湘江重金属的分布特征、化学行为及生态风险评价

论文摘要

本文研究了湘江（株洲—长沙段）水体和沉积物中的重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As、Hg）,分析了其含量和空间分布特征,进一步分析了元素间共同的分布趋势和地球化学特性;研究了湘江沉积物对污染严重的重金属Cd的吸附特性,探讨了改变pH值和镉的初始浓度以及加入一些物质对重金属吸附和释放的影响;根据湘江河流沉积物重金属的分布及富集状况,采用Hakanson潜在生态危害指数法对重金属的潜在生态风险进行了评价。研究结果表明:1.湘江下游段水体中重金属Cd、Pb、Cu和Cr的总量是枯水期大于丰水期,而Zn和As的总量呈现丰水期略大于枯水期;表层原水中重金属浓度由高到低的顺序,夏季为Zn＞As＞Pb＞Cu＞Cr＞Cd,冬季为Zn＞Cr＞Pb＞Cu＞As＞Cd。2.空间分布由于受复杂的水文环境及沿岸不同污染源的污染影响,难以形成一定规律的分布状态。3.表层沉积物中重金属Cu、Zn含量呈上游向下游先增大后回到上游水平的分布特点,Cd和As的含量呈由上游向下游略有上升,而重金属元素Pb、Hg和Cr等的含量分布无明显规律;这些重金属中以Zn的富集程度最高,其次为Cd,其余元素的富集程度均较低。4.潜在生态危害评价表明:除Cd属于强生态危害,Hg属于中等生态危害,其余（Pb、As、Cu、Zn）重金属均为轻微生态危害;湘江表层沉积物重金属污染程度的顺序为Cd＞Hg＞Pb＞As＞Cu＞Zn。主要污染元素是Cd和Hg。5.pH值和离子浓度对重金属的吸附和释放的影响较大,吸附量均随pH值升高而逐渐增加,沉积物对镉的吸附量与吸附剂初始浓度基本呈线性关系,其吸附量在初始浓度较低时增加较快,随初始浓度增加吸附量增加趋缓。6.沉积物对镉的吸附等温曲线与Langmuir吸附等温方程拟合的相关系数较高,沉积物对镉的吸附等温线较符合Langmuir型。7.加入甘氨酸、L-谷氨酸对沉积物中镉的吸附起抑制作用;酒石酸不利于沉积物中镉的释放,而草酸、柠檬酸、苹果酸在不同程度上促进了沉积物对镉的释放,促进作用的大小为:苹果酸＞草酸＞柠檬酸。8.施入不同浓度的尿素后,溶液pH值随着加入尿素浓度的增大而上升,第5～6天其pH值达到峰值,然后pH值开始下降。在低浓度尿素条件下,沉积物中的As、Pb和Hg的释放量随尿素浓度的增加而增大,并在尿素浓度为5～10mmol/L时其释放量达到峰值,然后随尿素浓度的增加其释放量呈下降趋势;而重金属Cd、Cu、Zn和Cr的释放量总体上随着尿素浓度的增大而下降。9.加入不同浓度的碳酸钠,随碳酸钠溶液浓度的增大,沉积物对Hg的释放量无显著的变化;Cr的释放量先增加,在碳酸钠溶液浓度为40mmol/L时释放量达最大值,然后开始下降,而As、Cd、Pb、Zn和Cu的释放量都随着碳酸钠溶液浓度的增大而增加。可见,碳酸钠可以促进沉积物中重金属的释放。10.机械扰动能加快沉积物释放重金属,离扰动中心越近,沉积物释放的重金属越多,水中重金属的浓度越大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 水中重金属研究
• 1.2.2 沉积物重金属研究
• 1.2.3 影响沉积物重金属分布的因素
• 1.2.4 重金属元素分析方法
• 1.2.5 重金属污染的评价方法
• 1.2.6 前人研究成果综述
• 1.3 本研究的主要内容
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 样品的采集
• 2.1.2 主要仪器
• 2.1.3 主要试剂
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 水样的处理
• 2.2.2 沉积物样品的处理
• 2.2.3 重金属的测定方法
• 第三章 湘江水体中重金属的分布特征
• 3.1 水样pH和悬浮颗粒物
• 3.1.1 水样pH值
• 3.1.2 悬浮颗粒物
• 3.2 水样重金属含量及分布特征
• 3.2.1 同一水期重金属元素的分布特征
• 3.2.2 重金属元素在湘江水体中的地球化学特征
• 3.3 小结
• 第四章 湘江沉积物重金属污染及其潜在风险评价
• 4.1 引言
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 沉积物重金属的含量分布与富集特征
• 4.2.2 重金属潜在生态风险评价结果
• 4.3 小结
• 第五章 湘江沉积物对重金属的吸附和释放行为的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验设计
• 5.2.1 镉的吸附和释放实验
• 5.2.2 重金属在沉积物上的释放实验
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 沉积物样品的理化性质
• 5.3.2 镉的吸附实验
• 5.3.2.1 初始浓度对吸附镉的影响及镉的吸附等温线
• 5.3.2.2 pH值对沉积物吸附镉的影响
• 5.3.2.3 氨基酸对沉积物吸附镉的影响
• 5.3.3 镉的释放实验
• 5.3.3.1 pH值对沉积物释放镉的影响
• 5.3.3.2 低分子有机酸对沉积物释放镉的影响
• 5.3.4 影响沉积物释放重金属的因子
• 5.3.4.1 化学扰动对沉积物释放重金属的影响
• 5.3.4.2 机械扰动对沉积物释放重金属的影响
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 特色与创新
• 6.3 问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介