宝鸡市街尘、土壤及渭河沉积物重金属污染研究

论文摘要

城市灰尘、城市土壤以及河流沉积物是城市生态环境系统的重要组成部分。研究资料表明,城市化迅速发展的过程中,受城市工业、交通、商业和建筑业等的影响,城市灰尘、城市土壤、城市水体以及河流沉积物重金属污染严重。而宝鸡有关这方面的研究鲜见报道。为了弄清楚宝鸡地区的环境现状,本文以宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物为研究对象,首次对宝鸡市街尘、土壤以及渭河沉积物三种环境介质的理化性质,重金属元素的含量、分布、来源、存在形态以及迁移转化等环境地球化学问题进行了较为系统的研究,取得了以下结论与认识:1.利用pH计、马弗炉、磁化率仪、激光粒度仪和X-Ray荧光光谱仪（XRF）研究了宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物的pH值、烧失量（LOI）、低频磁化率（LF）、高频磁化率（HF）、频率磁化率（FD）、机械组成以及常量组分等理化性质。分析结果显示,宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物的pH值分别是8.983,8.482,8.639,均呈碱性:烧失量（LOI）分别是8.77%,5.20%,2.47%,城市街尘可能受到了一定的有机污染;低频磁化率（LF）和高频磁化率（HF）在城市街尘中的水平明显高于城市土壤和河流沉积物,在城市土壤和河流沉积物中基本一致,而频率磁化率（FD）在城市土壤当中明显高于城市街尘和河流沉积物,在城市街尘和河流沉积物中基本一致;城市街尘和城市土壤的机械组成主要是粉粒（街尘:71.300%;土壤:59.066%）,河流沉积物的机械组成主要是粉粒和沙砾（粉粒:45.610%;沙砾:41.467%）;常量组分在三种环境介质当中差异不十分明显,含量水平基本一致。2.利用XRF、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和原子荧光分光光度计（AFS）分析了宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物中重金属元素（Cu、Pb、Zn、Mn、Fe、Co、Ni、Cr、Cd、As和Hg）的含量水平。分析结果表明,城市街尘中Cu,Pb,Zn,Mn,Fe（以Fe2O3的百分含量表示）,Co,Ni,Cr,Cd,As和Hg的平均含量分别是123.2μg/g,408.4μg/g,715.1μg/g,804.2μg/g,7.22%,15.9μg/g,48.8μg/g,126.7μg/g,6.60μg/g,28.3μg/g和1.112μg/g;城市土壤中的平均含量分别是35.4μg/g,36.7μg/g,102.4μg/g,708.6μg/g,4.90%,19.0μg/g,32.7μg/g,89.3μg/g,0.50μg/g,13.4μg/g和0.282μg/g;河流沉积物中的平均含量分别是24.2μg/g,22.7μg/g,68.3μg/g,534.8μg/g,3.85%,15.1μg/g,25.6μg/g,90.9μg/g,0.41μg/g,9.7μg/g和0.470μg/g。同中国土壤元素背景值比较显示,城市街尘中重金属的污染比较严重,尤其是Cd、Hg、Pb、Zn和Cu,其分别是中国土壤元素背景值的68.0,17.1.15.7,9.6和5.4倍;而城市土壤和河流沉积物中重金属元素的含量水平与中国土壤元素背景值基本一致,除了Cd和Hg。同国内外其它城市（街尘和土壤）和其它河流（沉积物）比较显示,宝鸡城市街尘中重金属元索的含量高于国内外大多数城市;而城市土壤和河流沉积物则处于中等水平。相关分析和聚类分析显示,宝鸡城市街尘中Pb、Zn和Mn主要来源于现代城市的工业、商业和交通运输等人为活动:Cd、Hg、Fe、Co、Ni、As、Cu和Cr主要是自然来源。3.利用相关分析研究了宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物中重金属元素同理化指标之间的关系。分析结果表明,在宝鸡城市街尘中,低频磁化率、高频磁化率和频率磁化率同大多数重金属元素之间显著相关,但黏粒、粉粒和沙砾同重金属元素之间不存在相关关系;而在宝鸡城市土壤和渭河宝鸡段河流沉积物中恰恰相反,且常量组分在宝鸡城市土壤和渭河宝鸡段河流沉积物中同大多数重金属元素之间也显著相关。利用物理筛分的方法,结合XRF分析主要研究了宝鸡城市土壤和渭河宝鸡段河流沉积物中重金属元素（Cu、Pb、Zn、Mn、Fe、Co、Ni、Cr和As）在不同粒径范围的分布情况。结果表明,在宝鸡城市土壤和渭河宝鸡段河流沉积物中,重金属元素在不同粒径范围的分布差异不十分明显。4.采用修正的欧共体BCR四步连续提取技术,利用ICP-MS和电感耦合等离子体光谱仪（ICP-AES）研究了宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物中重金属元素（Cu、Pb、Zn、Mn、Fe、Co、Ni、Cr和Cd）的存在形式和迁移转化特征。结果表明,在宝鸡城市街尘中,重金属元素随环境条件发生迁移转化的顺序是:Cd（90.11%）＞Pb（82.33%）＞Zn（79.32%）＞Cu（62.35%）＞Mn（51.48%）＞Co（29.02%）＞Ni（23.62%）＞Cr（18.68%）＞Fe（10.21%）;在宝鸡城市土壤中,重金属元素发生迁移转化的顺序是:Pb（68.75%）＞Cd（63.93%）＞Co（59.25%）＞Mn（57.32%）＞Zn（29.01%）＞Cu（25.94%）＞Ni（20.70%）＞Cr（15.36%）＞Fe（7.30%）;在渭河宝鸡段河流沉积物,重金属元素发生迁移转化的顺序是:Mn（56.70%）≈Pb（56.65%）＞Cd（53.66%）＞Co（48.82%）＞Cu（43.99%）＞Zn（21.93%）＞Ni（15.49%）＞Cr（11.43%）＞Fe（9.62%）。相比较而言。城市街尘具有更大的潜在危害。5.采用M（u|¨）ller地累积污染指数和Lars Hakanson潜在生态风险指数评价了宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物中重金属的污染现状。结果表明,宝鸡城市街尘主要受Cd、Hg、Pb、Zn等重金属污染;宝鸡城市土壤和渭河宝鸡段河流沉积物主要受Hg和Cd污染;相比较而言,城市街尘重金属污染比较严重。

