巢湖沉积物污染

巢湖沉积物的时空变化以及生态风险评价摘要巢湖是我国五大淡水湖之一，近些年来，流域人口剧增，工农业发展迅速，导致重金属污染物经由各种途径进入巢湖中，研究表明，进入水体的重金属污染物绝大部分易于由水相转入悬浮物，随着悬浮物的沉降进入沉积物中，在环境条件变化时沉积物又向水相释放重金属，造成二次污染。本文通过阅读关于巢湖重金属污染的文献，给出一般性的结论，并结合实际情况，给出相关结论。Abstract：ChaohuLakeisoneofChina'sfivelargestfreshwaterlakes,inrecentyears,withthegrowthofbasinpopulation,rapidindustrialandagriculturaldevelopment,leadingtoheavymetalcontaminantsfromenteringthelakeviaavarietyofroutes,studiesshowthatthevastmajorityofheavymetalpollutantsintothewaterbodyreadilyfromwaterphaseintothesuspension,withthesettlementofsuspendedsolidsintothesediments,changesinenvironmentalconditionsthereleaseofheavymetalsinsedimentEDaqueousphase,causingsecondarypollution.ByreadingtheliteratureonheavymetalpollutioninChaohu,givenageneralconclusion,combinedwiththeactualsituation,giventherelevantconclusions.1、前言巢湖位于安徽省中部，位于长江和淮河之间，是我国五大淡水湖之一，水域面积为780kｍ２，平均水深3.06ｍ，入湖主要河流有南淝河、派河、丰乐河、杭埠河、裕溪河、兆河、白石天河、柘皋河等[1]。巢湖不仅具有航运、渔业、农灌、防洪等多种功能，更是合肥和巢湖市区及沿湖城市工农业生产和人民生活的重要水源[2]。然而，近些年来，流域人口剧增，工农业发展迅速，导致重金属污染物经由各种途径进入巢湖中，重金属元素具有难降解、易积累、毒性大的特性，且存在通过食物链危害人类健康的潜在危险，一直备受环境工作者的高度关注[3,4]。研究表明，进入水体的重金属污染物绝大部分易于由水相转入悬浮物，随着悬浮物的沉降进入沉积物中，在环境条件变化时沉积物又向水相释放重金属，造成二次污染。因此，水体沉积物能明显地反映湖泊受重金属污染状况。沉积物是水环境中重金属污染程度的“指示剂”，能明显地反映湖泊受重金属污染状况，并对湖水具有持久影响[5，6].在阅读的参考文献当中，一般以选取分析表层沉积物中Zn、Hg、Cr、Pb、Ni和Cu6种重金属为主，从而判断重金属元素的时空含量变化特征，并采用潜在生态危害指数法[7]对不同时空条件下重金属的污染情况进行生态风险评价。当然在不同文献当中，根据具体研究对象的不同，所选取的分析评价元素会有所差异。2、材料与方法2.1样品采集在进行具体采样工作之前，根据课题研究的内容，选取采样点并进行记录。在采样过程当中，使用GPS进行导航定位，对巢湖附近区域的采样点进行采样，如图1（摘自参考文献）。各具体采样点名称如下：1#杭埠河入湖区；2#派河入湖区；3#十五里河入湖区；4#南淝河入湖区；5#姥山；6#湖心点；7#巢湖中埠乡；8#裕溪河口。采沉积物样品时，使用柱状采样器采集表层的沉积物样品。但是根据具体研究课题的不同，需要采集不同深度的沉积物样品。一般研究对象为表层沉积物样品，则采取深度在12cm，并按照0~2、2~7、7~12cm的间隔进行分层，分别装入封口袋内，排出袋内空气，密封。