4.1表层沉积物重金属含量及空间分布特征

4.2柱状样沉积物中重金属含量及空间分布特征

4.3重金属元素之间的相关性分析

4.4本章小结

第五章 沉积物重金属赋存形态及空间分布特征

5.1表层沉积物重金属的形态分布特征

5.2重金属形态在不同断面间的分布特征

5.3柱状沉积物重金属的形态分布特征

5.4沉积物重金属各赋存形态及全量之间的相关性分析

5.5本章小结

结论与建议

主要结论

建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