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摘要

Abstract

第1章研究概述

1.1 研究意义

1.1.1 重金属污染研究意义

1.1.2 城市街尘污染研究意义

1.1.3 城市土壤污染研究意义

1.1.4 河流沉积物污染研究意义

1.1.5 城市灰尘、城市土壤以及河流沉积物之间的关系

1.1.6 研究区域概况

1.1.7 课题来源

1.2 研究内容与方法

1.2.1 研究内容

1.2.2 研究方法

1.3 国内外研究现状

1.3.1 重金属国内外研究现状

1.3.2 城市灰尘国内外研究现状

1.3.3 城市土壤国内外研究现状

1.3.4 河流沉积物国内外研究现状

1.3.5 重金属形态分析方法国内外研究现状

1.3.6 重金属污染评价方法国内外研究现状

第2章实验部分

2.1 实验材料

2.1.1 所需仪器设备

2.1.2 所需实验试剂

2.2 样品采集及预处理

2.2.1 宝鸡城市街尘样品的采集及预处理

2.2.2 宝鸡城市土壤样品的采集及预处理

2.2.3 渭河宝鸡段河流沉积物样品的采集及预处理

2.3 样品分析

2.3.1 理化性质分析

2.3.2 重金属全量分析

2.3.3 筛分实验

2.3.4 重金属存在形态分析

第3章结果与讨论

3.1 宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物理化性质

3.1.1 宝鸡城市街尘理化性质

3.1.2 宝鸡城市土壤理化性质

3.1.3 渭河宝鸡段河流沉积物理化性质

3.1.4 宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物理化性质比较

3.2 宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物重金属含量及其分布

3.2.1 宝鸡城市街尘重金属含量及其分布

3.2.2 宝鸡城市土壤重金属含量及其分布

3.2.3 渭河宝鸡段河流沉积物重金属含量及其空间分布

3.2.4 宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物重金属含量比较

3.3 理化性质与重金属之间的关系

3.4 宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物重金属元素在不同粒径范围的分布

3.4.1 宝鸡城市土壤重金属元素在不同粒径范围的分布

3.4.2 渭河宝鸡段河流沉积物重金属元素在不同粒径范围的分布

3.5 宝鸡城市街尘重金属的来源

3.6 宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物重金属存在形式及其迁移转化

3.6.1 宝鸡城市街尘中重金属的存在形式及其迁移转化

3.6.2 宝鸡城市土壤中重金属的存在形式及其迁移转化

3.6.3 渭河宝鸡段河流沉积物中重金属的存在形式及其迁移转化

3.6.4 宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物重金属存在形式及其迁移转化比较

第4章宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉积物重金属环境风险评价

4.1 宝鸡城市街尘重金属环境风险评价

4.1.1 基于地累积污染指数法的污染评价

4.1.2 基于潜在生态风险指数法的污染评价

4.2 宝鸡城市土壤重金属环境风险评价

4.2.1 基于地累积污染指数法的污染评价

4.2.2 基于潜在生态风险指数法的污染评价

4.3 渭河宝鸡段河流沉积物重金属环境风险评价

4.3.1 基于地累积污染指数法的污染评价

4.3.2 基于潜在生态风险指数法的污染评价

4.4 宝鸡城市街尘、城市土壤以及渭河宝鸡段河流沉物中重金属环境风险比较

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附图

致谢

攻读硕士期间研究成果

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