如果进行其他重金属实验，分析不同年份重金属污染情况，则采取深度在30cm以上为宜。采集好的样品及时带回实验室冷冻干燥，干燥完毕后，除去植物和贝类等残体，用玛瑙研钵研磨，过100目筛，低温避光保存，磨样过筛的过程当中避免接触金属制品，以免对重金属分析产生认为的操作误差。采样同时用虹吸管收集柱状采泥器内距底泥表层0.5m处水样用于现场测定水温、溶解氧（可用YSI2000DO仪）、pH值（可用PHB-1便携式pH计）等水体理化指标。图1：采样点地图2.2试验方法2.2.1微波消解法沉积物前处理可采用自动微波消解仪消解（Multiwave3000，AntonPaarGmbH），利用原子吸收分光光度计测定重金属含量；总氮测定用半微量凯氏定氮法；总磷测定用钼锑抗比色法；有机质用重铬酸钾外加热容量法；氧化还原电位（Eh）采用电位法；表层沉积物含水率测定：称取湿沉积物于坩埚中，置于烘箱105～110℃下烘6～8ｈ至恒重，监测方法见文献［５］。酸可挥发性硫化物测定采用Glenn提供的方法［8,9］。同步浸提金属（simultaneouslyextractedmetals，SEM）含量分析测定，把反应瓶内的沉积物离心，取间隙水并过０．４５μｍ滤膜，用原子吸收分光光度法测定其SEM（Cu、Pb、Zn、Cd、Ni）含量。所有试剂均为优级纯，所有器皿用１０％的盐酸浸泡２４ｈ以上，并用超纯水冲洗几次。2.2.2四酸消解法分别称取干燥过筛（100目）后的巢湖沉积物样品0.5g于聚四氟乙烯烧杯中，加入10mL浓硝酸，待剧烈反应停止后，放置于通风橱内，低温电热板加热至不产生棕黄色烟雾，稍冷后加入HClO45mL蒸发至近干，残渣为灰白色，加入1％硝酸25mL加热煮沸溶解残渣，移入100mL容量瓶中定容，自然沉淀后取清液备测。2.2.3分析仪器将处理好的样品于Z-8000塞曼偏振原子吸收分光光度计上测定待分析的重金属元素的含量。分析过程当中加入相应的进样内标作内控样进行质量控制，记录仪器分析得到的重金属元素的参考值、实测值和回收率，保证重金属元素的回收率在试验允许范围之内。2.2.4数据处理及误差分析所有数据均采用Excel2003软件进行预处理，重金属和有机碳等因素之间相关性分析用SPSS17.0软件，并进行单因素方差分析和ｔ检验，作图运用Excel2003,Sigmaplot软件。重金属总量和同步浸提金属含量采用标准物质进行质量控制，保证回收率。3评价方法3.1评价方法简介富集因子法和地积累指数法是区分自然与人类活动引起重金属对环境影响评价的重要方法，可以较为准确地判断人类活动对土壤污染的贡献，区分自然异常对土壤带来的富集以及环境引发的元素污染与损耗，从自然异常中分离人为异常。根据指数分级确定研究区域的污染程度，为污染治理提供依据。本文采用这两种方法对巢湖表层沉积物中的重金属污染现状分别进行了评价。（1）富集因子法为了减少采样和制样过程中人为影响以及保证各指标间的可比性与等效性，以参比元素为参考标准，对测试样品中元素进行归一化处理。参比元素要求不易受所在环境与分析测试过程的影响，性质较稳定，常用的参比元素为Sc、Mn、Ti、Al、Fe、Ca。富集因子的数学表达式为：)(/)()(/)(backgroundBrefbackgroundBnsampleCrefsampleCnEF式中：EF为重金属在土壤中的富集系数；Cn（sample）、Bn（background）分别为某元素在测试区和参照区浓度；Cref（sample）、Bref（background）分别为参比元素在测试区和参照区浓度。Sutherland[11]根据富集因子将重金属污染分为5个级别（表1）。EF是一种非常有用的反映环境污染程度的指标，如果EF值在1.0左右，表明该金属元素完全来源于地壳和自然风化过程。当EF值大于1.0时，表明该金属元素不仅来源于地壳和自然风化过程，还可能来源于人类活动产生的废弃物[12]。