湘江长株潭段底泥重金属污染分析与评价

论文摘要

本文以湘江长株潭段底泥为主要研究对象,开展重金属元素的污染研究。沿湘江株洲至长沙段布置了10个断面19个代表性采样点,对底泥中的Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd七种重金属元素含量进行了测试分析,并应用地累积指数法、沉积物质量基准法和潜在生态危害评价法对底泥重金属污染进行了评价。文章首先分析了湘江长株潭段底泥重金属的沿程变化及存在形态,湘江表层沉积物中不同重金属的含量变化并不相同,Mn沿程变化比较显著,呈锯齿状,其他六种金属含量沿程变化不大, Cu、Cd、Pb及Zn的含量沿程大致呈下降趋势,这说明株洲霞湾的工业废水污染是长株潭段底泥重金属Cu、Cd、Pb和Zn的主要来源,随着水的自净作用重金属浓度逐渐降低;重金属Cr、Ni的含量则沿程呈现上下波动分布。所有采样点中霞湾段、湘潭湘江三大桥以及长沙南大桥采样点的污染情况比较严重,所有采样点中大部分重金属元素都在这几个断面出现不同程度的高值。与长江干流背景值比较得出,湘江长株潭段底泥重金属中, Zn、Pb及Cd的含量均远远超出长江干流背景最高值,这说明三种元素的污染已相当严重。重金属相关性分析表明,Cd、Pb、Cu、Zn相互之间有显著相关性,沿岸工厂的排污有可能是它们共同的污染来源,有机质与重金属元素的相关性均达到显著水平,说明沉积物中有机物和粘土矿物对重金属的分布与富集起着重要的作用。形态分析则表明,七种重金属元素中,Cr和Ni主要存在于残渣态中,对环境的影响不是很大,Mn、Cu、Pb的铁锰氧化物结合态较高,对周围生态系统构成一定的威胁。Zn、Cd虽主要存在于残渣态,但酸溶态也占有相当比例,潜在生态危害不可忽视。在此基础上应用三种方法对底泥重金属污染进行了评价,三种评价方法得出的评价结果基本一致。湘江长株潭段表层沉积物中重金属元素地积累指数大致顺序为:Cd （极强） > Zn （中-强） > Pb （中-强）> Mn （中） > Cu （无-中） > Ni （无） > Cr（无） ,总体上为中-强度污染。应用沉积物质量基准法评价时,各重金属污染顺序评价结果表明:Zn、Cd、Pb在各断面都具有较高的生物毒害作用,污染顺序为Zn > Cd >Pb> Ni > Cu >Cr,总体达中-高等生态危害。潜在生态危害指数法评价的结果表明:湘江长株潭段底泥中重金属的生态危害总体很强,Cd是湘江长株潭段重金属潜在生态危害的主要贡献因子,其次是Pb。结合区域地质背景和人为活动情况,湘江长株潭段己经受到重金属的污染,尤其是Cd、Pb和Zn。通过湘潭锰矿污染土壤的植物调研发现了对重金属耐性及富集能力较强的商陆、早熟禾、鼠麴草、蕨、小飞蓬和威陵菜等几种植物,因此可为污染河道的综合治理和修复及底泥填埋厂的植被覆盖提供参考,因此具备较大的继续研究价值。最后对污染河道的综合治理和底泥植物修复措施进行了初步探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 重金属及重金属污染
• 1.1.1 重金属污染的特征
• 1.1.2 重金属污染的危害
• 1.1.3 土壤中重金属元素的存在形态及化学行为
• 1.2 河流重金属污染及其危害
• 1.2.1 河流重金属污染的来源
• 1.2.2 我国城市河流污染的现状
• 1.2.3 湘江长株潭段污染现状
• 1.2.4 河流重金属污染的危害
• 1.3 土壤重金属分析的处理方法
• 1.3.1 土壤样品重金属分析的前处理方法
• 1.3.2 重金属含量的测定方法
• 1.3.3 重金属形态分析方法
• 1.4 重金属污染的评估方法
• 1.4.1 地积累指数法
• 1.4.2 沉积物质量基准法
• 1.4.3 Hakanson 的潜在生态危害指数法
• 1.5 国内外研究进展
• 1.6 本文研究的内容、意义以及目标
• 1.6.1 本文研究的内容
• 1.6.2 本文研究的目标
• 1.6.3 本文研究的意义
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 湘江长株潭概况
• 2.2 采样点的布设与样品的采集
• 2.2.1 采样点布设
• 2.2.2 样品的采集
• 2.3 仪器与试剂
• 2.3.1 实验试剂
• 2.3.2 实验所用主要仪器
• 2.4 样品的处理及实验方法
• 2.4.1 底泥沉积物样品的消解方法
• 2.4.2 沉积物样品形态分析方法
• 2.4.3 pH、土壤水分及土壤烧失量的测定
• 2.5 样品测定
• 2.6 实验数据统计分析
• 第3章 长株潭段表层沉积物重金属含量及形态特征
• 3.1 样品pH 值和有机质含量
• 3.2 表层沉积物中重金属的分布特征
• 3.2.1 表层沉积物中重金属的沿程分布
• 3.2.2 重金属元素的相关性分析
• 3.2.3 分析结果的比较
• 3.2.4 小结
• 3.3 表层沉积物中重金属的形态分布特征
• 3.3.1 Cr 的形态分布特征
• 3.3.2 Mn 的形态分布特征
• 3.3.3 Ni 的形态分布特征
• 3.3.4 Cu 的形态分布特征
• 3.3.5 Zn 的形态分布特征
• 3.3.6 Pb 的形态分布特征
• 3.3.7 Cd 的形态分布特征
• 3.3.8 小结
• 第4章 表层沉积物中重金属的潜在生态效应评价
• 4.1 评价标准和评价方法的选择
• 4.2 地积累指数法评价
• 4.3 潜在生态危害指数法
• 4.3.1 潜在生态危害指数的基础条件
• 4.3.2 潜在生态危害指数（RI）的计算方法
• 4.3.3 本研究中各类参数的确定
• 4.3.4 重金属毒性系数
• 4.3.5 潜在生态危害指数评价结果
• 4.4 沉积物质量基准法
• 4.5 小结
• 第5章 湘江长株潭段水质重金属污染状况
• 第6章 重金属污染对流域的生态影响及修复
• 6.1 实验方案的设计
• 6.1.1 实验目的
• 6.1.2 实验方案
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 样品采集与制备
• 6.2.2 样品理化性质分析
• 6.3 结果与分析
• 6.3.1 土壤样测定结果
• 6.3.2 植物体内重金属含量的检测结果
• 6.3.3 三种重金属的耐受性植物
• 6.4 讨论
• 6.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