西南涌及支流大塱涡涌表层底泥重金属污染特征与潜在生

广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）西南涌及支流大塱涡涌表层底泥重金属污染特征与潜在生态风险研究邱鸿荣二○一二年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2110907011广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）西南涌及支流大塱涡涌表层底泥重金属污染特征与潜在生态风险研究邱鸿荣指导教师姓名、职称：罗建中教授学科(专业)或领域名称：环境工程学生所属学院：环境科学与工程学院论文答辩日期：2012年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster（MasterofEngineeringScience）ResearchonthepollutioncharacteristicsandpotentialecologicalriskofheavymetalsinsurfacesedimentsfromtheXinanRiveranditstributaryDalangwoStreamCandidate：QiuHongrongSupervisor：Prof.LuoJianzhongMay2012SchoolofEnvironmentalScienceandEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangdong，P.R.China，510006摘要I摘要河流污染主要有内源污染和外源污染两部分，而内源污染则以底泥污染为主要代表，底泥是重金属等污染物的源与汇，会对河流造成二次污染。西南涌是连接广州和佛山两地重要的地表水体，近年来西南涌流域工农业和城镇化进程发展比较迅猛，污染物排放量大增，环境保护设施建设滞后，导致西南涌受到了严重的污染。因此本论文开展了西南涌及其污染较为严重支流大塱涡涌表层底泥重金属污染特征与赋存形态的基础研究，拟为制定西南涌及大塱涡涌污染治理与控制规划提供重要的科学依据。本论文以西南涌流域11个采样断面和重点支流大塱涡涌7个采样断面的表层底泥样品为研究对象，选取部分底泥样品用X射线荧光光谱仪进行元素分析，应用微波消解——原子吸收分光光度法测定了底泥中重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Mn和Fe的总量，采用Tessier五步连续提取法对底泥中Cu、Zn、Pb、Cd和Cr的形态进行逐级提取，在此基础上，对西南涌流域和支流大塱涡涌底泥中重金属的来源、污染状况、沿程分布规律、赋存形态特征进行了研究，最后采用基于重金属总量和赋存形态两个体系不同方法对研究区域的重金属污染水平及潜在生态危害进行了评价。主要研究结果如下：1.西南涌底泥中Cu的含量为58.53~4522.65mg/kg；Zn的含量为114.18~1322.43mg/kg；Pb的含量为54.53~550.00mg/kg；Cd的含量为1.01~5.81mg/kg；Cr的含量为10.54~2535.64mg/kg；Mn的含量为95.45~949.40mg/kg；Fe的含量为22264.18~54044.36mg/kg。Cu、Zn、Pb、Cd、Cr的平均含量分别是国家土壤质量三级标准的1.39倍、0.91倍、0.31倍、2.45倍、0.84倍，因此西南涌底泥重金属污染程度为Cd＞Cu＞Zn＞Cr＞Pb，西南涌底泥重金属的平均值分别超过珠三角土壤重金属背景值的1.81倍（Pb）到19.45倍（Cd），可见西南涌底泥重金属污染比较严重，位于工业区的大塱涡涌上游S2断面重金属污染最为严重。大塱涡涌底泥中Cu的含量为52.95~2168.95mg/kg，Zn的含量为415.00~3743.75mg/kg；Pb的含量为7.05~1884.60mg/kg；Cd的含量为0.97~8.72mg/kg；Cr的含量为82.30~762.40mg/kg；Mn的含量为73.85~240.05mg/kg；Fe的含量为22544.64~43191.96mg/kg。底泥中重金属Cu、Zn、Cd的平均含量超过土壤环境质量三级标准，Cu、Zn、Cd、Cr含量均远远超出广东土壤背景值，分别超出8.52~75.14倍，广东工业大学硕士学位论文II且Cu、Zn、Pb含量的平均值超过农用污泥中污染物控制标准，因此该河段疏浚出的底泥不宜作为肥料直接施用于农田，必须经过对底泥重金属进行处理才能使用。2.西南涌底泥中重金属Cu、Zn、Cd、Cr在0.01显著性水平下呈显著正相关，表明沿岸农业污水、生活污水和工业污水有可能是它们共同的污染来源；有机质与Cu、Zn、Cr、Cd在0.01显著水平下呈显著正相关，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。3.西南涌和大塱涡底泥重金属的赋存形态分布趋势相似，底泥中Cu都是主要以有机结合态为主，Zn主要以碳酸盐结合态为主，Pb主要以残渣态和铁锰结合态为主，Cd主要以可交换态和有机结合态为主，Cr主要以铁锰结合态为主。4.从基于重金属总量和赋存形态两种体系7种评价方法的结果可以看出，西南涌和大塱涡底泥中Cd、Cu和Zn的潜在生态风险及生物有效性均比较高，对环境影响比较大，西南涌污染较严重的为上游的S1与S2断面及下游的S9、S10与S11断面，大塱涡涌污染较严重的为上游的W1与W2断面及中游的W5与W6断面。关键词：西南涌；大塱涡涌；表层底泥；重金属；污染特征；赋存形态；潜在生态风险ABSTRACTIIIABSTRACTThemainriverpollutionincludinginternalpollutionandexternalpollutions,andsedimentpollutionwereinvestigatedasthemainrepresentativeintheinternalpollution.Assourcesandsinksofheavymetalsandotherpollutants,sedimentwouldcausesecondarypollution.XinanRiverwasanimportantsurfacewaterbodiesconnectingGuangzhouandFoshan.