表1:富集因子与重金属污染程度的关系富集系数EF重金属污染程度EF＜2无污染-轻微污染2≤EF＜5中污染5≤EF＜20重污染20≤EF＜40严重污染EF≥40极重（2）地积累指数（Igeo）法该方法是德国海德堡大学沉积物研究所的科学家Muller在1969年提出的，它是研究水环境沉积物中重金属污染程度的定量指标，在欧洲被广泛采用，我国也有学者采用过。近年来被国内外的学者专家广泛用于人为活动产生的重金属对土壤污染的评价[13-15]。其计算公式如下：Igeo=log2])(5.1)dim([backgroundCientseCi式中：Cn为元素n在沉积岩中的实测含量；Bn为粘质沉积岩（普通页岩）中该元素的地球化学背景值，本文采用当地无污染区该元素含量作为背景值[12]；常量1.5是为消除各地岩石差异可能引起背景值的变动转换系数。沉积物重金属地积累指数分级与污染程度之间的相互关系列于表2。表2：重金属地积累指数分级与污染程度之间的关系地积累指数污染程度Igeo≥5极重污染4≤Igeo＜5重污染-极重污染3≤Igeo＜4重污染2≤Igeo＜3中污染-重污染1≤Igeo＜2中污染0≤Igeo1无污染-中污染Igeo＜0无污染3.2评价结果富集因子法评价选择Fe作为参比元素，主要考虑Fe在地壳中丰度高，占地壳元素总量的4.75%，在中性和碱性环境中Fe的溶解度低，不易淋溶迁移；且生物利用度也低，性质较为稳定。从实地测试结果看，Fe含量是所有测试指标中最稳定的[16-17]。重金属背景值一般引自湖泊沿岸的背景值研究[18]。3.3重金属来源分析在同一功能区内，各重金属含量不尽相同。若金属元素之间存在显著性相关关系，说明它们的来源可能是相似的，若不存在相关关系则来源是不同的。刘文新等[19]报道，同一水域沉积物中元素之间存在良好的相关性，表明这些元素可能有相同的来源。4.结果与讨论4.1沉积物基本理化特征大致以巢湖峔山东侧经线117°27′28″Ｅ为界把巢湖划分为西湖区和东湖区，根据参考文献[10]结论,巢湖各采样点的沉积物表层样品的基本理化特征:总氮（ＴＮ）分布特征是西湖区大于东湖区，且具有显著性差异.4.2重金属污染巢湖表层沉积物重金属总量的空间分布不均匀，西湖区大于东湖区，河流入湖口大于湖心，且具有显著性差异，河流入湖口重金属污染较严重，显示了人为影响对巢湖污染较高的贡献率，部分样点Cu、Cd的浓度超过了ER-L，显示了Cu、Cd比其他重金属污染严重。结合阅读的参考文献，基本可以将巢湖的重金属污染总结如下：（1）巢湖的重金属污染情况为，西半湖＞东半湖，而且污染元素有较强的区域分异特征。结合巢湖地区的地理位置不难发现，西半湖靠近合肥市区，有较多的工业生产排放，以及城市的生活污染排放等，导致西半湖的污染情况较为严重。（2）在简要分析了巢湖的污染情况之后，要将理论应用的实践。要加强对合肥工农业生产排放的监管，以及城市的生活污水排放，要形成相应的管理治理规范。（3）在分析各参考文章之后发现，巢湖的东西半湖均受到重金属Cd的污染，因此如何治理现存的Cd污染极为重要，与此同时，限制仍然存在的重金属污染排放也迫在眉睫。（4）在众多文献的相关性分析中，不难发现，巢湖的重金属污染除了工业排放之外，还受到较强的人为因素干扰，而其中主要的就是农业生产中的农药化肥等的施用，如何解决农业生产的带来污染同样需要我们的努力和思考。5.参考文献[1]陈卫,郑志侠,林涛等.构建多元化控制体系防治巢湖水污染[J].水资源保护,2007,23（2）：70-74.[2]ShangGP,ShangJC.SpatialandtemporalvariationsofeutrophicationinwesternChaohuLake,China[J].EnvironMonitAssess,2007,130:99-109.[3]简敏菲,游海,倪才英.鄱阳湖饶河段重金属污染水平与迁移特性[J].湖泊科学,2006,18(2):127-133.[4]IkemA,Egiebor