小白河污染底质粒径与铅、锌吸附研究

李静 贝荣塔

摘 要：经过对都龙矿区污染河流的底泥进行采样分析， 分析了底泥质量分数与不同底质粒径的关系及其铅、锌的吸附特性。结果表明， 底泥中不同粒径底质的质量分数在垂向不同层次上没有明显区别；底质的粒径越小，对铅、锌吸附量越大；底质质量分数对铅、锌吸附贡献率起着重要作用。

关键词： 污染底泥；粒径；质量分数；铅吸附特性；锌吸附特性

中图分类号 X522 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）07-21-03

随着工业化的快速发展，对重金属的开采、冶炼、加工及制造日益增多，越来越多的重金属进入水和土壤之中，导致重金属污染日益加剧，成为环境污染问题之一。矿山是重金属污染较严重的区域，矿坑废水、选矿废水、尾砂库滤水等都含有大量的重金属离子[2]。重金属是指比重>5.0g/cm3的金属元素，常见的有汞、镉、铅、铬、铜、锌、镍、钼、钴、砷等[1]，它们能在生物体内富集，成为持久污染物，造成严重的生态问题。进入水体的重金属由于不易溶解，但是可以迅速和水中悬浮物结合，绝大部分迅速由水相转入固相，这些重金属在随水搬运的过程中，当负荷超过搬运能力时，便沉积下来进入沉积物中[3]，这些沉积物随着时间的累积，构成了河流的重要组成部分。选矿废水是矿区河流重金属的主要来源[4]，有大量的重金属储存在河流的底泥里，当底泥发生搅动时，重金属离子就会释放到水里从而造成再次污染，同时对人类的健康和生态系统的稳定具有极大的破坏性[5]。对重金属吸附的多少与底泥颗粒粒径大小是紧密相关的，研究底泥粒径大小组成与铅、锌吸附量的关系，对矿区污染河流保护与治理等方面具有一定理论指导意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 研究区位于云南省马关县都龙镇三岔河，地理位置E103°52′～104°39′、N22°42′～23°15′，海拔最高点2 579m，最低点123m。土壤类型多种多样，成土母质为残积、坡积、冲积、洪积和湖积等主要类型，平均气温16.9℃，年最高温度32.2℃，低海拔河谷区达38℃，年最低温度-4℃。降水年内分配不均，矿产资源丰富，主要有煤、锌、铁、硫、锡。

1.2 室外取样 在矿区三岔河底泥中随机布置5个样点，从上而下分层取样，分别是0～10cm、10～20cm、20～30cm、30～40cm，每层取样1.0kg，然后把土样装袋，贴上标签。

1.3 室内分析 把矿区采的土样带回实验室，让样品自然风干，然后采用筛分法，选用荷兰Eijkelkamp公司生产的电动摇筛，让样品筛分成规格为：>4mm、2～4mm、1～2mm、0.71～1mm、0.5～0.71mm、0.25～0.5mm、0.09～0.25mm、0.063～0.09mm、≤0.063mm9种粒径规格。把过筛的底泥样品称重后装入样品瓶里，贴上标签。对样品进行消解后，然后用北京瑞利生产的原子吸收分光光度计（北京瑞利WFX～130A）进行分光光度法测定。

2 结果与分析

2.1 不同层次底质中铅、锌的污染特征 通过对不同层次底质中铅、锌含量分析，2种元素的污染现状并不完全相同，铅的质量分数各层都很高，其范围是82.08～126.11mg/kg，相差接近1倍，各个层次的铅含量相差不是特别大，但是比土壤的背景值高，铅含量最低的那一层是土壤背景值的2.3倍，铅含量最高在10～20cm，这一层的铅含量是土壤背景值的3.6倍。通过图1可知，铅元素在表层土壤中含量低于其他层次的含量，铅元素的污染在垂向分布上趋向于深层发展，但总的来说，研究区域底泥中铅的污染是十分严重的。同时利用spss软件对底质中铅各层次的平均值做进一步分析，表明在垂直方向上，即各年铅的累计并无显著性差异（表1），层与层之间的概率都远大于0.05的界限值。

通过对底质锌的分析，由图2所示，锌在各层的含量都很高，其最低平均值为532.84mg/kg，最高平均值为780.54mg/kg，各个层次的锌含量相差不是很大，但是比土壤的背景值高很多，即使锌含量最低的那一层也是土壤背景值的59倍，锌含量最高在10～20cm，这一层的锌含量是土壤背景值的87倍。通过对锌的分析可知，锌的污染比铅要严重得多，同时对底质中锌的各层次平均值做多重比较分析，表明了在不同层次上，即各年锌的累积并无显著性差异（表1），层与层之间的相伴概率都远大于0.05的界限值，这也说明不同层次对锌的累积性并无显著影响，但总的来说，研究区域底泥中锌的污染是十分严重的。