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofindustryandagricultureandtheurbanizationprocessintheXinanRiverbasin,andpollutionemissionsgrowthandtheenvironmentalprotectionfacilitiesconstructionlagsbehind,resultinginseriouspollutiontoXinanRiver.InordertoprovideimportantscientificbasisforpollutiontreatmentandcontrolplanningoftheXinanRiveranditsseriouspollutedbranchDalangwoStream,thepollutioncharacteristicsandchemicalspeciationofheavymetalsinsurfacesedimentswerecarriedout.Samplesofthesurfacesedimentweretakenat11positionsalongtheXinanRiverbasinand7positionsfromthekeytributaryDalangwoStream.PartsofthesedimentsampleswereanalysedbyX-rayfluorescencespectrometermethodforelementalanalysis,whilethecontentsofheavymetalsofCu,Zn,Pb,Cd,Cr,MnandFeinthesurfacesedimentswerecarriedoutbymicrowavedigestion-atomicabsorptionspectrophotometry,andthechemicalspeciationsofheavymetalsofCu,Zn,Pb,CdandCrinsurfacesedimentweredeterminedbytheTessiersequentialextractionmethod.Bassedonwhich,thesource,pollutionstate,distributionruleandchemicalspeciationcharacteristicsofheavymetalsinthesurfacesedimentfromtheXinanRiverbasinanditsbranchDalangwoStreamwerestudied.Thepollutionlevelandpotentialecologicalriskoftheheavymetalsinsurfacesedimentswereevaluatedonthebasisofanalysisofthetotalamountandchemicalspeciationsofheavymetals.Themainfindingswereasfollows:1.Theheavymetalconcentration(mg/kg)ofXinanRiversedimentrangedasflowings:Cu,58.53-4522.65;Zn,114.18-1322.43;Pb,54.53-550.00;Cd,1.01-5.81;Cr,10.54-2535.64;广东工业大学硕士学位论文IVMn,95.45-949.40;andFe,22264.18-54044.36inthesurfacesediments.TheaverageCu,Zn,Pb,CdandCrwere1.39,0.91,0.31,2.45and0.84timeshigherthanEnvironmentalQualityStandardforSoilsIII,andthepollutiondegreeofheavymetalswasestablishedasthefollowingorders:Cd＞Zn＞Cu＞Cr＞Pb.Thecontentsofheavymetalwere1.81(Pb)to19.45(Cd)timeshigherthanthePearlRiverDeltasoilbackgroundvalues,respectively.Obviously,thepollutionofheavymetalsinXinanRiversedimentwasserious,andthemostseriouspollutionsectionwasS2locatedintheindustrialzone.DalangwoStreamsedimentheavymetalconcentration(mg/kg)were:Cu,52.95-2168.95;Zn,415.00-3743.75;Pb,7.05-1884.60;Cd,0.97-8.72;Cr,82.30-762.40;Mn,73.85-240.05;andFe,22544.64-43191.96inthesurfacesediments.ComparedwithEnvironmentalQualityStandardforSoilsIII，Cu,ZnandCdwereoutoflimitsbadly.TheaveragecontentsofCu,Zn,CdandCrwerefarbeyondtheGuangdongsoilbackgroundvalues,werehigherthan8.52-75.14times,respectively.ThesedimentdredgingoutformDalan