巢湖沉積物污染

1、 巢湖沉積物的時空變化以及生態(tài)風險評價摘要 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)由各種途徑進入巢湖中，研究表明，進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入沉積物中，在環(huán)境條件變化時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，給出一般性的結(jié)論，并結(jié)合實際情況，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、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，一直備受環(huán)境工作者的高度關(guān)注3,4。研究表明，進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入沉積物中，在環(huán)境條件變化時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.在閱讀的參考文獻當中，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對不同時空條件下重金屬的污染情況進行生態(tài)風險評價。當然在不同文獻當中，根據(jù)具體研究對象的不同，所選取的分析評價元素會有所差異。2、 材料與方法2.1 樣品采集在進行具體采樣工作之前，

6、根據(jù)課題研究的內(nèi)容，選取采樣點并進行記錄。在采樣過程當中，使用 GPS 進行導(dǎo)航定位，對巢湖附近區(qū)域的采樣點進行采樣，如圖 1（摘自參考文獻）。各具體采樣點名稱如下：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；7# 巢湖中埠鄉(xiāng)；8# 裕溪河口。采沉積物樣品時，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 的間隔進行分層，分別裝入封口袋內(nèi)，排出袋內(nèi)空氣，密封。如果進行其他重金屬實驗，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。采集好的樣品及時帶回實驗室冷凍干燥，干燥完畢后，除去植物和貝類等殘體，用瑪瑙研缽研磨，過 100 目篩，低溫避光保存，磨樣過篩的過程當中避免接觸金屬制品，以免對重金屬分析產(chǎn)生認為的操作誤差。采樣同時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）等水體理化指標。圖1：采樣點地圖2.2 試驗方法2.2.1 微波消解法沉積物前處理可采用自動微波消解儀消解（Multiwave3000，Anton PaarGmbH），利用原子吸收分光光度計測定重金屬含量；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。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，殘渣為灰白色，加入 1硝酸 25 mL 加熱煮沸溶解殘渣，移入 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上測定 待分析的重金屬元素的含量。分析過程當中加入相應(yīng)的進樣內(nèi)標作內(nèi)控樣進行質(zhì)量控制，記錄儀器分析得到的重金屬元素的參考值、實測值和回收率，保證重金屬元素的回收率在試驗允許范圍之內(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軟件進行預(yù)處理，重金屬和有機碳等因素之間相關(guān)性分析用SPSS17.0軟件，并進行單因素方差分析和檢驗，作圖運用Excel2003,Sigmaplot軟件。重金屬總量和同步浸提金屬含量采用標準物質(zhì)進行質(zhì)量控制，保證回收率。3 評價方法3.1 評價方法簡介富集因子法和地積累指數(shù)法是區(qū)分自然與人類活動引起重金屬對環(huán)境影響評價的重要方法，可以較為準確地判斷人類活動對土壤污染的貢獻，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)狀分別進行了評價。（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間的可比性與等效性，以參比元素為參考標準，對測試樣品中元素進行歸一化處理。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)學表達式為：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，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化過程。當 EF 值大于 1.0 時，表明該金屬元素不僅來源于地殼和自然風化過程，還可能來源于人類活動產(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沉積物研究所的科學家 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，在歐洲被廣泛采用，我國也有學者采用過。近年來被國內(nèi)外的學者專家廣泛用于人為活動產(chǎn)生的重金屬對

13、土壤污染的評價13-15。其計算公式如下：Igeo=log2式中：Cn為元素 n 在沉積巖中的實測含量；Bn為粘質(zhì)沉積巖（普通頁巖）中該元素的地球化學背景值，本文采用當?shù)責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 評價結(jié)果富集因子法評價選擇 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。從實地測試結(jié)果看，F(xiàn)e 含量是所有測試指標中最穩(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10結(jié)論,巢湖各采樣點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重，顯示了人為影響對巢湖污染較高的貢獻率，部分樣點Cu、Cd的濃度超過了ER-L，顯示了Cu、Cd比其他重金屬污染嚴重。結(jié)合閱讀的參考文獻，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)用的實踐。要加強對合肥工農(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，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1 陳衛(wèi), 鄭

17、志俠, 林濤等. 構(gòu)建多元化控制體系防治巢湖水污染J. 水資源保護, 2007,23（2）：70-74.2 Shang G P, Shang J C. Spatial and temporal variations of eutrophicationin western Chaohu Lake, ChinaJ. Environ Monit Assess, 2007, 130: 99-109.3簡敏菲, 游海, 倪才英. 鄱陽湖饒河段重金屬污染水平與遷移特性J. 湖泊科學,2006,18(2):127- 133.4 Ikem A, Egiebor N O, Nyavor N O. Trace e

18、lements in water, fish and sediment from Tuskegee Lake, Southeastern USAJ. Water, Air, and Soil Pollution, 2003, 149: 51-75.5 賈振邦, 趙智杰, 楊小毛, 等. 洋涌河、茅洲河和東寶河沉積物中重金屬的污染及評價J. 環(huán)境化學, 2001,20(3):212- 219.6 Wo jciech Tylmann. Lithological and geo-chemical record of anthropogenic changes in recent sediments

19、of a small and shallow lake(Lake Pusty Staw, northern Poland)J. Journal of Paleolimnology, 2005, 33:313- 325.6 尚英男, 倪師軍, 張成江等. 成都市河流表層沉積物重金屬污染及潛在生態(tài)風險評價J. 生態(tài)環(huán)境學報,2005,14(6): 827-829.7 Lars Hanson. An ecological risk index for aquatic pollution control of sedimentJ. Water Research, 1980, 14 (8) : 975

20、- 1001.8 魯如坤土壤農(nóng)業(yè)化學分析北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，9GlennAU，LeeRK，SuflitaJMArapidandsimplemethodforestimating sulfatereductionactivityandquantifying inorganic sulfatesJAppleEnvironMicrobiological，1997，63(4)：1627163010 劉 飛，鄧道貴，楊 威等。 巢湖表層沉積物重金屬的分布特征及生物有效性J. 水土保持學報，20012,26（5） ：:10092242014905.11 陳衛(wèi), 鄭志俠, 林濤等. 構(gòu)建多元化控制體系

21、防治巢湖水污染J. 水資源保護, 2007, 23（2）：70-74.12 張敏. 長江中下游淺水湖泊富營養(yǎng)化機制與重金屬污染研究D.北京：中國科學院研究生院博士學位論文, 2005：113 Zhang Weiguo, Feng Huan, Chang Jinna, et al. Heavy metal contamination in surface sediments of Yangtze River intertidal zone：An assessment from different indexesJ. Environmental Pollution, 2009, 157（5）：1533-1543.14 Srinivasa Gowd S, Ramakrishna Reddy M, Govil P K, et al. Assessment of heavy metal contamination in soils at Jajmau（Kanpur）and Unnao industrial areas of t