2.2 底质粒径大小与铅、锌吸附特性的分析 对研究区5个样点、9种粒径规格的底质铅、锌质量分数取相应的均值，结果如表2。由数据变化规律可见，铅与锌的含量随底质粒径的变小而增大，但是锌的增长更有规律性，但两者具有共同点，都是在0.09～0.25mm这个粒径规格达到最大。总体上来看，不同粒径中铅、锌含量随着粒径的减小，单位质量的底质颗粒吸附铅与锌的量逐渐增大，具有一定的相关关系，说明小粒径的底质对铅与锌的吸附比较明显，也由此可知，河流底泥颗粒粒径越小，对铅的吸附作用越强。

通过表3可以看出，铅的显著性概率Sig.=0.271>0.05，粒径中值对铅的吸附量影响不具有显著的相关性。反而，锌的显著性概率Sig.=0.03<0.05，则说明不同粒径底质中锌含量差异性很大。

2.3 不同粒径底质中铅、锌吸附贡献率的分析 从图3看出，铅、锌的吸附贡献率与底质的质量分数走向大致相同，不同粒径的质量分数在此起着非常关键的作用，当粒径中值为0.170mm（0.09～0.25mm）时，质量分数最大，铅与锌的吸附贡献率也是最大。同时从图3中可以看出，铅与锌吸附贡献率和质量分数均呈双峰型，在粒径中值为0.170mm和1.500mm处出现波峰，而在0.063mm处出现波谷。

通过对质量分数与铅、锌吸附贡献率进行相关分析，结果见表4，底质质量分数与铅、锌吸附贡献率呈正相关关系，都达到了显著性水平，这说明不同粒径的质量分数对铅、锌吸附贡献率有很大的影响，从0.09～0.25mm处铅、锌的质量分数特别高，因此也提高了铅、锌的吸附贡献率。

3 结论

（1）在垂向不同层次中，各层铅含量都很高，但总体上各层间差异并不太显著，经过对底质铅锌在垂向不同层次上的分析，其范围是82.08～126.11mg/kg，相差接近1倍，但是比土壤的背景值高，铅含量最小的那一层是土壤背景值的2.3倍，铅含量最高在10～20cm，这一层的铅含量是土壤背景值的3.6倍，可见底质中铅污染相当严重。而底质中锌的垂向分布，层间差异也不太显著，其最低平均值为532.84mg/kg，最高平均值为780.54mg/kg，各个层次的锌含量相差不是很大，但是比土壤的背景值高很多，即使锌含量最低的那一层也是土壤背景值的59倍，锌含量最高在10～20cm，这一层的锌含量是土壤背景值的87倍。但总的来说，矿区中铅和锌的污染是非常严重的。

（2）9种粒径规格的底质中，铅与锌含量随底质粒径的变小而增大，即负相关关系，铅与锌含量都是在0.09～0.25mm这个粒径规格极速增长，这也说明，0.09～0.25mm是一个明显转折点，即小粒径的底质能吸附大量的铅与锌。

（3）不同粒径底质质量分数曲线与铅、锌吸附贡献率走势大致相同，在粒径中值为0.170mm和1.500mm处有2个波峰，而最低点都出现在0.063～0.09mm处。此外，底质质量分数与铅锌吸附贡献率呈正相关关系，两者与质量分数相关性都达到了显著性水平，这表明不同粒径底质质量分数与铅、锌的吸附贡献率有很大的关系，在二者的相关关系中，相伴概率都为0.000，这也说明质量分数在吸附贡献率中有着至关重要的作用。

参考文献

[1]陈怀满. 环境土壤学[M]. 北京： 科学出版社，2005：216-267.

[2]廖国礼，吴超，冯巨恩. 矿坑废水污染灌区河流重金属离子污染综合评价实践[J].矿冶，2004，13（1）：86-90.

[3]贝荣塔，李丰伟，吴明，等.都龙矿区三岔河污染底质铅、锌吸附特性的研究[J].环境科技，2011，1（2）：10-13.

[4]丛源，郑萍，陈岳龙，等.北京市农田生态系统土壤重金属元素的生态风险评价[J].地质通报，2008，27：681-688.

[5]何光俊，李俊飞，谷丽萍. 河流底泥的重金属污染现状及治理进展[J].水利渔业，2007，27（5）：61-62. （责编：徐世红）